किसी पिंड को गर्म करने के लिए आवश्यक या ठंडा होने के दौरान उसके द्वारा छोड़ी गई ऊष्मा की मात्रा की गणना। ऊष्मा की मात्रा. विशिष्ट ऊष्मा

1. कार्य करने से आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन कार्य की मात्रा से निर्धारित होता है, अर्थात। कार्य किसी दी गई प्रक्रिया में आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन का माप है। ऊष्मा स्थानांतरण के दौरान किसी पिंड की आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन को एक मात्रा द्वारा दर्शाया जाता है ऊष्मा की मात्रा.

ऊष्मा की मात्रा बिना कार्य किए ऊष्मा स्थानांतरण की प्रक्रिया के दौरान किसी पिंड की आंतरिक ऊर्जा में होने वाला परिवर्तन है।

ऊष्मा की मात्रा को \(Q\) अक्षर से दर्शाया जाता है। चूँकि ऊष्मा की मात्रा आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन का माप है, इसकी इकाई जूल (1 J) है।

जब कोई पिंड बिना कार्य किए एक निश्चित मात्रा में ऊष्मा स्थानांतरित करता है, तो उसकी आंतरिक ऊर्जा बढ़ जाती है; यदि शरीर एक निश्चित मात्रा में ऊष्मा छोड़ता है, तो उसकी आंतरिक ऊर्जा कम हो जाती है।

2. यदि आप दो समान बर्तनों, एक में 100 ग्राम पानी और दूसरे में समान तापमान पर 400 ग्राम पानी डालते हैं और उन्हें समान बर्नर पर रखते हैं, तो पहले बर्तन में पानी पहले उबल जाएगा। इस प्रकार, किसी पिंड का द्रव्यमान जितना अधिक होगा, उसे गर्म करने के लिए उतनी ही अधिक ऊष्मा की आवश्यकता होगी। ठंडा करने के मामले में भी यही सच है: जब अधिक द्रव्यमान वाले पिंड को ठंडा किया जाता है, तो यह अधिक मात्रा में गर्मी छोड़ता है। ये पिंड एक ही पदार्थ से बने होते हैं और समान डिग्री पर गर्म या ठंडे होते हैं।

​3. यदि अब हम 100 ग्राम पानी को 30 से 60 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करते हैं, यानी। 30 डिग्री सेल्सियस पर, और फिर 100 डिग्री सेल्सियस तक, यानी। 70 डिग्री सेल्सियस तक, तो पहले मामले में इसे गर्म होने में दूसरे की तुलना में कम समय लगेगा, और, तदनुसार, पानी को 30 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करने के लिए पानी को 70 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करने की तुलना में कम गर्मी की आवश्यकता होगी। इस प्रकार, ऊष्मा की मात्रा अंतिम \((t_2\,^\circ C) \) ​ और प्रारंभिक \((t_1\,^\circ C) \) तापमान के बीच अंतर के सीधे आनुपातिक है: ​\( Q\sim(t_2- t_1) \).

4. यदि अब आप एक बर्तन में 100 ग्राम पानी डालें, और दूसरे समान बर्तन में थोड़ा पानी डालें और उसमें एक धातु का पिंड इस तरह डालें कि उसका द्रव्यमान और पानी का द्रव्यमान 100 ग्राम हो, और बर्तनों को समान टाइलों पर गर्म करें, तो आप देखेंगे कि जिस बर्तन में केवल पानी है उसका तापमान पानी और धातु वाले बर्तन की तुलना में कम होगा। इसलिए, दोनों जहाजों में सामग्री का तापमान समान होने के लिए, पानी और धातु शरीर की तुलना में पानी में अधिक गर्मी स्थानांतरित करना आवश्यक है। इस प्रकार, किसी पिंड को गर्म करने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा उस पदार्थ के प्रकार पर निर्भर करती है जिससे पिंड बना है।

5. किसी पिंड को गर्म करने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा की पदार्थ के प्रकार पर निर्भरता को एक भौतिक मात्रा कहा जाता है किसी पदार्थ की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता.

किसी पदार्थ के 1 किलोग्राम को 1°C (या 1 K) तक गर्म करने के लिए जितनी ऊष्मा प्रदान की जानी चाहिए, उसके बराबर भौतिक मात्रा को पदार्थ की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता कहा जाता है।

1 किलोग्राम पदार्थ को 1°C तक ठंडा करने पर उतनी ही मात्रा में ऊष्मा निकलती है।

विशिष्ट ऊष्मा क्षमता को \(c\) अक्षर से दर्शाया जाता है। विशिष्ट ऊष्मा क्षमता की इकाई 1 J/kg °C या 1 J/kg K है।

पदार्थों की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित की जाती है। धातुओं की तुलना में तरल पदार्थों की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता अधिक होती है; पानी की विशिष्ट ऊष्मा सबसे अधिक होती है, सोने की विशिष्ट ऊष्मा बहुत कम होती है।

सीसे की विशिष्ट ऊष्मा 140 J/kg°C है। इसका मतलब है कि 1 किलो सीसे को 1 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करने के लिए 140 जे की गर्मी की मात्रा खर्च करना आवश्यक है। 1 किलो पानी को 1 डिग्री सेल्सियस तक ठंडा करने पर उतनी ही गर्मी निकलेगी।

चूँकि ऊष्मा की मात्रा शरीर की आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन के बराबर होती है, इसलिए हम कह सकते हैं कि विशिष्ट ऊष्मा क्षमता दर्शाती है कि 1 किलो पदार्थ के तापमान में 1 डिग्री सेल्सियस परिवर्तन होने पर उसकी आंतरिक ऊर्जा में कितना परिवर्तन होता है। विशेष रूप से, 1 किलो सीसे की आंतरिक ऊर्जा 1 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करने पर 140 जे तक बढ़ जाती है, और ठंडा होने पर 140 जे तक घट जाती है।

ऊष्मा की मात्रा \(Q \) ​ द्रव्यमान के एक पिंड \(m \) को तापमान \((t_1\,^\circ C) \) से तापमान \((t_2\,^\) तक गर्म करने के लिए आवश्यक है वृत्त C) \) पदार्थ की विशिष्ट ताप क्षमता, शरीर के द्रव्यमान और अंतिम और प्रारंभिक तापमान के बीच के अंतर के उत्पाद के बराबर है, अर्थात।

\[ Q=cm(t_2()^\circ-t_1()^\circ) \]

​ठंडा होने पर किसी पिंड द्वारा छोड़ी गई गर्मी की मात्रा की गणना करने के लिए उसी सूत्र का उपयोग किया जाता है। केवल इस मामले में अंतिम तापमान को प्रारंभिक तापमान से घटाया जाना चाहिए, अर्थात। बड़े तापमान में से छोटे तापमान को घटायें।

6. समस्या समाधान का उदाहरण. 20 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर 100 ग्राम पानी को 80 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर 200 ग्राम पानी वाले गिलास में डाला जाता है। जिसके बाद जहाज में तापमान 60 डिग्री सेल्सियस तक पहुंच गया. ठंडे पानी ने कितनी गर्मी प्राप्त की और गर्म पानी ने कितनी गर्मी दी?

किसी समस्या को हल करते समय, आपको क्रियाओं का निम्नलिखित क्रम करना होगा:

1. समस्या की स्थितियाँ संक्षेप में लिख सकेंगे;
2. मात्राओं के मानों को SI में परिवर्तित करें;
3. समस्या का विश्लेषण करें, स्थापित करें कि कौन से निकाय ऊष्मा विनिमय में शामिल हैं, कौन से निकाय ऊर्जा छोड़ते हैं और कौन से प्राप्त करते हैं;
4. समस्या को सामान्य रूप में हल करें;
5. गणना करना;
6. प्राप्त उत्तर का विश्लेषण करें।

1. कार्य.

दिया गया:
​\(m_1 \) ​ = 200 ग्राम
​\(m_2\) ​ = 100 ग्राम
​\(t_1 \) ​ = 80 डिग्री सेल्सियस
​\(t_2 \) ​ = 20 डिग्री सेल्सियस
​\(t\) ​ = 60 डिग्री सेल्सियस
______________

​\(Q_1 \) ​ — ? ​\(Q_2 \) ​ — ?
​\(c_1 \) ​ = 4200 J/kg °C

2. एसआई:​\(m_1\) ​ = 0.2 किग्रा; ​\(m_2\) ​ = 0.1 किग्रा.

3. कार्य का विश्लेषण. समस्या गर्म और ठंडे पानी के बीच ताप विनिमय की प्रक्रिया का वर्णन करती है। गर्म पानी कुछ मात्रा में ऊष्मा उत्सर्जित करता है और तापमान \(t_1 \) से तापमान \(t \) तक ठंडा होता है। ठंडा पानी ऊष्मा की मात्रा प्राप्त करता है ​\(Q_2 \) ​ और तापमान ​\(t_2 \) ​ से तापमान \(t \) ​ तक गर्म किया जाता है।

4. समस्या का सामान्य रूप में समाधान. गर्म पानी से निकलने वाली ऊष्मा की मात्रा की गणना सूत्र द्वारा की जाती है: ​\(Q_1=c_1m_1(t_1-t) \) ​।

ठंडे पानी द्वारा प्राप्त ऊष्मा की मात्रा की गणना सूत्र द्वारा की जाती है: \(Q_2=c_2m_2(t-t_2) \) .

5. संगणना.
​\(Q_1 \) ​ = 4200 J/kg · °С · 0.2 kg · 20 °С = 16800 J
\(Q_2\) = 4200 जे/किग्रा डिग्री सेल्सियस 0.1 किग्रा 40 डिग्री सेल्सियस = 16800 जे

6. इसका उत्तर यह है कि गर्म पानी से निकलने वाली ऊष्मा की मात्रा ठंडे पानी द्वारा प्राप्त ऊष्मा की मात्रा के बराबर होती है। इस मामले में, एक आदर्श स्थिति पर विचार किया गया और इस बात पर ध्यान नहीं दिया गया कि जिस गिलास में पानी था और आसपास की हवा को गर्म करने के लिए एक निश्चित मात्रा में गर्मी का उपयोग किया गया था। वास्तव में, गर्म पानी से निकलने वाली गर्मी की मात्रा ठंडे पानी से प्राप्त होने वाली गर्मी की मात्रा से अधिक होती है।

भाग ---- पहला

1. चाँदी की विशिष्ट ताप क्षमता 250 J/(किलो डिग्री सेल्सियस) है। इसका अर्थ क्या है?

