ताप इकाइयाँ। विशिष्ट ऊष्मा

आप न केवल काम करके बल्कि गैस को गर्म करके भी सिलेंडर में गैस की आंतरिक ऊर्जा को बदल सकते हैं (चित्र 43)। यदि पिस्टन स्थिर है, तो गैस का आयतन नहीं बदलेगा, लेकिन तापमान, और इसलिए आंतरिक ऊर्जा में वृद्धि होगी।

बिना कार्य किए ऊर्जा का एक पिंड से दूसरे पिंड में स्थानांतरण की प्रक्रिया को ऊष्मा अंतरण या ऊष्मा अंतरण कहते हैं।

उष्मा स्थानान्तरण के परिणामस्वरूप शरीर में स्थानांतरित ऊर्जा को उष्मा की मात्रा कहा जाता है। ऊष्मा की मात्रा को वह ऊर्जा भी कहा जाता है जो शरीर ऊष्मा हस्तांतरण की प्रक्रिया में छोड़ता है।

गर्मी हस्तांतरण की आणविक तस्वीर।निकायों के बीच सीमा पर गर्मी विनिमय के दौरान, ठंडे शरीर के धीरे-धीरे चलने वाले अणु गर्म शरीर के तेजी से चलने वाले अणुओं के साथ बातचीत करते हैं। नतीजतन, गतिज ऊर्जा

अणु संरेखित होते हैं और ठंडे शरीर के अणुओं के वेग बढ़ जाते हैं, और गर्म वाले कम हो जाते हैं।

उष्मा विनिमय के दौरान, ऊर्जा का एक रूप से दूसरे रूप में रूपांतरण नहीं होता है: एक गर्म पिंड की आंतरिक ऊर्जा का एक हिस्सा ठंडे पिंड में स्थानांतरित हो जाता है।

ताप और ताप क्षमता की मात्रा।सातवीं कक्षा के भौतिकी के पाठ्यक्रम से यह ज्ञात होता है कि किसी पिंड को तापमान से तापमान तक द्रव्यमान के साथ गर्म करने के लिए, उसे ऊष्मा की मात्रा की जानकारी देना आवश्यक है।

जब शरीर ठंडा होता है, तो इसका अंतिम तापमान शुरुआती तापमान से कम होता है और शरीर द्वारा छोड़ी गई गर्मी की मात्रा ऋणात्मक होती है।

सूत्र (4.5) में गुणांक c कहा जाता है विशिष्ट ऊष्मा. विशिष्ट ऊष्मा- यह ऊष्मा की वह मात्रा है जो किसी पदार्थ का 1 किलो तापमान 1 K से बदलने पर प्राप्त या बंद हो जाता है -

विशिष्ट ताप क्षमता जूल प्रति किलोग्राम गुणा केल्विन में व्यक्त की जाती है। अलग-अलग निकायों को I K द्वारा तापमान बढ़ाने के लिए ऊर्जा की एक असमान मात्रा की आवश्यकता होती है। इस प्रकार, पानी और तांबे की विशिष्ट ताप क्षमता

विशिष्ट ऊष्मा क्षमता न केवल पदार्थ के गुणों पर निर्भर करती है, बल्कि उस प्रक्रिया पर भी निर्भर करती है जिसमें ऊष्मा का स्थानांतरण होता है। यदि आप किसी गैस को स्थिर दबाव पर गर्म करते हैं, तो यह फैलती है और कार्य करती है। किसी गैस को स्थिर दाब पर 1 °C तक गर्म करने के लिए, उसे गर्म करने की तुलना में अधिक ऊष्मा स्थानांतरित करने की आवश्यकता होगी स्थिर मात्रा.

गर्म होने पर तरल पदार्थ और ठोस थोड़ा फैलते हैं, और उनकी विशिष्ट ताप क्षमता स्थिर आयतन और स्थिर दबाव में बहुत कम होती है।

वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा। किसी द्रव को वाष्प में बदलने के लिए उसमें एक निश्चित मात्रा में ऊष्मा का स्थानांतरण होना चाहिए। इस परिवर्तन के दौरान द्रव का तापमान नहीं बदलता है। पर द्रव का वाष्प में परिवर्तन स्थिर तापमानइससे अणुओं की गतिज ऊर्जा में वृद्धि नहीं होती, बल्कि उनकी स्थितिज ऊर्जा में वृद्धि होती है। आखिरकार, गैस के अणुओं के बीच की औसत दूरी तरल अणुओं के बीच की तुलना में कई गुना अधिक होती है। इसके अलावा, किसी पदार्थ के तरल से गैसीय अवस्था में संक्रमण के दौरान मात्रा में वृद्धि के लिए बाहरी दबाव की ताकतों के खिलाफ काम करने की आवश्यकता होती है।

स्थिर ताप पर 1 किग्रा द्रव को वाष्प में बदलने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा कहलाती है

विशिष्ट ऊष्मावाष्पीकरण। यह मान एक अक्षर द्वारा निरूपित किया जाता है और जूल प्रति किलोग्राम में व्यक्त किया जाता है।

पानी के वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा बहुत अधिक होती है: 100 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर। अन्य तरल पदार्थों (शराब, ईथर, पारा, मिट्टी के तेल, आदि) के लिए, वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा 3-10 गुना कम होती है।

एक तरल द्रव्यमान को वाष्प में बदलने के लिए ऊष्मा की मात्रा के बराबर की आवश्यकता होती है:

जब भाप संघनित होती है, तो उतनी ही मात्रा में ऊष्मा निकलती है:

संलयन की विशिष्ट ऊष्मा।जब एक क्रिस्टलीय पिंड पिघलता है, तो उसे आपूर्ति की गई सारी ऊष्मा अणुओं की संभावित ऊर्जा को बढ़ाने में चली जाती है। अणुओं की गतिज ऊर्जा नहीं बदलती है, क्योंकि पिघलना एक स्थिर तापमान पर होता है।

गलनांक पर 1 किग्रा क्रिस्टलीय पदार्थ को उसी तापमान के द्रव में परिवर्तित करने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा को संलयन की विशिष्ट ऊष्मा कहते हैं।

किसी पदार्थ के 1 किलो के क्रिस्टलीकरण के दौरान, ठीक उतनी ही मात्रा में ऊष्मा निकलती है। बर्फ के पिघलने की विशिष्ट ऊष्मा काफी अधिक होती है:

एक द्रव्यमान के साथ एक क्रिस्टलीय पिंड को पिघलाने के लिए, ऊष्मा की मात्रा के बराबर की आवश्यकता होती है:

शरीर के क्रिस्टलीकरण के दौरान निकलने वाली ऊष्मा की मात्रा इसके बराबर होती है:

1. ऊष्मा की मात्रा किसे कहते हैं? 2. पदार्थों की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता क्या निर्धारित करती है? 3. वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा किसे कहते हैं? 4. संलयन की विशिष्ट ऊष्मा किसे कहते हैं? 5. किन स्थितियों में हस्तांतरित ऊष्मा की मात्रा ऋणात्मक होती है?

जैसा कि हम पहले से ही जानते हैं, शरीर की आंतरिक ऊर्जा काम करते समय और गर्मी हस्तांतरण (बिना काम किए) दोनों में बदल सकती है। कार्य और ऊष्मा की मात्रा के बीच मुख्य अंतर यह है कि कार्य प्रणाली की आंतरिक ऊर्जा को परिवर्तित करने की प्रक्रिया को निर्धारित करता है, जो ऊर्जा के एक प्रकार से दूसरे में परिवर्तन के साथ होता है।

यदि आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन की सहायता से आगे बढ़ता है गर्मी का हस्तांतरण, ऊर्जा का एक शरीर से दूसरे शरीर में स्थानांतरण किसके कारण होता है ऊष्मीय चालकता, विकिरण, या कंवेक्शन.

उष्मा स्थानान्तरण के दौरान शरीर द्वारा खोई या प्राप्त की जाने वाली ऊर्जा कहलाती है गर्मी की मात्रा।

ऊष्मा की मात्रा की गणना करते समय, आपको यह जानना होगा कि कौन सी मात्राएँ इसे प्रभावित करती हैं।

दो समान बर्नर से हम दो बर्तन गर्म करेंगे। एक बर्तन में 1 किलो पानी, दूसरे में - 2 किलो। दो बर्तनों में पानी का तापमान शुरू में समान होता है। हम देख सकते हैं कि एक ही समय में एक बर्तन में पानी तेजी से गर्म होता है, हालांकि दोनों जहाजों को समान मात्रा में गर्मी प्राप्त होती है।

इस प्रकार, हम निष्कर्ष निकालते हैं: किसी दिए गए पिंड का द्रव्यमान जितना अधिक होता है, उतनी ही अधिक मात्रा में उसके तापमान को कम करने या बढ़ाने के लिए उतनी ही अधिक मात्रा में ऊष्मा का व्यय किया जाना चाहिए।

जब शरीर ठंडा हो जाता है, तो यह पड़ोसी वस्तुओं को जितनी अधिक मात्रा में ऊष्मा देता है, उसका द्रव्यमान उतना ही अधिक होता है।

हम सभी जानते हैं कि अगर हमें पानी की एक पूरी केतली को 50 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर गर्म करने की आवश्यकता है, तो हम इस क्रिया पर कम समय खर्च करेंगे, जबकि केतली को पानी की समान मात्रा के साथ गर्म करने की तुलना में, लेकिन केवल 100 डिग्री सेल्सियस तक। पहले मामले में, दूसरे की तुलना में पानी को कम गर्मी दी जाएगी।