1) जब 1 किलो चांदी को 250 डिग्री सेल्सियस पर ठंडा किया जाता है, तो 1 जे की मात्रा में गर्मी निकलती है
2) जब 250 किलोग्राम चांदी को 1 डिग्री सेल्सियस तक ठंडा किया जाता है, तो 1 जे की मात्रा में गर्मी निकलती है
3) जब 250 किलोग्राम चांदी को 1 डिग्री सेल्सियस तक ठंडा किया जाता है, तो 1 J की ऊष्मा अवशोषित होती है
4) जब 1 किलो चांदी को 1 डिग्री सेल्सियस तक ठंडा किया जाता है, तो 250 J की ऊष्मा निकलती है

2. जिंक की विशिष्ट ताप क्षमता 400 J/(किलो डिग्री सेल्सियस) है। यह मतलब है कि

1) जब 1 किलो जिंक को 400 डिग्री सेल्सियस तक गर्म किया जाता है, तो इसकी आंतरिक ऊर्जा 1 जे बढ़ जाती है
2) जब 400 किलोग्राम जिंक को 1°C तक गर्म किया जाता है, तो इसकी आंतरिक ऊर्जा 1 J बढ़ जाती है
3) 400 किलोग्राम जिंक को 1 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करने के लिए 1 J ऊर्जा खर्च करना आवश्यक है
4) जब 1 किलोग्राम जिंक को 1°C तक गर्म किया जाता है, तो इसकी आंतरिक ऊर्जा 400 J बढ़ जाती है

3. जब ताप की मात्रा को \(Q \) द्रव्यमान वाले ठोस पिंड में स्थानांतरित किया जाता है, तो शरीर का तापमान \(\Delta t^\circ \) बढ़ जाता है। निम्नलिखित में से कौन सा भाव इस पिंड के पदार्थ की विशिष्ट ताप क्षमता निर्धारित करता है?

1) ​\(\frac(m\Delta t^\circ)(Q) \)​
2) \(\frac(Q)(m\Delta t^\circ) \)​
3) \(\frac(Q)(\Delta t^\circ) \) ​
4) \(Qm\Delta t^\circ \) ​

4. यह आंकड़ा तापमान पर एक ही द्रव्यमान के दो निकायों (1 और 2) को गर्म करने के लिए आवश्यक गर्मी की मात्रा की निर्भरता का एक ग्राफ दिखाता है। उन पदार्थों की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता मान (​\(c_1 \) ​ और ​\(c_2 \) ​) की तुलना करें जिनसे ये पिंड बने हैं।

1) ​\(c_1=c_2 \) ​
2) ​\(c_1>c_2 \) ​
3)\(c_1 4) उत्तर पिंडों के द्रव्यमान के मान पर निर्भर करता है

5. आरेख समान द्रव्यमान के दो पिंडों में स्थानांतरित ऊष्मा की मात्रा को दर्शाता है जब उनका तापमान समान डिग्री से बदलता है। जिन पदार्थों से पिंड बने हैं उनकी विशिष्ट ताप क्षमता के लिए कौन सा संबंध सही है?

1) \(c_1=c_2\)
2) \(c_1=3c_2\)
3) \(c_2=3c_1\)
4) \(c_2=2c_1\)

6. यह चित्र किसी ठोस वस्तु द्वारा छोड़ी गई ऊष्मा की मात्रा के आधार पर उसके तापमान का एक ग्राफ दिखाता है। शरीर का वजन 4 किलो. इस पिंड के पदार्थ की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता क्या है?

1) 500 जे/(किलो डिग्री सेल्सियस)
2) 250 जे/(किलो डिग्री सेल्सियस)
3) 125 जे/(किलो डिग्री सेल्सियस)
4) 100 जे/(किलो डिग्री सेल्सियस)

7. 100 ग्राम वजन वाले क्रिस्टलीय पदार्थ को गर्म करते समय, पदार्थ का तापमान और पदार्थ को दी गई गर्मी की मात्रा मापी गई। माप डेटा तालिका के रूप में प्रस्तुत किया गया था। यह मानते हुए कि ऊर्जा हानि की उपेक्षा की जा सकती है, ठोस अवस्था में पदार्थ की विशिष्ट ताप क्षमता निर्धारित करें।

1) 192 जे/(किलो डिग्री सेल्सियस)
2) 240 जे/(किलो डिग्री सेल्सियस)
3) 576 जे/(किलो डिग्री सेल्सियस)
4) 480 जे/(किलो डिग्री सेल्सियस)

8. 192 ग्राम मोलिब्डेनम को 1 K तक गर्म करने के लिए, आपको इसमें 48 J की ऊष्मा की मात्रा स्थानांतरित करने की आवश्यकता है। इस पदार्थ की विशिष्ट ऊष्मा क्या है?

1) 250 जे/(किलो के)
2) 24 जे/(किलो के)
3) 4·10 -3 जे/(किलो के)
4) 0.92 जे/(किलो के)

9. 100 ग्राम सीसे को 27 से 47°C तक गर्म करने के लिए कितनी ऊष्मा की आवश्यकता होती है?

1)390 जे
2) 26 केजे
3) 260 जे
4) 390 के.जे

10. एक ईंट को 20 से 85 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करने के लिए समान द्रव्यमान के पानी को 13 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करने के लिए उतनी ही गर्मी की आवश्यकता होती है। ईंट की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता होती है

1) 840 जे/(किलो के)
2) 21000 जे/(किलो के)
3) 2100 जे/(किलो के)
4) 1680 जे/(किलो के)

11. नीचे दिए गए कथनों की सूची से दो सही कथनों का चयन करें और उनकी संख्याएँ तालिका में लिखें।

1) किसी पिंड का तापमान एक निश्चित संख्या में डिग्री बढ़ने पर उसे प्राप्त होने वाली ऊष्मा की मात्रा उस ऊष्मा की मात्रा के बराबर होती है जो यह पिंड तब छोड़ता है जब उसका तापमान समान संख्या में डिग्री घटता है।
2) जब कोई पदार्थ ठंडा होता है तो उसकी आंतरिक ऊर्जा बढ़ जाती है।
3) किसी पदार्थ को गर्म करने पर प्राप्त होने वाली ऊष्मा की मात्रा का उपयोग मुख्य रूप से उसके अणुओं की गतिज ऊर्जा को बढ़ाने के लिए किया जाता है।
4) किसी पदार्थ को गर्म करने पर प्राप्त होने वाली ऊष्मा की मात्रा का उपयोग मुख्य रूप से उसके अणुओं की परस्पर क्रिया की संभावित ऊर्जा को बढ़ाने के लिए किया जाता है
5) किसी पिंड की आंतरिक ऊर्जा को केवल एक निश्चित मात्रा में ऊष्मा प्रदान करके ही बदला जा सकता है

12. तालिका द्रव्यमान \(m\) ​, तापमान परिवर्तन \(\Delta t\) ​ और तांबे या एल्यूमीनियम से बने सिलेंडरों को ठंडा करने के दौरान निकलने वाली गर्मी \(Q\) ​ के माप के परिणाम प्रस्तुत करती है। .

कौन से कथन प्रयोग के परिणामों से मेल खाते हैं? दी गई सूची में से दो सही का चयन करें। उनकी संख्या बताएं. लिए गए मापों के आधार पर, यह तर्क दिया जा सकता है कि शीतलन के दौरान निकलने वाली गर्मी की मात्रा

1) उस पदार्थ पर निर्भर करता है जिससे सिलेंडर बनाया जाता है।
2) यह उस पदार्थ पर निर्भर नहीं करता जिससे सिलेंडर बनाया जाता है।
3) सिलेंडर का द्रव्यमान बढ़ने के साथ बढ़ता है।
4) बढ़ते तापमान के अंतर के साथ बढ़ता है।
5) एल्युमीनियम की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता टिन की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता से 4 गुना अधिक है।

भाग 2

सी1. 2 किलो वजन का एक ठोस पिंड 2 किलोवाट की भट्टी में रखा जाता है और गर्म होना शुरू हो जाता है। यह आंकड़ा गर्म करने के समय \(\tau \) पर इस शरीर के तापमान \(t\) की निर्भरता को दर्शाता है। पदार्थ की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता क्या है?

1) 400 जे/(किलो डिग्री सेल्सियस)
2) 200 जे/(किलो डिग्री सेल्सियस)
3) 40 जे/(किलो डिग्री सेल्सियस)
4) 20 जे/(किलो डिग्री सेल्सियस)

जवाब

(या गर्मी हस्तांतरण)।

किसी पदार्थ की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता.

ताप की गुंजाइश- यह 1 डिग्री गर्म होने पर किसी पिंड द्वारा अवशोषित ऊष्मा की मात्रा है।

किसी पिंड की ताप क्षमता को बड़े लैटिन अक्षर द्वारा दर्शाया जाता है साथ.

किसी पिंड की ताप क्षमता किस पर निर्भर करती है? सबसे पहले, इसके द्रव्यमान से। यह स्पष्ट है कि, उदाहरण के लिए, 1 किलोग्राम पानी को गर्म करने के लिए 200 ग्राम पानी को गर्म करने की तुलना में अधिक गर्मी की आवश्यकता होगी।

पदार्थ के प्रकार के बारे में क्या? चलिए एक प्रयोग करते हैं. आइए दो समान बर्तन लें और उनमें से एक में 400 ग्राम वजन का पानी और दूसरे में 400 ग्राम वजन का वनस्पति तेल डालें, हम उन्हें समान बर्नर का उपयोग करके गर्म करना शुरू कर देंगे। थर्मामीटर की रीडिंग देखकर हम देखेंगे कि तेल जल्दी गर्म हो जाता है। पानी और तेल को समान तापमान पर गर्म करने के लिए पानी को अधिक समय तक गर्म करना होगा। लेकिन जितनी अधिक देर तक हम पानी को गर्म करते हैं, उसे बर्नर से उतनी ही अधिक गर्मी प्राप्त होती है।

इस प्रकार, विभिन्न पदार्थों के एक ही द्रव्यमान को एक ही तापमान पर गर्म करने के लिए अलग-अलग मात्रा में ऊष्मा की आवश्यकता होती है। किसी पिंड को गर्म करने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा और इसलिए उसकी ताप क्षमता उस पदार्थ के प्रकार पर निर्भर करती है जिससे पिंड बना है।

इसलिए, उदाहरण के लिए, 1 किलो वजन वाले पानी का तापमान 1 डिग्री सेल्सियस बढ़ाने के लिए, 4200 जे के बराबर गर्मी की मात्रा की आवश्यकता होती है, और सूरजमुखी तेल के समान द्रव्यमान को 1 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करने के लिए, गर्मी की मात्रा के बराबर होती है 1700 जे की आवश्यकता है.

वह भौतिक मात्रा जो दर्शाती है कि 1 किलोग्राम पदार्थ को 1 डिग्री तक गर्म करने के लिए कितनी ऊष्मा की आवश्यकता होती है, कहलाती है विशिष्ट गर्मी की क्षमताइस पदार्थ का.