इस प्रकार, हीटिंग के लिए आवश्यक गर्मी की मात्रा सीधे निर्भर करती है कितने डिग्रीशरीर गर्म हो सकता है। हम निष्कर्ष निकाल सकते हैं: गर्मी की मात्रा सीधे शरीर के तापमान के अंतर पर निर्भर करती है।

लेकिन क्या यह संभव है कि पानी को गर्म करने के लिए नहीं, बल्कि किसी अन्य पदार्थ, तेल, सीसा या लोहे के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा निर्धारित की जाए।

एक बर्तन को पानी से और दूसरे को वनस्पति तेल से भरें। पानी और तेल का द्रव्यमान बराबर होता है। दोनों बर्तनों को समान बर्नर पर समान रूप से गर्म किया जाएगा। आइए प्रयोग को एक समान प्रारंभिक तापमान पर शुरू करें वनस्पति तेलऔर पानी। पांच मिनट बाद, गर्म तेल और पानी के तापमान को मापने से, हम देखेंगे कि तेल का तापमान पानी के तापमान से बहुत अधिक है, हालांकि दोनों तरल पदार्थों में समान मात्रा में गर्मी प्राप्त होती है।

स्पष्ट निष्कर्ष है: जब समान तापमान पर तेल और पानी के समान द्रव्यमान को गर्म किया जाता है, अलग राशिगरमाहट।

और हम तुरंत एक और निष्कर्ष निकालते हैं: शरीर को गर्म करने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा सीधे उस पदार्थ पर निर्भर करती है जिसमें शरीर स्वयं (पदार्थ का प्रकार) होता है।

इस प्रकार, शरीर को गर्म करने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा (या ठंडा करने के दौरान जारी) सीधे दिए गए शरीर के द्रव्यमान, उसके तापमान की परिवर्तनशीलता और पदार्थ के प्रकार पर निर्भर करती है।

ऊष्मा की मात्रा को प्रतीक Q द्वारा निरूपित किया जाता है। अन्य की तरह विभिन्न प्रकारऊर्जा, ऊष्मा की मात्रा जूल (J) या किलोजूल (kJ) में मापी जाती है।

1 केजे = 1000 जे

हालांकि, इतिहास से पता चलता है कि वैज्ञानिकों ने भौतिकी में ऊर्जा जैसी अवधारणा के प्रकट होने से बहुत पहले ही गर्मी की मात्रा को मापना शुरू कर दिया था। उस समय, ऊष्मा की मात्रा को मापने के लिए एक विशेष इकाई विकसित की गई थी - एक कैलोरी (कैलोरी) या एक किलोकैलोरी (किलो कैलोरी)। इस शब्द की लैटिन जड़ें हैं, कैलोरस - गर्मी।

1 किलो कैलोरी = 1000 कैलोरी

कैलोरी 1 ग्राम पानी का तापमान 1 डिग्री सेल्सियस बढ़ाने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा है

1 कैल = 4.19 जे ≈ 4.2 जे

1 किलो कैलोरी = 4190 जे ≈ 4200 जे ≈ 4.2 केजे

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हमारे लेख का फोकस गर्मी की मात्रा है। हम आंतरिक ऊर्जा की अवधारणा पर विचार करेंगे, जो इस मान के बदलने पर रूपांतरित होती है। हम गणनाओं के अनुप्रयोग के कुछ उदाहरण भी दिखाएंगे मानवीय गतिविधि.

गर्मी

मूल भाषा के किसी भी शब्द के साथ, प्रत्येक व्यक्ति का अपना जुड़ाव होता है। वे परिभाषित हैं निजी अनुभवऔर तर्कहीन भावनाएँ। आमतौर पर "गर्मी" शब्द से क्या दर्शाया जाता है? एक नरम कंबल, सर्दियों में काम करने वाली केंद्रीय हीटिंग बैटरी, पहला सूरज की रोशनीवसंत, बिल्ली। या माँ की नज़र, दोस्त का सुकून भरा शब्द, समय पर ध्यान।

भौतिक विज्ञानी इसका अर्थ एक बहुत ही विशिष्ट शब्द से करते हैं। और बहुत महत्वपूर्ण, विशेष रूप से इस जटिल लेकिन आकर्षक विज्ञान के कुछ वर्गों में।

ऊष्मप्रवैगिकी

यह सरलतम प्रक्रियाओं से अलगाव में गर्मी की मात्रा पर विचार करने के लायक नहीं है, जिस पर ऊर्जा के संरक्षण का नियम आधारित है - कुछ भी स्पष्ट नहीं होगा। इसलिए, शुरुआत करने के लिए, हम अपने पाठकों को याद दिलाते हैं।

ऊष्मप्रवैगिकी किसी भी वस्तु या वस्तु को बहुत के संयोजन के रूप में मानती है एक लंबी संख्याप्राथमिक भाग - परमाणु, आयन, अणु। मैक्रो पैरामीटर बदलते समय इसके समीकरण पूरे सिस्टम की सामूहिक स्थिति में किसी भी बदलाव का वर्णन करते हैं। उत्तरार्द्ध को तापमान (टी के रूप में चिह्नित), दबाव (पी), घटकों की एकाग्रता (आमतौर पर सी) के रूप में समझा जाता है।

आंतरिक ऊर्जा

आंतरिक ऊर्जा एक जटिल शब्द है, जिसका अर्थ गर्मी की मात्रा के बारे में बात करने से पहले समझा जाना चाहिए। यह उस ऊर्जा को दर्शाता है जो वस्तु के स्थूल मापदंडों के मूल्य में वृद्धि या कमी के साथ बदलती है और संदर्भ प्रणाली पर निर्भर नहीं करती है। यह कुल ऊर्जा का हिस्सा है। यह उन परिस्थितियों में इसके साथ मेल खाता है जब अध्ययन के तहत वस्तु का द्रव्यमान केंद्र आराम पर होता है (अर्थात कोई गतिज घटक नहीं होता है)।

जब किसी व्यक्ति को लगता है कि कोई वस्तु (जैसे साइकिल) गर्म या ठंडी हो गई है, तो इससे पता चलता है कि इस प्रणाली को बनाने वाले सभी अणुओं और परमाणुओं ने आंतरिक ऊर्जा में बदलाव का अनुभव किया है। हालांकि, तापमान की स्थिरता का मतलब इस सूचक का संरक्षण नहीं है।

काम और गर्मजोशी

किसी भी थर्मोडायनामिक सिस्टम की आंतरिक ऊर्जा को दो तरह से रूपांतरित किया जा सकता है:

• उस पर काम करके;
• पर्यावरण के साथ हीट एक्सचेंज के दौरान।

इस प्रक्रिया का सूत्र इस प्रकार है:

dU=Q-A, जहां U आंतरिक ऊर्जा है, Q ऊष्मा है, A कार्य है।

अभिव्यक्ति की सरलता से पाठक को धोखा न खाने दें। क्रमचय से पता चलता है कि Q=dU+A, लेकिन एन्ट्रापी (S) की शुरूआत सूत्र को dQ=dSxT के रूप में लाती है।

चूंकि इस मामले में समीकरण एक अंतर समीकरण का रूप लेता है, इसलिए पहली अभिव्यक्ति को उसी की आवश्यकता होती है। इसके अलावा, अध्ययन के तहत वस्तु में कार्यरत बलों और गणना की जा रही पैरामीटर के आधार पर, आवश्यक अनुपात प्राप्त होता है।

आइए एक धातु की गेंद को थर्मोडायनामिक प्रणाली के उदाहरण के रूप में लें। यदि आप उस पर दबाव डालते हैं, उसे ऊपर फेंकते हैं, उसे किसी गहरे कुएं में गिराते हैं, तो इसका मतलब उस पर काम करना है। बाह्य रूप से, इन सभी हानिरहित क्रियाओं से गेंद को कोई नुकसान नहीं होगा, लेकिन इसकी आंतरिक ऊर्जा बदल जाएगी, भले ही यह बहुत कम हो।

दूसरा तरीका है हीट ट्रांसफर। अब हम इस लेख के मुख्य लक्ष्य पर आते हैं: गर्मी की मात्रा क्या है इसका विवरण। यह थर्मोडायनामिक प्रणाली की आंतरिक ऊर्जा में ऐसा परिवर्तन है जो गर्मी हस्तांतरण के दौरान होता है (ऊपर सूत्र देखें)। इसे जूल या कैलोरी में मापा जाता है। जाहिर है, अगर गेंद को एक लाइटर के ऊपर, धूप में, या सिर्फ अंदर रखा जाता है गर्म हाथतो यह गर्म हो जाएगा। और फिर, तापमान को बदलकर, आप उस गर्मी की मात्रा का पता लगा सकते हैं जो उसे एक ही समय में संप्रेषित की गई थी।

क्यों गैस आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन का सबसे अच्छा उदाहरण है, और क्यों छात्र इसके कारण भौतिकी को पसंद नहीं करते हैं

ऊपर, हमने धातु की गेंद के थर्मोडायनामिक मापदंडों में परिवर्तन का वर्णन किया है। वे विशेष उपकरणों के बिना बहुत ध्यान देने योग्य नहीं हैं, और पाठक को वस्तु के साथ होने वाली प्रक्रियाओं के बारे में एक शब्द लेने के लिए छोड़ दिया जाता है। एक और बात है अगर सिस्टम गैस है। उस पर दबाएं - यह दिखाई देगा, इसे गर्म करें - दबाव बढ़ेगा, इसे जमीन के नीचे कम करें - और इसे आसानी से ठीक किया जा सकता है। इसलिए, पाठ्यपुस्तकों में, यह गैस है जिसे अक्सर दृश्य थर्मोडायनामिक प्रणाली के रूप में लिया जाता है।