प्रत्येक पदार्थ की अपनी विशिष्ट ऊष्मा क्षमता होती है, जिसे लैटिन अक्षर c द्वारा दर्शाया जाता है और जूल प्रति किलोग्राम डिग्री (J/(kg °C)) में मापा जाता है।

एकत्रीकरण की विभिन्न अवस्थाओं (ठोस, तरल और गैसीय) में एक ही पदार्थ की विशिष्ट ताप क्षमता अलग-अलग होती है। उदाहरण के लिए, पानी की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता 4200 J/(kg °C) है, और बर्फ की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता 2100 J/(kg °C) है; ठोस अवस्था में एल्यूमीनियम की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता 920 J/(kg - °C) होती है, और तरल अवस्था में - 1080 J/(kg - °C) होती है।

ध्यान दें कि पानी की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता बहुत अधिक होती है। इसलिए, समुद्रों और महासागरों में पानी, गर्मियों में गर्म होकर, हवा से बड़ी मात्रा में गर्मी को अवशोषित करता है। इसके कारण, उन स्थानों पर जो पानी के बड़े निकायों के पास स्थित हैं, गर्मी उतनी गर्म नहीं होती जितनी पानी से दूर के स्थानों में होती है।

किसी पिंड को गर्म करने के लिए आवश्यक या ठंडा होने के दौरान उसके द्वारा छोड़ी गई ऊष्मा की मात्रा की गणना।

उपरोक्त से यह स्पष्ट है कि किसी पिंड को गर्म करने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा उस पदार्थ के प्रकार पर निर्भर करती है जिससे वह पिंड बना है (अर्थात्, उसकी विशिष्ट ऊष्मा क्षमता) और पिंड के द्रव्यमान पर। यह भी स्पष्ट है कि ऊष्मा की मात्रा इस बात पर निर्भर करती है कि हम शरीर का तापमान कितने डिग्री तक बढ़ाने जा रहे हैं।

इसलिए, किसी पिंड को गर्म करने के लिए आवश्यक या ठंडा होने के दौरान उसके द्वारा छोड़ी गई ऊष्मा की मात्रा निर्धारित करने के लिए, आपको पिंड की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता को उसके द्रव्यमान और उसके अंतिम और प्रारंभिक तापमान के बीच के अंतर से गुणा करना होगा:

क्यू = सेमी (टी 2 - टी 1 ) ,

कहाँ क्यू- ऊष्मा की मात्रा, सी- विशिष्ट गर्मी की क्षमता, एम- शरीर का भार , टी 1 - प्रारंभिक तापमान, टी 2 -अंतिम तापमान.

जब शरीर गर्म हो जाता है टी 2 > टी 1 और इसलिए क्यू > 0 . जब शरीर ठंडा हो जाए टी 2i< टी 1 और इसलिए क्यू< 0 .

यदि सम्पूर्ण शरीर की ताप क्षमता ज्ञात हो साथ, क्यूसूत्र द्वारा निर्धारित:

क्यू = सी (टी 2 - टी 1 ) .

लेख की सामग्री

गर्मी,किसी पदार्थ की आंतरिक ऊर्जा का गतिज भाग, इस पदार्थ के अणुओं और परमाणुओं की तीव्र अराजक गति से निर्धारित होता है। तापमान आणविक गति की तीव्रता का माप है। किसी दिए गए तापमान पर किसी पिंड में मौजूद ऊष्मा की मात्रा उसके द्रव्यमान पर निर्भर करती है; उदाहरण के लिए, एक ही तापमान पर, एक बड़े कप पानी में छोटे कप की तुलना में अधिक गर्मी होती है, और ठंडे पानी की एक बाल्टी में एक कप गर्म पानी की तुलना में अधिक गर्मी हो सकती है (हालांकि बाल्टी में पानी का तापमान कम होता है) .

गर्मी मानव जीवन में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है, जिसमें उसके शरीर की कार्यप्रणाली भी शामिल है। भोजन में निहित रासायनिक ऊर्जा का कुछ भाग ऊष्मा में परिवर्तित हो जाता है, जिससे शरीर का तापमान 37°C के आसपास बना रहता है। मानव शरीर का ऊष्मा संतुलन परिवेश के तापमान पर भी निर्भर करता है, और लोगों को बहुत अधिक ऊर्जा खर्च करने के लिए मजबूर होना पड़ता है। सर्दियों में आवासीय और औद्योगिक परिसरों को गर्म करने और गर्मियों में उन्हें ठंडा करने पर। इस ऊर्जा की अधिकांश आपूर्ति ताप इंजनों द्वारा की जाती है, जैसे बिजली संयंत्रों में बॉयलर और भाप टरबाइन जो जीवाश्म ईंधन (कोयला, तेल) जलाते हैं और बिजली उत्पन्न करते हैं।

18वीं सदी के अंत तक. ऊष्मा को एक भौतिक पदार्थ माना जाता था, यह मानते हुए कि किसी शरीर का तापमान उसमें मौजूद "कैलोरी द्रव" या "कैलोरी" की मात्रा से निर्धारित होता है। बाद में, बी. रमफोर्ड, जे. जूल और उस समय के अन्य भौतिकविदों ने, सरल प्रयोगों और तर्क के माध्यम से, "कैलोरी" सिद्धांत का खंडन किया, यह साबित करते हुए कि गर्मी भारहीन है और केवल यांत्रिक गति के माध्यम से किसी भी मात्रा में प्राप्त की जा सकती है। ऊष्मा स्वयं कोई पदार्थ नहीं है - यह केवल उसके परमाणुओं या अणुओं की गति की ऊर्जा है। ऊष्मा की यही समझ आधुनिक भौतिकी द्वारा अपनाई जाती है।

इस लेख में हम देखेंगे कि गर्मी और तापमान कैसे संबंधित हैं और इन मात्राओं को कैसे मापा जाता है। हमारी चर्चा का विषय निम्नलिखित मुद्दे भी होंगे: शरीर के एक हिस्से से दूसरे हिस्से में गर्मी का स्थानांतरण; निर्वात में ऊष्मा स्थानांतरण (एक ऐसा स्थान जिसमें कोई पदार्थ न हो); आधुनिक विश्व में ताप की भूमिका.

गर्मी और तापमान

किसी पदार्थ में तापीय ऊर्जा की मात्रा उसके प्रत्येक अणु की गति को व्यक्तिगत रूप से देखकर निर्धारित नहीं की जा सकती है। इसके विपरीत, केवल किसी पदार्थ के स्थूल गुणों का अध्ययन करके ही एक निश्चित अवधि में औसतन कई अणुओं की सूक्ष्म गति की विशेषताओं का पता लगाया जा सकता है। किसी पदार्थ का तापमान आणविक गति की तीव्रता का औसत संकेतक है, जिसकी ऊर्जा पदार्थ की तापीय ऊर्जा है।

तापमान का आकलन करने का सबसे आम, लेकिन सबसे कम सटीक तरीका स्पर्श है। किसी वस्तु को छूते समय, हम अपनी संवेदनाओं पर ध्यान केंद्रित करते हुए निर्णय लेते हैं कि वह गर्म है या ठंडी। बेशक, ये संवेदनाएं हमारे शरीर के तापमान पर निर्भर करती हैं, जो हमें थर्मल संतुलन की अवधारणा पर लाती है - तापमान मापते समय सबसे महत्वपूर्ण में से एक।

थर्मल संतुलन।

जाहिर है, अगर दो शरीर एऔर बी(चित्र 1) एक-दूसरे को कसकर दबाएं, फिर, पर्याप्त लंबे समय के बाद उन्हें छूने पर, हम देखेंगे कि उनका तापमान समान है। इस मामले में उनका कहना है कि शव एऔर बीएक दूसरे के साथ तापीय संतुलन में हैं। हालाँकि, आम तौर पर कहें तो, निकायों को उनके बीच थर्मल संतुलन बनाए रखने के लिए स्पर्श करना आवश्यक नहीं है - यह पर्याप्त है कि उनका तापमान समान हो। इसे तीसरे निकाय का उपयोग करके सत्यापित किया जा सकता है सी, इसे पहले शरीर के साथ तापीय संतुलन में लाना ए, और फिर शरीर के तापमान की तुलना करना सीऔर बी. शरीर सीयहाँ थर्मामीटर की भूमिका निभाता है। सख्त सूत्रीकरण में, इस सिद्धांत को ऊष्मागतिकी का शून्य नियम कहा जाता है: यदि पिंड A और B तीसरे पिंड C के साथ तापीय संतुलन में हैं, तो ये पिंड भी एक दूसरे के साथ तापीय संतुलन में हैं।यह कानून तापमान मापने की सभी विधियों का आधार है।

तापमान माप।

यदि हम सटीक प्रयोग और गणना करना चाहते हैं, तो गर्म, गर्म, ठंडा, ठंडा जैसी तापमान रेटिंग पर्याप्त नहीं हैं - हमें एक स्नातक तापमान पैमाने की आवश्यकता है। ऐसे कई पैमाने हैं, और पानी के जमने और उबलने के तापमान को आमतौर पर संदर्भ बिंदु के रूप में लिया जाता है। चार सबसे आम पैमाने चित्र में दिखाए गए हैं। 2. सेंटीग्रेड स्केल, जिस पर पानी का हिमांक बिंदु 0° और क्वथनांक 100° होता है, को सेल्सियस स्केल कहा जाता है, जिसका नाम स्वीडिश खगोलशास्त्री ए सेल्सियस के नाम पर रखा गया है, जिन्होंने 1742 में इसका वर्णन किया था। ऐसा माना जाता है कि स्वीडिश प्रकृतिवादी सी. लिनिअस ने सबसे पहले इस पैमाने का उपयोग किया था। अब सेल्सियस स्केल दुनिया में सबसे आम है। फ़ारेनहाइट तापमान पैमाना, जिसमें पानी का हिमांक और क्वथनांक 32 और 212° की अत्यंत असुविधाजनक संख्याओं के अनुरूप होता है, 1724 में जी. फ़ारेनहाइट द्वारा प्रस्तावित किया गया था। फारेनहाइट पैमाना अंग्रेजी भाषी देशों में व्यापक है, लेकिन वैज्ञानिक साहित्य में इसका उपयोग लगभग कभी नहीं किया जाता है। सेल्सियस तापमान (°C) को फ़ारेनहाइट तापमान (°F) में बदलने के लिए एक सूत्र है °F = (9/5)°C + 32, और विपरीत रूपांतरण के लिए एक सूत्र है °C = (5/9)( °F- 32).

दोनों पैमाने - फारेनहाइट और सेल्सियस दोनों - उन स्थितियों में प्रयोग करते समय बहुत असुविधाजनक होते हैं जहां तापमान पानी के हिमांक से नीचे चला जाता है और इसे नकारात्मक संख्या के रूप में व्यक्त किया जाता है। ऐसे मामलों के लिए, निरपेक्ष तापमान पैमाने पेश किए गए, जो तथाकथित निरपेक्ष शून्य के एक्सट्रपलेशन पर आधारित हैं - वह बिंदु जिस पर आणविक गति रुकनी चाहिए। उनमें से एक को रैंकिन स्केल कहा जाता है, और दूसरे को पूर्ण थर्मोडायनामिक स्केल कहा जाता है; उनका तापमान रैंकिन (°R) और केल्विन (K) डिग्री में मापा जाता है। दोनों पैमाने पूर्ण शून्य पर शुरू होते हैं, और पानी का हिमांक बिंदु 491.7° R और 273.16 K से मेल खाता है। सेल्सियस पैमाने और पूर्ण थर्मोडायनामिक पैमाने पर पानी के हिमांक और क्वथनांक के बीच डिग्री और केल्विन की संख्या समान और बराबर होती है 100 तक; फ़ारेनहाइट और रैंकिन पैमानों के लिए भी यह समान है, लेकिन 180 के बराबर है। सूत्र K = ° C + 273.16 का उपयोग करके डिग्री सेल्सियस को केल्विन में परिवर्तित किया जाता है, और सूत्र ° R = ° F + का उपयोग करके डिग्री फ़ारेनहाइट को डिग्री रैंकिन में परिवर्तित किया जाता है। 459.7.