लेकिन, अफसोस, में आधुनिक शिक्षावास्तविक प्रयोगों पर अधिक ध्यान नहीं दिया जाता है। वैज्ञानिक जो लिखता है टूलकिटक्या खूब समझता है प्रश्न में. उसे ऐसा लगता है कि, गैस के अणुओं के उदाहरण का उपयोग करते हुए, सभी थर्मोडायनामिक मापदंडों को पर्याप्त रूप से प्रदर्शित किया जाएगा। लेकिन एक छात्र के लिए जो इस दुनिया की खोज कर रहा है, सैद्धांतिक पिस्टन के साथ एक आदर्श फ्लास्क के बारे में सुनना उबाऊ है। यदि स्कूल में वास्तविक अनुसंधान प्रयोगशालाएँ होतीं और उनमें काम करने के लिए समर्पित घंटे होते, तो सब कुछ अलग होता। अब तक, दुर्भाग्य से, प्रयोग केवल कागजों पर हैं। और, सबसे अधिक संभावना है, यही कारण है कि लोग भौतिकी की इस शाखा को विशुद्ध रूप से सैद्धांतिक, जीवन से दूर और अनावश्यक मानते हैं।

इसलिए, हमने ऊपर वर्णित साइकिल को एक उदाहरण के रूप में देने का निर्णय लिया। एक व्यक्ति पैडल दबाता है - उन पर काम करता है। पूरे तंत्र को टोक़ संचारित करने के अलावा (जिसके कारण साइकिल अंतरिक्ष में चलती है), उन सामग्रियों की आंतरिक ऊर्जा जिनसे लीवर को परिवर्तन किया जाता है। साइकिल चालक मुड़ने के लिए हैंडल को धक्का देता है और फिर से काम करता है।

बाहरी कोटिंग (प्लास्टिक या धातु) की आंतरिक ऊर्जा बढ़ जाती है। एक आदमी नीचे समाशोधन के लिए जाता है चमकता सूर्य- बाइक गर्म हो जाती है, इसकी गर्मी की मात्रा बदल जाती है। एक पुराने ओक के पेड़ की छाया में आराम करने के लिए रुकता है और कैलोरी या जूल बर्बाद करते हुए सिस्टम ठंडा हो जाता है। गति बढ़ाता है - ऊर्जा के आदान-प्रदान को बढ़ाता है। हालांकि, इन सभी मामलों में गर्मी की मात्रा की गणना बहुत कम, अगोचर मान दिखाएगी। इसलिए, ऐसा लगता है कि थर्मोडायनामिक भौतिकी की अभिव्यक्तियाँ वास्तविक जीवननहीं।

गर्मी की मात्रा में परिवर्तन के लिए गणना का अनुप्रयोग

शायद, पाठक कहेंगे कि यह सब बहुत जानकारीपूर्ण है, लेकिन हमें इन सूत्रों के साथ स्कूल में इतना प्रताड़ित क्यों किया जाता है। और अब हम उदाहरण देंगे कि मानव गतिविधि के किन क्षेत्रों में उनकी सीधे आवश्यकता है और यह उनके रोजमर्रा के जीवन में किसी पर कैसे लागू होता है।

आरंभ करने के लिए, अपने चारों ओर देखें और गिनें: कितनी धातु की वस्तुएँ आपके चारों ओर हैं? शायद दस से ज्यादा। लेकिन पेपर क्लिप, वैगन, रिंग या फ्लैश ड्राइव बनने से पहले किसी धातु को गलाया जाता है। लौह अयस्क को संसाधित करने वाले प्रत्येक संयंत्र को यह समझना चाहिए कि लागत को अधिकतम करने के लिए कितने ईंधन की आवश्यकता है। और इसकी गणना करते समय, धातु युक्त कच्चे माल की ताप क्षमता और सभी के लिए इसे प्रदान की जाने वाली ऊष्मा की मात्रा को जानना आवश्यक है तकनीकी प्रक्रियाएं. चूंकि ईंधन की एक इकाई द्वारा जारी ऊर्जा की गणना जूल या कैलोरी में की जाती है, सूत्रों की सीधे आवश्यकता होती है।

या एक अन्य उदाहरण: अधिकांश सुपरमार्केट में जमे हुए सामान - मछली, मांस, फल के साथ एक विभाग होता है। जहां जानवरों के मांस या समुद्री भोजन से कच्चे माल को अर्ध-तैयार उत्पादों में परिवर्तित किया जाता है, उन्हें पता होना चाहिए कि प्रति टन या तैयार उत्पाद की इकाई कितनी बिजली प्रशीतन और ठंड इकाइयों का उपयोग करेगी। ऐसा करने के लिए, आपको गणना करनी चाहिए कि एक डिग्री सेल्सियस तक ठंडा होने पर एक किलोग्राम स्ट्रॉबेरी या स्क्वीड कितनी गर्मी खो देता है। और अंत में, यह दिखाएगा कि एक निश्चित क्षमता का फ्रीजर कितनी बिजली खर्च करेगा।