तापमान मापने के लिए डिज़ाइन किए गए उपकरणों का संचालन किसी पदार्थ की तापीय ऊर्जा में परिवर्तन से जुड़ी विभिन्न भौतिक घटनाओं पर आधारित होता है - विद्युत प्रतिरोध, आयतन, दबाव, उत्सर्जक विशेषताओं और थर्मोइलेक्ट्रिक गुणों में परिवर्तन। तापमान मापने के लिए सबसे सरल और सबसे परिचित उपकरणों में से एक पारा ग्लास थर्मामीटर है, जिसे चित्र में दिखाया गया है। 3, ए. थर्मामीटर के निचले हिस्से में पारे की एक गेंद को एक माध्यम में रखा जाता है या किसी वस्तु के खिलाफ दबाया जाता है जिसका तापमान मापा जाना है, और यह इस बात पर निर्भर करता है कि गेंद गर्मी प्राप्त करती है या छोड़ती है, पारा फैलता है या सिकुड़ता है और इसका स्तंभ ऊपर उठता है या केशिका में गिरता है. यदि थर्मामीटर पूर्व-कैलिब्रेटेड है और स्केल से सुसज्जित है, तो आप सीधे शरीर के तापमान का पता लगा सकते हैं।

एक अन्य उपकरण जिसका संचालन थर्मल विस्तार पर आधारित है, चित्र में दिखाया गया द्विधातु थर्मामीटर है। 3, बी. इसका मुख्य तत्व तापीय विस्तार के विभिन्न गुणांकों वाली दो वेल्डेड धातुओं से बनी एक सर्पिल प्लेट है। गर्म होने पर, धातुओं में से एक दूसरे की तुलना में अधिक फैलती है, सर्पिल मुड़ता है और पैमाने के सापेक्ष तीर को घुमाता है। ऐसे उपकरणों का उपयोग अक्सर घर के अंदर और बाहर हवा के तापमान को मापने के लिए किया जाता है, लेकिन ये स्थानीय तापमान निर्धारित करने के लिए उपयुक्त नहीं होते हैं।

स्थानीय तापमान आमतौर पर थर्मोकपल का उपयोग करके मापा जाता है, जो एक छोर पर सोल्डर किए गए असमान धातुओं के दो तार होते हैं (चित्र 4)। ए). जब ऐसे जंक्शन को गर्म किया जाता है, तो तारों के मुक्त सिरों पर एक ईएमएफ उत्पन्न होता है, जो आमतौर पर कई मिलीवोल्ट की मात्रा होती है। थर्मोकपल विभिन्न धातु युग्मों से बनाए जाते हैं: लोहा और कॉन्स्टेंटन, तांबा और कॉन्स्टेंटन, क्रोमेल और एल्यूमेल। उनका थर्मो-ईएमएफ एक विस्तृत तापमान सीमा पर तापमान के साथ लगभग रैखिक रूप से बदलता रहता है।

एक अन्य थर्मोइलेक्ट्रिक प्रभाव भी ज्ञात है - तापमान पर एक प्रवाहकीय सामग्री के प्रतिरोध की निर्भरता। यह विद्युत प्रतिरोध थर्मामीटर के संचालन का आधार है, जिनमें से एक चित्र में दिखाया गया है। 4, बी. एक छोटे तापमान-संवेदनशील तत्व (थर्मल ट्रांसड्यूसर) का प्रतिरोध - आमतौर पर पतले तार का एक कुंडल - की तुलना व्हीटस्टोन ब्रिज का उपयोग करके कैलिब्रेटेड वैरिएबल प्रतिरोधी के प्रतिरोध से की जाती है। आउटपुट डिवाइस को सीधे डिग्री में कैलिब्रेट किया जा सकता है।

दृश्य प्रकाश उत्सर्जित करने वाले गर्म पिंडों के तापमान को मापने के लिए ऑप्टिकल पाइरोमीटर का उपयोग किया जाता है। इस उपकरण के एक अवतार में, शरीर द्वारा उत्सर्जित प्रकाश की तुलना दूरबीन के फोकल विमान में रखे गए गरमागरम लैंप फिलामेंट के उत्सर्जन से की जाती है जिसके माध्यम से उत्सर्जित शरीर को देखा जाता है। लैंप फिलामेंट को गर्म करने वाली विद्युत धारा को तब तक बदला जाता है जब तक कि फिलामेंट और शरीर की चमक की दृश्य तुलना से पता नहीं चलता कि उनके बीच थर्मल संतुलन स्थापित हो गया है। उपकरण पैमाने को सीधे तापमान इकाइयों में अंशांकित किया जा सकता है।

ताप की मात्रा मापना.

किसी पिंड की तापीय ऊर्जा (ऊष्मा की मात्रा) को तथाकथित कैलोरीमीटर का उपयोग करके सीधे मापा जा सकता है; ऐसे उपकरण का एक सरल संस्करण चित्र में दिखाया गया है। 5. यह एक सावधानीपूर्वक इंसुलेटेड बंद बर्तन है, जो इसके अंदर तापमान मापने के लिए उपकरणों से सुसज्जित है और कभी-कभी पानी जैसे ज्ञात गुणों के साथ काम करने वाले तरल पदार्थ से भरा होता है। एक छोटे गर्म शरीर में गर्मी की मात्रा को मापने के लिए, इसे एक कैलोरीमीटर में रखा जाता है और सिस्टम को थर्मल संतुलन तक पहुंचने तक इंतजार किया जाता है। कैलोरीमीटर में स्थानांतरित गर्मी की मात्रा (अधिक सटीक रूप से, इसमें भरने वाले पानी में) पानी के तापमान में वृद्धि से निर्धारित होती है।

दहन जैसी रासायनिक प्रतिक्रिया के दौरान निकलने वाली गर्मी की मात्रा को कैलोरीमीटर में एक छोटा "बम" रखकर मापा जा सकता है। "बम" में एक नमूना होता है, जिसमें इग्निशन के लिए बिजली के तार और उचित मात्रा में ऑक्सीजन जुड़ा होता है। नमूना पूरी तरह से जलने और थर्मल संतुलन स्थापित होने के बाद, यह निर्धारित किया जाता है कि कैलोरीमीटर में पानी का तापमान कितना बढ़ गया है, और इसलिए जारी गर्मी की मात्रा।

ताप माप की इकाइयाँ।

ऊष्मा ऊर्जा का एक रूप है और इसलिए इसे ऊर्जा इकाइयों में मापा जाना चाहिए। ऊर्जा की SI इकाई जूल (J) है। गर्मी की मात्रा की गैर-प्रणालीगत इकाइयों का उपयोग करना भी संभव है - कैलोरी: अंतर्राष्ट्रीय कैलोरी 4.1868 जे है, थर्मोकेमिकल कैलोरी - 4.1840 जे। विदेशी प्रयोगशालाओं में, शोध परिणाम अक्सर तथाकथित का उपयोग करके व्यक्त किए जाते हैं। 15-डिग्री कैलोरी 4.1855 जे के बराबर है। ऑफ-सिस्टम ब्रिटिश थर्मल यूनिट (बीटीयू) को चरणबद्ध तरीके से समाप्त किया जा रहा है: बीटीयू औसत = 1.055 जे।

ऊष्मा के स्रोत.

ऊष्मा के मुख्य स्रोत रासायनिक और परमाणु प्रतिक्रियाएँ, साथ ही विभिन्न ऊर्जा रूपांतरण प्रक्रियाएँ हैं। गर्मी छोड़ने वाली रासायनिक प्रतिक्रियाओं के उदाहरण हैं दहन और खाद्य घटकों का टूटना। पृथ्वी को प्राप्त होने वाली लगभग सारी ऊष्मा सूर्य की गहराई में होने वाली परमाणु प्रतिक्रियाओं द्वारा प्रदान की जाती है। मानवता ने नियंत्रित परमाणु विखंडन प्रक्रियाओं का उपयोग करके गर्मी प्राप्त करना सीख लिया है, और अब उसी उद्देश्य के लिए थर्मोन्यूक्लियर संलयन प्रतिक्रियाओं का उपयोग करने का प्रयास कर रही है। अन्य प्रकार की ऊर्जा, जैसे यांत्रिक कार्य और विद्युत ऊर्जा, को भी ऊष्मा में परिवर्तित किया जा सकता है। यह याद रखना महत्वपूर्ण है कि थर्मल ऊर्जा (किसी भी अन्य की तरह) को केवल दूसरे रूप में परिवर्तित किया जा सकता है, लेकिन इसे "शून्य से" प्राप्त नहीं किया जा सकता है या नष्ट नहीं किया जा सकता है। यह थर्मोडायनामिक्स नामक विज्ञान के बुनियादी सिद्धांतों में से एक है।

ऊष्मप्रवैगिकी

ऊष्मागतिकी ऊष्मा, कार्य और पदार्थ के बीच संबंध का विज्ञान है। इन संबंधों के बारे में आधुनिक विचार कार्नोट, क्लॉसियस, गिब्स, जूल, केल्विन आदि जैसे अतीत के महान वैज्ञानिकों के कार्यों के आधार पर बनाए गए थे। थर्मोडायनामिक्स पदार्थ की ताप क्षमता और तापीय चालकता, पिंडों के तापीय विस्तार का अर्थ बताता है। , और चरण संक्रमण की गर्मी। यह विज्ञान कई प्रयोगात्मक रूप से स्थापित कानूनों - सिद्धांतों पर आधारित है।

ऊष्मागतिकी की शुरुआत.