विमान, जहाज, ट्रेनें

ऊपर, हमने अपेक्षाकृत गतिहीन, स्थिर वस्तुओं के उदाहरण दिखाए हैं जो सूचित हैं या, इसके विपरीत, उनसे एक निश्चित मात्रा में ऊष्मा ली जाती है। लगातार बदलते तापमान की स्थिति में ऑपरेशन के दौरान चलने वाली वस्तुओं के लिए, गर्मी की मात्रा की गणना एक अन्य कारण से महत्वपूर्ण है।

"धातु थकान" जैसी कोई चीज होती है। इसमें तापमान परिवर्तन की एक निश्चित दर पर अधिकतम स्वीकार्य भार भी शामिल है। एक हवाई जहाज की कल्पना करें जो नम कटिबंधों से जमे हुए ऊपरी वातावरण में उड़ान भरता है। तापमान में बदलाव होने पर दिखने वाली धातु में दरार के कारण यह टूटकर न गिरे, इसके लिए इंजीनियरों को काफी मेहनत करनी पड़ती है। वे एक मिश्र धातु रचना की तलाश कर रहे हैं जो वास्तविक भार का सामना कर सके और उसके पास हो बड़ा स्टॉकताकत। और आँख बंद करके खोज न करने के लिए, गलती से वांछित रचना पर ठोकर खाने की उम्मीद करते हुए, आपको बहुत सारी गणनाएँ करनी होंगी, जिनमें वे भी शामिल हैं जिनमें ऊष्मा की मात्रा में परिवर्तन शामिल हैं।

इस पाठ में, हम सीखेंगे कि किसी पिंड को गर्म करने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा की गणना कैसे करें या ठंडा होने पर उसे कैसे छोड़ें। ऐसा करने के लिए, हम पिछले पाठों में प्राप्त ज्ञान को संक्षेप में प्रस्तुत करेंगे।

इसके अलावा, हम अन्य मात्राओं को जानते हुए, शेष मात्राओं को इस सूत्र से व्यक्त करने और उनकी गणना करने के लिए ऊष्मा की मात्रा के सूत्र का उपयोग करना सीखेंगे। उष्मा की मात्रा की गणना के लिए एक समस्या के उदाहरण पर भी विचार किया जाएगा।

यह पाठ गर्मी की मात्रा की गणना करने के लिए समर्पित है जब एक पिंड गर्म होता है या ठंडा होने पर इसके द्वारा छोड़ा जाता है।

गर्मी की आवश्यक मात्रा की गणना करने की क्षमता बहुत महत्वपूर्ण है। यह आवश्यक हो सकता है, उदाहरण के लिए, एक कमरे को गर्म करने के लिए पानी को प्रदान की जाने वाली गर्मी की मात्रा की गणना करते समय।

चावल। 1. कमरे को गर्म करने के लिए पानी को दी जाने वाली गर्मी की मात्रा

या विभिन्न इंजनों में ईंधन के जलने पर निकलने वाली ऊष्मा की मात्रा की गणना करने के लिए:

चावल। 2. इंजन में ईंधन के जलने पर निकलने वाली ऊष्मा की मात्रा

साथ ही, इस ज्ञान की आवश्यकता है, उदाहरण के लिए, सूर्य द्वारा छोड़ी जाने वाली ऊष्मा की मात्रा निर्धारित करने के लिए और पृथ्वी से टकराने के लिए:

चावल। 3. सूर्य द्वारा छोड़ी गई तथा पृथ्वी पर पड़ने वाली ऊष्मा की मात्रा

ऊष्मा की मात्रा की गणना करने के लिए, आपको तीन बातें जानने की आवश्यकता है (चित्र 4):

• शरीर का वजन (जिसे आमतौर पर एक पैमाने से मापा जा सकता है);
• तापमान अंतर जिसके द्वारा शरीर को गर्म करना या ठंडा करना आवश्यक होता है (आमतौर पर थर्मामीटर से मापा जाता है);
• शरीर की विशिष्ट ताप क्षमता (जो तालिका से निर्धारित की जा सकती है)।

चावल। 4. निर्धारित करने के लिए आपको क्या जानने की आवश्यकता है

ऊष्मा की मात्रा की गणना करने का सूत्र इस प्रकार है:

इस सूत्र में निम्नलिखित मात्राएँ हैं:

जूल (J) में मापी गई ऊष्मा की मात्रा;

किसी पदार्थ की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता, में मापी जाती है;

- तापमान अंतर, डिग्री सेल्सियस () में मापा जाता है।

ऊष्मा की मात्रा की गणना करने की समस्या पर विचार करें।

काम

ग्राम द्रव्यमान वाले एक तांबे के गिलास में तापमान पर एक लीटर की मात्रा वाला पानी होता है। एक गिलास पानी में कितनी ऊष्मा स्थानांतरित की जानी चाहिए ताकि उसका तापमान बराबर हो जाए?

चावल। 5. समस्या की स्थिति का चित्रण

पहले हम लिखते हैं लघु स्थिति (दिया गया) और सभी मात्राओं को अंतर्राष्ट्रीय प्रणाली (SI) में बदलें।

दिया गया:	एसआई
पाना:

समाधान:

सबसे पहले, निर्धारित करें कि इस समस्या को हल करने के लिए हमें और किन राशियों की आवश्यकता है। विशिष्ट ताप क्षमता (तालिका 1) की तालिका के अनुसार, हम पाते हैं (तांबे की विशिष्ट ताप क्षमता, चूंकि स्थिति के अनुसार कांच तांबा है), (पानी की विशिष्ट ताप क्षमता, चूंकि स्थिति के अनुसार गिलास में पानी होता है)। इसके अलावा, हम जानते हैं कि गर्मी की मात्रा की गणना करने के लिए हमें पानी के द्रव्यमान की आवश्यकता होती है। शर्त के अनुसार, हमें केवल आयतन दिया जाता है। इसलिए, हम टेबल से पानी का घनत्व लेते हैं: (टेबल 2)।

टैब। 1. कुछ पदार्थों की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता,

टैब। 2. कुछ तरल पदार्थों का घनत्व

अब हमारे पास इस समस्या को हल करने के लिए सब कुछ है।

ध्यान दें कि ऊष्मा की कुल मात्रा में तांबे के गिलास को गर्म करने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा और उसमें पानी को गर्म करने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा शामिल होगी:

हम पहले तांबे के गिलास को गर्म करने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा की गणना करते हैं:

पानी को गर्म करने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा की गणना करने से पहले, हम ग्रेड 7 से परिचित सूत्र का उपयोग करके पानी के द्रव्यमान की गणना करते हैं:

अब हम गणना कर सकते हैं:

तब हम गणना कर सकते हैं:

याद करें कि इसका क्या अर्थ है: किलोजूल। उपसर्ग "किलो" का अर्थ है .

उत्तर:.

गर्मी की मात्रा (तथाकथित प्रत्यक्ष समस्याएं) और इस अवधारणा से जुड़ी मात्राओं को खोजने की समस्याओं को हल करने की सुविधा के लिए, आप निम्न तालिका का उपयोग कर सकते हैं।

वांछित मूल्य	पद	इकाइयों	मूल सूत्र	मात्रा के लिए सूत्र
ताप की मात्रा

गर्मी विनिमय।

1. हीट ट्रांसफर।

हीट एक्सचेंज या हीट ट्रांसफरबिना काम किए एक शरीर की आंतरिक ऊर्जा को दूसरे शरीर में स्थानांतरित करने की प्रक्रिया है।

तीन प्रकार के ताप हस्तांतरण होते हैं।

1) ऊष्मीय चालकतासीधे संपर्क में निकायों के बीच ताप विनिमय है।

2) कंवेक्शनऊष्मा अंतरण है जिसमें ऊष्मा का स्थानांतरण गैस या तरल प्रवाह द्वारा होता है।

3) विकिरणविद्युत चुम्बकीय विकिरण के माध्यम से गर्मी हस्तांतरण है।

2. ऊष्मा की मात्रा।

ऊष्मा की मात्रा ऊष्मा विनिमय के दौरान किसी पिंड की आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन का माप है। पत्र द्वारा निरूपित क्यू.

ऊष्मा की मात्रा के मापन की इकाई = 1 जे।

गर्मी हस्तांतरण के परिणामस्वरूप एक शरीर द्वारा दूसरे शरीर से प्राप्त गर्मी की मात्रा तापमान बढ़ाने (अणुओं की गतिज ऊर्जा में वृद्धि) या एकत्रीकरण की स्थिति (संभावित ऊर्जा में वृद्धि) को बदलने पर खर्च की जा सकती है।

3. किसी पदार्थ की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता।

अनुभव से पता चलता है कि तापमान T 1 से तापमान T 2 तक द्रव्यमान m के शरीर को गर्म करने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा शरीर द्रव्यमान m और तापमान अंतर (T 2 - T 1) के समानुपाती होती है, अर्थात।

क्यू = सेमी(टी 2 - टी 1 ) = साथएमΔ टी,

साथगर्म पिंड के पदार्थ की विशिष्ट ऊष्मा धारिता कहलाती है।

किसी पदार्थ की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता उस ऊष्मा की मात्रा के बराबर होती है जो पदार्थ के 1 किलो को 1 K द्वारा गर्म करने के लिए दी जानी चाहिए।

विशिष्ट ऊष्मा धारिता की इकाई =.