ऊपर तैयार किया गया थर्मोडायनामिक्स का शून्य नियम थर्मल संतुलन, तापमान और थर्मोमेट्री की अवधारणाओं का परिचय देता है। थर्मोडायनामिक्स का पहला नियम एक ऐसा कथन है जो संपूर्ण विज्ञान के लिए महत्वपूर्ण है: ऊर्जा को न तो नष्ट किया जा सकता है और न ही "शून्य से" प्राप्त किया जा सकता है, इसलिए ब्रह्मांड की कुल ऊर्जा एक स्थिर मात्रा है। अपने सरलतम रूप में, थर्मोडायनामिक्स के पहले नियम को इस प्रकार कहा जा सकता है: किसी सिस्टम को प्राप्त होने वाली ऊर्जा में से निकलने वाली ऊर्जा को घटाकर सिस्टम में शेष ऊर्जा के बराबर होती है। पहली नज़र में, यह कथन स्पष्ट प्रतीत होता है, लेकिन ऐसी स्थिति में नहीं, उदाहरण के लिए, जैसे कार इंजन के सिलेंडरों में गैसोलीन का दहन: यहां प्राप्त ऊर्जा रासायनिक है, दी गई ऊर्जा यांत्रिक (कार्य) है, और सिस्टम में शेष ऊर्जा थर्मल है।

तो, यह स्पष्ट है कि ऊर्जा एक रूप से दूसरे रूप में परिवर्तित हो सकती है और ऐसे परिवर्तन प्रकृति और प्रौद्योगिकी में लगातार होते रहते हैं। सौ साल से भी पहले, जे. जूल ने चित्र में दिखाए गए उपकरण का उपयोग करके यांत्रिक ऊर्जा को तापीय ऊर्जा में परिवर्तित करने के मामले में इसे साबित किया था। 6, ए. इस उपकरण में, घटते और बढ़ते वजन पानी से भरे कैलोरीमीटर में ब्लेड के साथ एक शाफ्ट को घुमाते हैं, जिससे पानी गर्म हो जाता है। सटीक माप ने जूल को यह निर्धारित करने की अनुमति दी कि एक कैलोरी गर्मी यांत्रिक कार्य के 4.186 जे के बराबर है। चित्र में दिखाया गया उपकरण। 6, बी, का उपयोग विद्युत ऊर्जा के तापीय समकक्ष को निर्धारित करने के लिए किया गया था।

ऊष्मागतिकी का पहला नियम रोजमर्रा की कई घटनाओं की व्याख्या करता है। उदाहरण के लिए, यह स्पष्ट हो जाता है कि आप खुले रेफ्रिजरेटर से रसोई को ठंडा क्यों नहीं कर सकते। चलिए मान लेते हैं कि हमने रसोई को पर्यावरण से बचा लिया है। रेफ्रिजरेटर के बिजली तार के माध्यम से सिस्टम को लगातार ऊर्जा की आपूर्ति की जाती है, लेकिन सिस्टम कोई ऊर्जा जारी नहीं करता है। इस प्रकार, इसकी कुल ऊर्जा बढ़ जाती है, और रसोई तेजी से गर्म हो जाती है: बस रेफ्रिजरेटर की पिछली दीवार पर हीट एक्सचेंजर (कंडेनसर) ट्यूब को स्पर्श करें, और आप "कूलिंग" डिवाइस के रूप में इसकी बेकारता को समझेंगे। लेकिन अगर इन ट्यूबों को सिस्टम के बाहर (उदाहरण के लिए, खिड़की के बाहर) ले जाया जाए, तो रसोई प्राप्त ऊर्जा से अधिक ऊर्जा देगी, यानी। ठंडा हो जाएगा और रेफ्रिजरेटर विंडो एयर कंडीशनर की तरह काम करेगा।

ऊष्मागतिकी का पहला नियम प्रकृति का एक नियम है जो ऊर्जा के निर्माण या विनाश को बाहर करता है। हालाँकि, यह इस बारे में कुछ नहीं कहता कि प्रकृति में ऊर्जा हस्तांतरण प्रक्रियाएँ कैसे होती हैं। तो, हम जानते हैं कि यदि इन पिंडों को संपर्क में लाया जाए तो एक गर्म पिंड ठंडे पिंड को गर्म कर देगा। लेकिन क्या कोई ठंडा पिंड स्वयं अपने ताप भंडार को गर्म पिंड में स्थानांतरित कर सकता है? बाद की संभावना को ऊष्मागतिकी के दूसरे नियम द्वारा स्पष्ट रूप से खारिज कर दिया गया है।

पहला सिद्धांत 100% से अधिक के प्रदर्शन (दक्षता) गुणांक के साथ एक इंजन बनाने की संभावना को भी बाहर करता है (ऐसा "सदा" इंजन, किसी भी लम्बाई के लिए, खपत से अधिक ऊर्जा की आपूर्ति कर सकता है)। 100% की दक्षता के साथ भी एक इंजन बनाना असंभव है, क्योंकि इसे आपूर्ति की गई ऊर्जा का कुछ हिस्सा कम उपयोगी थर्मल ऊर्जा के रूप में इसके द्वारा नष्ट हो जाना चाहिए। इस प्रकार, ऊर्जा आपूर्ति के बिना पहिया किसी भी लम्बाई तक नहीं घूमेगा, क्योंकि बीयरिंगों में घर्षण के कारण, यांत्रिक गति की ऊर्जा धीरे-धीरे गर्मी में बदल जाएगी जब तक कि पहिया रुक न जाए।

"उपयोगी" कार्य को कम उपयोगी ऊर्जा - ताप - में परिवर्तित करने की प्रवृत्ति की तुलना एक अन्य प्रक्रिया से की जा सकती है जो तब होती है जब विभिन्न गैसों वाले दो बर्तन जुड़े होते हैं। काफी देर तक इंतजार करने के बाद, हमें दोनों जहाजों में गैसों का एक सजातीय मिश्रण मिलता है - प्रकृति इस तरह से कार्य करती है कि सिस्टम का क्रम कम हो जाता है। इस विकार के थर्मोडायनामिक माप को एन्ट्रापी कहा जाता है, और थर्मोडायनामिक्स के दूसरे नियम को अलग तरह से तैयार किया जा सकता है: प्रकृति में प्रक्रियाएं हमेशा इस तरह से आगे बढ़ती हैं कि सिस्टम और उसके पर्यावरण की एन्ट्रापी बढ़ जाती है। इस प्रकार, ब्रह्मांड की ऊर्जा स्थिर रहती है, लेकिन इसकी एन्ट्रापी लगातार बढ़ती रहती है।

पदार्थों की ऊष्मा एवं गुण.

विभिन्न पदार्थों में तापीय ऊर्जा संग्रहित करने की अलग-अलग क्षमताएँ होती हैं; यह उनकी आणविक संरचना और घनत्व पर निर्भर करता है। किसी पदार्थ के इकाई द्रव्यमान का तापमान एक डिग्री बढ़ाने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा को उसकी विशिष्ट ऊष्मा क्षमता कहा जाता है। ताप क्षमता उन स्थितियों पर निर्भर करती है जिनमें पदार्थ स्थित है। उदाहरण के लिए, एक गुब्बारे में एक ग्राम हवा को 1 K तक गर्म करने के लिए, कठोर दीवारों वाले एक सीलबंद बर्तन में उसी गर्म करने की तुलना में अधिक गर्मी की आवश्यकता होती है, क्योंकि गुब्बारे को प्रदान की गई ऊर्जा का कुछ हिस्सा हवा को फैलाने में खर्च होता है, और इसे गर्म करने पर नहीं. इसलिए, विशेष रूप से, गैसों की ताप क्षमता को स्थिर दबाव और स्थिर आयतन पर अलग-अलग मापा जाता है।

जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, अणुओं की अराजक गति की तीव्रता बढ़ती है - गर्म होने पर अधिकांश पदार्थ फैलते हैं। किसी पदार्थ का तापमान 1 K बढ़ने पर उसके विस्तार की डिग्री को तापीय विस्तार का गुणांक कहा जाता है।

किसी पदार्थ को एक चरण अवस्था से दूसरे चरण में जाने के लिए, उदाहरण के लिए ठोस से तरल (और कभी-कभी सीधे गैसीय) में जाने के लिए, उसे एक निश्चित मात्रा में गर्मी प्राप्त करनी होगी। यदि आप किसी ठोस को गर्म करते हैं, तो उसका तापमान तब तक बढ़ेगा जब तक वह पिघलना शुरू न कर दे; जब तक पिघलना पूरा नहीं हो जाता, गर्मी बढ़ने के बावजूद शरीर का तापमान स्थिर रहेगा। किसी पदार्थ के एक इकाई द्रव्यमान को पिघलाने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा को संलयन की ऊष्मा कहा जाता है। यदि आप अधिक गर्मी लगाते हैं, तो पिघला हुआ पदार्थ गर्म होकर उबल जाएगा। किसी दिए गए तापमान पर तरल के एक इकाई द्रव्यमान को वाष्पित करने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा को वाष्पीकरण की ऊष्मा कहा जाता है।

आणविक गतिज सिद्धांत.

आणविक गतिज सिद्धांत इस पदार्थ को बनाने वाले परमाणुओं और अणुओं के व्यवहार पर सूक्ष्म स्तर पर विचार करके किसी पदार्थ के स्थूल गुणों की व्याख्या करता है। इस मामले में, एक सांख्यिकीय दृष्टिकोण का उपयोग किया जाता है और कणों और उनकी गति की प्रकृति के संबंध में कुछ धारणाएँ बनाई जाती हैं। इस प्रकार, अणुओं को ठोस गेंद माना जाता है, जो गैसीय मीडिया में निरंतर अराजक गति में होते हैं और एक टकराव से दूसरे टकराव तक काफी दूरी तय करते हैं। टकराव को लोचदार माना जाता है और यह उन कणों के बीच होता है जिनका आकार छोटा होता है लेकिन उनकी संख्या बहुत बड़ी होती है। कोई भी वास्तविक गैस इस मॉडल से बिल्कुल मेल नहीं खाती है, लेकिन अधिकांश गैसें इसके काफी करीब हैं, जो आणविक गतिज सिद्धांत के व्यावहारिक मूल्य को निर्धारित करती है।

इन विचारों के आधार पर और एक सांख्यिकीय दृष्टिकोण का उपयोग करते हुए, मैक्सवेल ने एक सीमित मात्रा में गैस अणुओं के वेग का वितरण निकाला, जिसे बाद में उनके नाम पर रखा गया। यह वितरण चित्र में ग्राफ़िक रूप से प्रस्तुत किया गया है। 100 और 1000 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर हाइड्रोजन के एक निश्चित दिए गए द्रव्यमान के लिए 7। एब्सिस्सा पर संकेतित गति से चलने वाले अणुओं की संख्या को ऑर्डिनेट अक्ष के साथ प्लॉट की जाती है। कणों की कुल संख्या प्रत्येक वक्र के नीचे के क्षेत्र के बराबर है और दोनों मामलों में समान है। ग्राफ़ से पता चलता है कि अधिकांश कणों का वेग कुछ औसत मान के करीब होता है, और केवल कुछ ही कणों का वेग बहुत अधिक या कम होता है। संकेतित तापमान पर औसत वेग 2000-3000 मीटर/सेकेंड की सीमा में होते हैं, यानी। बहुत बड़ा।

बड़ी संख्या में ऐसे तेज़ गति से चलने वाले गैस अणु आसपास के पिंडों पर काफी मापनीय बल के साथ कार्य करते हैं। सूक्ष्म बल जिसके साथ कई गैस अणु कंटेनर की दीवारों पर हमला करते हैं, एक स्थूल मात्रा में जुड़ जाते हैं जिसे दबाव कहा जाता है। जब किसी गैस को ऊर्जा की आपूर्ति की जाती है (तापमान बढ़ता है), तो उसके अणुओं की औसत गतिज ऊर्जा बढ़ जाती है, गैस के कण दीवारों से अधिक बार और जोर से टकराते हैं, दबाव बढ़ जाता है, और यदि दीवारें पूरी तरह से कठोर नहीं होती हैं, तो वे खिंचती हैं और आयतन बढ़ता है गैस की मात्रा बढ़ जाती है. इस प्रकार, आणविक गतिज सिद्धांत में अंतर्निहित सूक्ष्म सांख्यिकीय दृष्टिकोण हमें थर्मल विस्तार की घटना की व्याख्या करने की अनुमति देता है जिसकी हमने चर्चा की थी।

आणविक गतिज सिद्धांत का एक अन्य परिणाम एक कानून है जो गैस के गुणों का वर्णन करता है जो ऊपर सूचीबद्ध आवश्यकताओं को पूरा करता है। अवस्था का यह तथाकथित आदर्श गैस समीकरण एक मोल गैस के दबाव, आयतन और तापमान से संबंधित होता है और इसका रूप होता है

पीवी = आरटी,

कहाँ पी- दबाव, वी- आयतन, टी– तापमान, और आर- सार्वभौमिक गैस स्थिरांक (8.31441 ± 0.00026) जे/(मोल के) के बराबर। थर्मोडायनामिक्स।

गर्मी का हस्तांतरण

ताप अंतरण तापमान अंतर के कारण किसी पिंड के भीतर या एक पिंड से दूसरे पिंड में ऊष्मा स्थानांतरित करने की प्रक्रिया है। ऊष्मा स्थानांतरण की तीव्रता पदार्थ के गुणों, तापमान अंतर पर निर्भर करती है और प्रकृति के प्रयोगात्मक रूप से स्थापित नियमों का पालन करती है। कुशलतापूर्वक संचालित हीटिंग या कूलिंग सिस्टम, विभिन्न इंजन, बिजली संयंत्र और थर्मल इन्सुलेशन सिस्टम बनाने के लिए, आपको गर्मी हस्तांतरण के सिद्धांतों को जानना होगा। कुछ मामलों में, हीट एक्सचेंज अवांछनीय है (गलाने वाली भट्टियों, अंतरिक्ष यान आदि का थर्मल इन्सुलेशन), जबकि अन्य में यह जितना संभव हो उतना बड़ा होना चाहिए (स्टीम बॉयलर, हीट एक्सचेंजर्स, रसोई के बर्तन)।

ऊष्मा स्थानांतरण के तीन मुख्य प्रकार हैं: चालन, संवहन और दीप्तिमान ऊष्मा स्थानांतरण।

ऊष्मीय चालकता।

यदि शरीर के अंदर तापमान में अंतर होता है, तो तापीय ऊर्जा शरीर के गर्म हिस्से से ठंडे हिस्से की ओर चली जाती है। थर्मल आंदोलनों और अणुओं के टकराव के कारण होने वाले इस प्रकार के ताप हस्तांतरण को थर्मल चालकता कहा जाता है; ठोस पदार्थों में पर्याप्त उच्च तापमान पर इसे दृष्टिगत रूप से देखा जा सकता है। इस प्रकार, जब एक स्टील की छड़ को गैस बर्नर की लौ में एक छोर से गर्म किया जाता है, तो थर्मल ऊर्जा रॉड के साथ स्थानांतरित हो जाती है, और एक चमक गर्म छोर से एक निश्चित दूरी तक फैल जाती है (गर्म करने की जगह से दूरी के साथ कभी कम तीव्र होती है) ).

तापीय चालकता के कारण ऊष्मा स्थानांतरण की तीव्रता तापमान प्रवणता पर निर्भर करती है, अर्थात। संबंध डी टी/डी एक्सछड़ के सिरों पर तापमान का अंतर और उनके बीच की दूरी। यह रॉड के क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र (एम2 में) और सामग्री की तापीय चालकता गुणांक [डब्ल्यू/(एमएच के) की संबंधित इकाइयों में] पर भी निर्भर करता है। इन मात्राओं के बीच का संबंध फ्रांसीसी गणितज्ञ जे. फूरियर द्वारा निकाला गया था और इसका निम्नलिखित रूप है:

कहाँ क्यू- गर्मी का प्रवाह, कतापीय चालकता गुणांक है, और ए- संकर अनुभागीय क्षेत्र। इस संबंध को फूरियर का तापीय चालकता का नियम कहा जाता है; इसमें ऋण चिह्न इंगित करता है कि ताप तापमान प्रवणता के विपरीत दिशा में स्थानांतरित होता है।

फूरियर के नियम से यह निष्कर्ष निकलता है कि ऊष्मा प्रवाह को किसी एक मात्रा - तापीय चालकता गुणांक, क्षेत्र या तापमान प्रवणता - को कम करके कम किया जा सकता है। सर्दियों की परिस्थितियों में एक इमारत के लिए, बाद वाले मान व्यावहारिक रूप से स्थिर होते हैं, और इसलिए, कमरे में वांछित तापमान बनाए रखने के लिए, दीवारों की तापीय चालकता को कम करना बाकी है, अर्थात। उनके थर्मल इन्सुलेशन में सुधार करें।

तालिका कुछ पदार्थों और सामग्रियों के तापीय चालकता गुणांक को दर्शाती है। तालिका से पता चलता है कि कुछ धातुएं दूसरों की तुलना में बहुत बेहतर गर्मी का संचालन करती हैं, लेकिन वे सभी हवा और छिद्रपूर्ण सामग्रियों की तुलना में गर्मी के काफी बेहतर संवाहक हैं।

धातुओं की तापीय चालकता क्रिस्टल जाली के कंपन और बड़ी संख्या में मुक्त इलेक्ट्रॉनों (कभी-कभी इलेक्ट्रॉन गैस भी कहा जाता है) की गति के कारण होती है। इलेक्ट्रॉनों की गति धातुओं की विद्युत चालकता के लिए भी जिम्मेदार है, इसलिए यह आश्चर्य की बात नहीं है कि गर्मी के अच्छे संवाहक (उदाहरण के लिए, चांदी या तांबा) भी बिजली के अच्छे संवाहक होते हैं।

जैसे ही तापमान तरल हीलियम (1.8 K) के तापमान से नीचे चला जाता है, कई पदार्थों का थर्मल और विद्युत प्रतिरोध तेजी से कम हो जाता है। सुपरकंडक्टिविटी नामक इस घटना का उपयोग कई उपकरणों की दक्षता में सुधार करने के लिए किया जाता है - माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों से लेकर बिजली लाइनों और बड़े विद्युत चुम्बकों तक।

संवहन.

जैसा कि हम पहले ही कह चुके हैं, जब किसी तरल या गैस को ऊष्मा की आपूर्ति की जाती है, तो आणविक गति की तीव्रता बढ़ जाती है और परिणामस्वरूप दबाव बढ़ जाता है। यदि कोई तरल या गैस आयतन में सीमित नहीं है, तो उसका विस्तार होता है; तरल (गैस) का स्थानीय घनत्व छोटा हो जाता है, और उछाल (आर्किमिडीयन) बलों के कारण, माध्यम का गर्म हिस्सा ऊपर की ओर बढ़ता है (यही कारण है कि कमरे में गर्म हवा रेडिएटर्स से छत तक उठती है)। इस घटना को संवहन कहा जाता है। हीटिंग सिस्टम की गर्मी को बर्बाद न करने के लिए, आपको आधुनिक हीटरों का उपयोग करने की आवश्यकता है जो मजबूर वायु परिसंचरण प्रदान करते हैं।

हीटर से गर्म माध्यम तक संवहन ताप प्रवाह अणुओं की गति की प्रारंभिक गति, घनत्व, चिपचिपाहट, तापीय चालकता और ताप क्षमता और माध्यम पर निर्भर करता है; हीटर का आकार और आकृति भी बहुत महत्वपूर्ण है। संगत मात्राओं के बीच का संबंध न्यूटन के नियम का पालन करता है

क्यू = हा (टी डब्ल्यू - टी Ґ ),

कहाँ क्यू- ताप प्रवाह (वाट में मापा गया), ए- ताप स्रोत का सतह क्षेत्र (एम2 में), टी डब्ल्यूऔर टीҐ - स्रोत और उसके पर्यावरण का तापमान (केल्विन में)। संवहन ताप अंतरण गुणांक एचमाध्यम के गुणों, उसके अणुओं की प्रारंभिक गति, साथ ही ताप स्रोत के आकार पर निर्भर करता है, और इसे W/(m 2 H K) की इकाइयों में मापा जाता है।

परिमाण एचउन मामलों के लिए समान नहीं है जब हीटर के चारों ओर हवा स्थिर (मुक्त संवहन) होती है और जब वही हीटर वायु प्रवाह (मजबूर संवहन) में होता है। एक पाइप के माध्यम से तरल पदार्थ के प्रवाह या एक सपाट सतह के चारों ओर प्रवाह के सरल मामलों में, गुणांक एचसैद्धांतिक रूप से गणना की जा सकती है। हालाँकि, किसी माध्यम के अशांत प्रवाह के लिए संवहन की समस्या का विश्लेषणात्मक समाधान खोजना अभी तक संभव नहीं हो पाया है। अशांति एक तरल (गैस) की एक जटिल गति है, जो आणविक से काफी बड़े पैमाने पर अराजक होती है।

यदि एक गर्म (या, इसके विपरीत, ठंडा) शरीर को स्थिर माध्यम में या प्रवाह में रखा जाता है, तो इसके चारों ओर संवहन धाराएं और एक सीमा परत बन जाती है। इस परत में तापमान, दबाव और अणुओं की गति की गति संवहनी ताप हस्तांतरण के गुणांक को निर्धारित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है।

हीट एक्सचेंजर्स, एयर कंडीशनिंग सिस्टम, हाई-स्पीड विमान और कई अन्य अनुप्रयोगों के डिजाइन में संवहन को ध्यान में रखा जाना चाहिए। ऐसी सभी प्रणालियों में, तापीय चालकता ठोस पिंडों और उनके वातावरण दोनों के बीच, संवहन के साथ-साथ होती है। ऊंचे तापमान पर, उज्ज्वल गर्मी हस्तांतरण भी एक महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकता है।

दीप्तिमान गर्मी हस्तांतरण.

तीसरे प्रकार का ऊष्मा स्थानांतरण - दीप्तिमान ऊष्मा स्थानांतरण - तापीय चालकता और संवहन से इस मायने में भिन्न होता है कि इस मामले में ऊष्मा को निर्वात के माध्यम से स्थानांतरित किया जा सकता है। ऊष्मा स्थानांतरण के अन्य तरीकों से इसकी समानता यह है कि यह तापमान अंतर के कारण भी होता है। थर्मल विकिरण एक प्रकार का विद्युत चुम्बकीय विकिरण है। इसके अन्य प्रकार - रेडियो तरंग, पराबैंगनी और गामा विकिरण - तापमान अंतर के अभाव में उत्पन्न होते हैं।

चित्र में. चित्र 8 तरंग दैर्ध्य पर तापीय (अवरक्त) विकिरण की ऊर्जा की निर्भरता को दर्शाता है। थर्मल विकिरण के साथ दृश्य प्रकाश का उत्सर्जन भी हो सकता है, लेकिन इसकी ऊर्जा स्पेक्ट्रम के अदृश्य हिस्से से विकिरण की ऊर्जा की तुलना में छोटी होती है।

चालन और संवहन द्वारा ऊष्मा स्थानांतरण की तीव्रता तापमान के समानुपाती होती है, और दीप्तिमान ऊष्मा प्रवाह तापमान की चौथी शक्ति के समानुपाती होती है और स्टीफन-बोल्ट्ज़मैन नियम का पालन करती है।

जहां, पहले की तरह, क्यू- ऊष्मा प्रवाह (जूल प्रति सेकंड में, यानी डब्ल्यू में), एविकिरण करने वाले पिंड का सतह क्षेत्र (एम2 में) है, और टी 1 और टी 2 - विकिरण करने वाले शरीर का तापमान (केल्विन में) और इस विकिरण को अवशोषित करने वाला वातावरण। गुणक एसइसे स्टीफ़न-बोल्ट्ज़मैन स्थिरांक कहा जाता है और यह (5.66961 ± 0.00096) एच 10 –8 डब्लू/(एम 2 एच के 4) के बराबर है।

थर्मल विकिरण का प्रस्तुत नियम केवल एक आदर्श उत्सर्जक - तथाकथित बिल्कुल काले शरीर के लिए मान्य है। कोई भी वास्तविक शरीर ऐसा नहीं है, हालांकि इसके गुणों में एक सपाट काली सतह बिल्कुल काले शरीर के करीब पहुंचती है। प्रकाश सतहें अपेक्षाकृत कमजोर रूप से उत्सर्जित होती हैं। कई "ग्रे" निकायों की आदर्शता से विचलन को ध्यान में रखने के लिए, एकता से कम गुणांक, जिसे उत्सर्जन कहा जाता है, को स्टीफन-बोल्ट्ज़मैन कानून का वर्णन करने वाली अभिव्यक्ति के दाईं ओर पेश किया गया है। एक सपाट काली सतह के लिए यह गुणांक 0.98 तक पहुंच सकता है, और एक पॉलिश धातु दर्पण के लिए यह 0.05 से अधिक नहीं है। तदनुसार, विकिरण अवशोषण क्षमता काले पिंड के लिए अधिक और दर्पण पिंड के लिए कम होती है।

आवासीय और कार्यालय स्थानों को अक्सर छोटे विद्युत ताप उत्सर्जकों से गर्म किया जाता है; उनके सर्पिलों की लाल चमक स्पेक्ट्रम के अवरक्त भाग के किनारे के करीब थर्मल विकिरण दिखाई देती है। कमरे को गर्मी से गर्म किया जाता है, जो मुख्य रूप से विकिरण के अदृश्य, अवरक्त भाग द्वारा किया जाता है। रात्रि दृष्टि उपकरण अंधेरे में दृष्टि की अनुमति देने के लिए एक थर्मल विकिरण स्रोत और एक अवरक्त-संवेदनशील रिसीवर का उपयोग करते हैं।

सूर्य तापीय ऊर्जा का एक शक्तिशाली उत्सर्जक है; यह 150 मिलियन किमी की दूरी पर भी पृथ्वी को गर्म करता है। दुनिया के कई हिस्सों में स्थित स्टेशनों द्वारा साल दर साल दर्ज की जाने वाली सौर विकिरण की तीव्रता लगभग 1.37 W/m2 है। सौर ऊर्जा पृथ्वी पर जीवन का स्रोत है। इसे सबसे प्रभावी ढंग से उपयोग करने के तरीकों की खोज जारी है। घरों को गर्म करने और घरेलू जरूरतों के लिए बिजली पैदा करने के लिए सौर पैनल बनाए गए हैं।

ऊष्मा की भूमिका और उसका उपयोग

पृथ्वी के पिघले हुए कोर से उसकी सतह तक ऊष्मा (थर्मल चालकता के कारण) के स्थानांतरण से ज्वालामुखी विस्फोट और गीजर की उपस्थिति होती है। कुछ क्षेत्रों में, भू-तापीय ऊर्जा का उपयोग अंतरिक्ष तापन और बिजली उत्पादन के लिए किया जाता है।

ऊष्मा लगभग सभी उत्पादन प्रक्रियाओं में एक अनिवार्य भागीदार है। आइए उनमें से सबसे महत्वपूर्ण का उल्लेख करें, जैसे धातुओं का गलाना और प्रसंस्करण, इंजन संचालन, खाद्य उत्पादन, रासायनिक संश्लेषण, तेल शोधन, और ईंटों और बर्तनों से लेकर कारों और इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों तक विभिन्न प्रकार की वस्तुओं का निर्माण।

कई औद्योगिक उत्पादन और परिवहन, साथ ही ताप विद्युत संयंत्र, ऊष्मा इंजनों के बिना काम नहीं कर सकते - ऐसे उपकरण जो ऊष्मा को उपयोगी कार्य में परिवर्तित करते हैं। ऐसी मशीनों के उदाहरणों में कंप्रेसर, टर्बाइन, भाप, गैसोलीन और जेट इंजन शामिल हैं।

सबसे प्रसिद्ध ताप इंजनों में से एक भाप टरबाइन है, जो आधुनिक बिजली संयंत्रों में उपयोग किए जाने वाले रैंकिन चक्र के हिस्से को लागू करता है। इस चक्र का एक सरलीकृत आरेख चित्र में दिखाया गया है। 9. काम कर रहे तरल पदार्थ - पानी - को जीवाश्म ईंधन (कोयला, तेल या प्राकृतिक गैस) जलाने से गर्म किए गए भाप बॉयलर में अत्यधिक गर्म भाप में परिवर्तित किया जाता है। उच्च दबाव वाली भाप भाप टरबाइन के शाफ्ट को घुमाती है, जो बिजली पैदा करने वाले जनरेटर को चलाती है। बहते पानी से ठंडा होने पर निकास भाप संघनित हो जाती है, जो रैंकिन चक्र में उपयोग नहीं की गई कुछ गर्मी को अवशोषित कर लेती है। इसके बाद, पानी को कूलिंग टॉवर में आपूर्ति की जाती है, जहां से गर्मी का कुछ हिस्सा वायुमंडल में छोड़ा जाता है। कंडेनसेट को एक पंप का उपयोग करके स्टीम बॉयलर में वापस कर दिया जाता है, और पूरा चक्र दोहराया जाता है।

रैंकिन चक्र की सभी प्रक्रियाएँ ऊपर वर्णित थर्मोडायनामिक्स के सिद्धांतों को दर्शाती हैं। विशेष रूप से, दूसरे नियम के अनुसार, बिजली संयंत्र द्वारा खपत की गई ऊर्जा का कुछ हिस्सा गर्मी के रूप में पर्यावरण में नष्ट हो जाना चाहिए। यह पता चला है कि मूल रूप से जीवाश्म ईंधन में निहित लगभग 68% ऊर्जा इस तरह से नष्ट हो जाती है। बिजली संयंत्र की दक्षता में उल्लेखनीय वृद्धि केवल भाप बॉयलर के तापमान को बढ़ाकर (जो सामग्री के ताप प्रतिरोध द्वारा सीमित है) या उस माध्यम के तापमान को कम करके प्राप्त की जा सकती है जहां गर्मी जाती है, यानी। वायुमंडल।

एक और थर्मोडायनामिक चक्र जो हमारे दैनिक जीवन में बहुत महत्व रखता है वह रैंकिन वाष्प-कंप्रेसर प्रशीतन चक्र है, जिसका आरेख चित्र में दिखाया गया है। 10. रेफ्रिजरेटर और घरेलू एयर कंडीशनर में ऊर्जा प्रदान करने के लिए बाहर से आपूर्ति की जाती है। कंप्रेसर रेफ्रिजरेटर के काम करने वाले पदार्थ - फ़्रीऑन, अमोनिया या कार्बन डाइऑक्साइड का तापमान और दबाव बढ़ाता है। अत्यधिक गरम गैस को कंडेनसर में आपूर्ति की जाती है, जहां यह ठंडी और संघनित होती है, जिससे पर्यावरण में गर्मी निकलती है। कंडेनसर पाइप से निकलने वाला तरल थ्रॉटलिंग वाल्व के माध्यम से बाष्पीकरणकर्ता में गुजरता है, और इसका कुछ हिस्सा वाष्पित हो जाता है, जिसके साथ तापमान में तेज गिरावट होती है। बाष्पीकरणकर्ता रेफ्रिजरेटर कक्ष से गर्मी लेता है, जो पाइपों में काम कर रहे तरल पदार्थ को गर्म करता है; यह तरल कंप्रेसर द्वारा कंडेनसर को आपूर्ति की जाती है, और चक्र फिर से दोहराया जाता है।

चित्र में दिखाया गया प्रशीतन चक्र। 10, का उपयोग ताप पंप में भी किया जा सकता है। गर्मियों में ऐसे हीट पंप गर्म वायुमंडलीय हवा को गर्मी देते हैं और कमरे को कंडीशन करते हैं, और सर्दियों में, इसके विपरीत, वे ठंडी हवा से गर्मी लेते हैं और कमरे को गर्म करते हैं।

बिजली उत्पादन और परिवहन जैसे उद्देश्यों के लिए परमाणु प्रतिक्रियाएं गर्मी का एक महत्वपूर्ण स्रोत हैं। 1905 में ए. आइंस्टीन ने दिखाया कि द्रव्यमान और ऊर्जा संबंध से संबंधित हैं ई=एमसी 2, यानी एक दूसरे में बदल सकते हैं. प्रकाश की गति सीबहुत ऊँचा: 300 हजार किमी/सेकेंड। इसका मतलब यह है कि किसी पदार्थ की थोड़ी सी मात्रा भी भारी मात्रा में ऊर्जा प्रदान कर सकती है। इस प्रकार, 1 किलोग्राम विखंडनीय सामग्री (उदाहरण के लिए, यूरेनियम) से, सैद्धांतिक रूप से वह ऊर्जा प्राप्त करना संभव है जो 1 मेगावाट बिजली संयंत्र 1000 दिनों के निरंतर संचालन में प्रदान करता है।

परिभाषा

ऊष्मा की मात्राया केवल गर्मी($Q$) वह आंतरिक ऊर्जा है जो बिना कार्य किए तापीय चालकता या विकिरण की प्रक्रियाओं के दौरान उच्च तापमान वाले पिंडों से कम तापमान वाले पिंडों में स्थानांतरित हो जाती है।

जूल SI प्रणाली में ऊष्मा की मात्रा मापने की एक इकाई है

ऊष्मा की इकाई ऊष्मागतिकी के प्रथम नियम से प्राप्त की जा सकती है:

\[\डेल्टा Q=A+\डेल्टा U\ \left(1\right),\]

जहां $A$ थर्मोडायनामिक प्रणाली का कार्य है; $\Delta U$ - सिस्टम की आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन; $\Delta Q$ सिस्टम को आपूर्ति की गई ऊष्मा की मात्रा है।

कानून (1) से, और इससे भी अधिक इज़ोटेर्माल प्रक्रिया के लिए इसके संस्करण से:

\[\डेल्टा Q=A\ \left(2\right).\]

जाहिर है, अंतर्राष्ट्रीय इकाई प्रणाली (SI) में, जूल (J) ऊर्जा और कार्य की एक इकाई है।

यदि हम ऊर्जा की परिभाषा ($E$) का उपयोग इस रूप में करें तो जूल को बुनियादी इकाइयों में व्यक्त करना आसान है:

जहां $c$ प्रकाश की गति है; $m$ शरीर का वजन है। अभिव्यक्ति (2) के आधार पर, हमारे पास है:

\[\left=\left=kg\cdot (\left(\frac(m)(s)\right))^2=\frac(kg\cdot m^2)(s^2).\]

सभी मानक एसआई उपसर्गों का उपयोग जूल के साथ किया जाता है, जो दशमलव उपगुणकों और गुणकों को दर्शाता है। उदाहरण के लिए, $1kJ=(10)^3J$; 1MJ =$(10)^6J$; 1 GJ=$(10)^9J$.

एर्ग सीजीएस प्रणाली में गर्मी की मात्रा मापने की एक इकाई है

सीजीएस प्रणाली (सेंटीमीटर, ग्राम, सेकंड) में गर्मी को एर्ग (एर्ग) में मापा जाता है। इस मामले में, एक अर्ग इसके बराबर है:

इसे ध्यान में रखते हुए:

हमें जूल और एर्ग के बीच संबंध मिलता है:

कैलोरी - ऊष्मा की मात्रा मापने की एक इकाई

ऊष्मा की मात्रा मापने के लिए कैलोरी का उपयोग एक ऑफ-सिस्टम इकाई के रूप में किया जाता है। एक कैलोरी ऊष्मा की उस मात्रा के बराबर होती है जिसे एक किलोग्राम वजन वाले पानी को एक डिग्री सेल्सियस तक गर्म करने के लिए स्थानांतरित किया जाना चाहिए। जूल और कैलोरी के बीच संबंध इस प्रकार है:

अधिक सटीक होने के लिए, वे भेद करते हैं:

• अंतर्राष्ट्रीय कैलोरी, यह इसके बराबर है:
\
• थर्मोकेमिकल कैलोरी:
\
• थर्मल माप के लिए 15 डिग्री कैलोरी का उपयोग किया जाता है:
\

कैलोरी का उपयोग अक्सर दशमलव उपसर्गों के साथ किया जाता है, जैसे: kcal (किलोकैलोरी) $1kcal=(10)^3cal$; मैकल (मेगाकैलोरी) 1 मैकल =$(10)^6cal$; Gcal (गीगाकैलोरी) 1 Gcal=$(10)^9cal$.

कभी-कभी एक किलोकैलोरी को बड़ी कैलोरी या किलोकैलोरी कहा जाता है।

समाधान सहित समस्याओं के उदाहरण

उदाहरण 1

व्यायाम।$m=0.2$kg वजन वाली हाइड्रोजन द्वारा कितनी ऊष्मा अवशोषित की जाती है जब इसे $t_1=0(\rm()^\circ\!C)$ से $t_2=100(\rm()^\circ\ तक गर्म किया जाता है ! सी)$ लगातार दबाव पर? अपना उत्तर किलोजूल में लिखें।

समाधान।आइए ऊष्मागतिकी का पहला नियम लिखें:

\[\डेल्टा Q=A+\डेल्टा U\ \left(1.1\right).\]

\[\Delta U=\frac(i)(2)\frac(m)(\mu )R\Delta T\ \left(1.2\right),\]

जहां $i=5$ हाइड्रोजन अणु की स्वतंत्रता की डिग्री की संख्या है; $\mu =2\cdot (10)^(-3)\frac(kg)(mol)$; $R=8.31\ \frac(J)(mol\cdot K)$; $\Delta T=t_2-t_1$. शर्त के अनुसार, हम एक आइसोबैरिक प्रक्रिया से निपट रहे हैं। एक समदाब रेखीय प्रक्रिया में कार्य बराबर होता है:

अभिव्यक्ति (1.2) और (1.3) को ध्यान में रखते हुए, हम एक आइसोबैरिक प्रक्रिया के लिए थर्मोडायनामिक्स के पहले नियम को इस रूप में बदलते हैं:

\[\Delta Q=\frac(m)(\mu )R\Delta T\ +\frac(i)(2)\frac(m)(\mu )R\Delta T=\frac(m)(\ म्यू )R\Delta T\left(1+\frac(i)(2)\right)\ \left(1.4\right).\]

आइए जांचें कि गर्मी को किन इकाइयों में मापा जाता है यदि इसकी गणना सूत्र (1.4) का उपयोग करके की जाती है:

\[\left[\Delta Q\right]=\left[\frac(m)(\mu )R\Delta T\left(1+\frac(i)(2)\right)\right]=\left [\frac(m)(\mu )R\Delta T\right]=\frac(\left)(\left[\mu \right])\left\left[\Delta T\right]=\frac(kg )(किलो/मोल)\cdot \frac(J)(mol\cdot K)\cdot K=J.\]

आइए गणनाएँ करें:

\[\Delta Q=\frac(0.2)(2 (10)^(-3))\cdot 8.31\cdot 100\left(1+\frac(5)(2)\right)\लगभग 291\cdot ( 10)^3\left(J\right)=291\ \left(kJ\right).\]

उत्तर।$\डेल्टा Q=291\ $ kJ

उदाहरण 2

व्यायाम।$m=1\ g$ द्रव्यमान वाले हीलियम को चित्र 1 में दिखाई गई प्रक्रिया में 100 K तक गर्म किया गया। गैस में कितनी ऊष्मा स्थानांतरित होती है? अपना उत्तर जीएचएस इकाइयों में लिखें।

समाधान।चित्र 1 एक समद्विबाहु प्रक्रिया को दर्शाता है। ऐसी प्रक्रिया के लिए हम ऊष्मागतिकी का पहला नियम इस प्रकार लिखते हैं:

\[\डेल्टा Q=\डेल्टा यू\ \बाएं(2.1\दाएं).\]

हम आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन को इस प्रकार पाते हैं:

\[\Delta U=\frac(i)(2)\frac(m)(\mu )R\Delta T\ \left(2.2\right),\]

जहां $i=3$ हीलियम अणु की स्वतंत्रता की डिग्री की संख्या है; $\mu =4\frac(g)(mol)$; $R=8.31\cdot (10)^7\ \frac(erg)(mol\cdot K)$; $\Delta T=100\ K.$ सभी मान एसजीएस में लिखे गए हैं। आइए गणनाएँ करें:

\[\Delta Q=\frac(3)(2)\cdot \frac(1)(4)\cdot 8.31\cdot (10)^7\cdot 100\लगभग 3\cdot (10)^9( erg) \\]

उत्तर।$\Delta Q=3\cdot (10)^9$ erg

तापीय ऊर्जा ऊष्मा को मापने की एक प्रणाली है जिसका आविष्कार और उपयोग दो शताब्दी पहले किया गया था। इस मान के साथ काम करने का मूल नियम यह था कि तापीय ऊर्जा संरक्षित रहती है और आसानी से गायब नहीं हो सकती, बल्कि इसे अन्य प्रकार की ऊर्जा में परिवर्तित किया जा सकता है।

आम तौर पर स्वीकृत कई बातें हैं तापीय ऊर्जा की इकाइयाँ. इनका उपयोग मुख्य रूप से औद्योगिक क्षेत्रों में किया जाता है जैसे। सबसे आम का वर्णन नीचे दिया गया है:

एसआई प्रणाली में शामिल माप की किसी भी इकाई का उद्देश्य एक या दूसरे प्रकार की ऊर्जा, जैसे गर्मी या बिजली की कुल मात्रा निर्धारित करना है। माप का समय और मात्रा इन मूल्यों को प्रभावित नहीं करती है, यही कारण है कि इनका उपयोग उपभोग की गई और पहले से ही उपभोग की गई ऊर्जा दोनों के लिए किया जा सकता है। इसके अलावा, किसी भी ट्रांसमिशन और रिसेप्शन, साथ ही नुकसान की गणना भी ऐसी मात्रा में की जाती है।

तापीय ऊर्जा के मापन की इकाइयों का उपयोग कहाँ किया जाता है?

ऊर्जा इकाइयों को ऊष्मा में परिवर्तित किया गया

उदाहरणात्मक उद्देश्यों के लिए, तापीय ऊर्जा के साथ विभिन्न लोकप्रिय एसआई सूचकांकों की तुलना नीचे दी गई है:

• 1 GJ 0.24 Gcal के बराबर है, जो विद्युत समकक्ष में 3400 मिलियन किलोवाट प्रति घंटे के बराबर है। तापीय ऊर्जा समतुल्य में, 1 GJ = 0.44 टन भाप;
• वहीं, 1 Gcal = 4.1868 GJ = 16,000 मिलियन किलोवाट प्रति घंटा = 1.9 टन भाप;
• 1 टन भाप 2.3 GJ = 0.6 Gcal = 8200 किलोवाट प्रति घंटा के बराबर होती है।

इस उदाहरण में, भाप का दिया गया मान 100°C तक पहुंचने पर पानी के वाष्पीकरण के रूप में लिया जाता है।

ऊष्मा की मात्रा की गणना करने के लिए, निम्नलिखित सिद्धांत का उपयोग किया जाता है: ऊष्मा की मात्रा पर डेटा प्राप्त करने के लिए, इसका उपयोग तरल को गर्म करने में किया जाता है, जिसके बाद पानी के द्रव्यमान को अंकुरण तापमान से गुणा किया जाता है। यदि एसआई में किसी तरल का द्रव्यमान किलोग्राम में मापा जाता है, और तापमान का अंतर डिग्री सेल्सियस में होता है, तो ऐसी गणना का परिणाम किलोकलरीज में गर्मी की मात्रा होगी।

यदि थर्मल ऊर्जा को एक भौतिक शरीर से दूसरे भौतिक शरीर में स्थानांतरित करने की आवश्यकता है, और आप संभावित नुकसान का पता लगाना चाहते हैं, तो आपको वृद्धि के तापमान द्वारा प्राप्त पदार्थ की गर्मी के द्रव्यमान को गुणा करना चाहिए, और फिर उत्पाद का पता लगाना चाहिए पदार्थ की "विशिष्ट ऊष्मा" द्वारा परिणामी मूल्य का।