विभिन्न पदार्थों की ताप क्षमता मान भौतिक तालिकाओं में पाए जा सकते हैं।

जब शरीर को ΔT द्वारा ठंडा किया जाता है तो ठीक उतनी ही मात्रा में ऊष्मा Q मुक्त होगी।

4. वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा।

अनुभव बताता है कि किसी तरल को वाष्प में बदलने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा तरल के द्रव्यमान के समानुपाती होती है, अर्थात

क्यू = एलएम,

आनुपातिकता का गुणांक कहां है एलवाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा कहलाती है।

वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा ऊष्मा की मात्रा के बराबर होती है जो क्वथनांक पर 1 किलो तरल को भाप में बदलने के लिए आवश्यक होती है।

वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा के लिए माप की इकाई।

विपरीत प्रक्रिया में, भाप का संघनन, ऊष्मा उसी मात्रा में जारी की जाती है जो वाष्पीकरण पर खर्च की गई थी।

5. संलयन की विशिष्ट ऊष्मा।

अनुभव से पता चलता है कि ठोस को तरल में बदलने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा शरीर के द्रव्यमान के समानुपाती होती है, अर्थात।

क्यू = λ एम,

जहां आनुपातिकता के गुणांक λ को संलयन की विशिष्ट ऊष्मा कहा जाता है।

संलयन की विशिष्ट ऊष्मा उस ऊष्मा की मात्रा के बराबर होती है जो 1 किलो वजन के ठोस पिंड को गलनांक पर द्रव में बदलने के लिए आवश्यक होती है।

संलयन की विशिष्ट ऊष्मा के लिए माप की इकाई।

विपरीत प्रक्रिया में, एक तरल के क्रिस्टलीकरण, गर्मी को उसी मात्रा में जारी किया जाता है जो पिघलने पर खर्च किया गया था।

6. दहन की विशिष्ट ऊष्मा।

अनुभव से पता चलता है कि ईंधन के पूर्ण दहन के दौरान निकलने वाली ऊष्मा की मात्रा ईंधन के द्रव्यमान के समानुपाती होती है, अर्थात।

क्यू = क्यूएम,

जहाँ आनुपातिकता कारक q को दहन की विशिष्ट ऊष्मा कहा जाता है।

दहन की विशिष्ट ऊष्मा ऊष्मा की मात्रा के बराबर होती है जो 1 किलो ईंधन के पूर्ण दहन के दौरान निकलती है।

दहन की विशिष्ट गर्मी के लिए माप की इकाई।

7. ऊष्मा संतुलन समीकरण।

दो या दो से अधिक निकाय ताप विनिमय में शामिल हैं। कुछ पिंड ऊष्मा देते हैं, जबकि अन्य इसे ग्रहण करते हैं। ऊष्मा का स्थानांतरण तब तक होता है जब तक कि पिंडों का तापमान बराबर न हो जाए। ऊर्जा के संरक्षण के नियम के अनुसार, दी गई ऊष्मा की मात्रा प्राप्त की गई मात्रा के बराबर होती है। इसी आधार पर ऊष्मा संतुलन समीकरण लिखा जाता है।

एक उदाहरण पर विचार करें।

द्रव्यमान m 1 का एक पिंड, जिसकी ऊष्मा क्षमता c 1 है, का तापमान T 1 है, और द्रव्यमान m 2 का एक पिंड, जिसकी ताप क्षमता c 2 है, का तापमान T 2 है। इसके अलावा, टी 1 टी 2 से अधिक है। इन निकायों को संपर्क में लाया जाता है। अनुभव से पता चलता है कि एक ठंडा शरीर (एम 2) गर्म होना शुरू हो जाता है, और एक गर्म शरीर (एम 1) ठंडा होने लगता है। इससे पता चलता है कि एक गर्म शरीर की आंतरिक ऊर्जा का हिस्सा ठंडे में स्थानांतरित हो जाता है, और तापमान भी बाहर हो जाता है। आइए हम अंतिम कुल तापमान को θ से निरूपित करें।

ऊष्मा की वह मात्रा जो एक गर्म पिंड से ठंडे पिंड में स्थानांतरित होती है

क्यू तबादला। = सी 1 एम 1 (टी 1 – θ )

एक ठंडे पिंड द्वारा गर्म से प्राप्त ऊष्मा की मात्रा

क्यू प्राप्त हुआ। = सी 2 एम 2 (θ – टी 2 )

ऊर्जा संरक्षण के नियम के अनुसार क्यू तबादला। = क्यू प्राप्त हुआ।, अर्थात।

सी 1 एम 1 (टी 1 – θ )= सी 2 एम 2 (θ – टी 2 )

आइए हम कोष्ठक खोलें और कुल स्थिर-अवस्था तापमान θ के मान को व्यक्त करें।

इस मामले में तापमान मान θ केल्विन में प्राप्त किया जाएगा।

हालाँकि, क्यू के भावों में उत्तीर्ण। और क्यू प्राप्त होता है। यदि दो तापमानों के बीच अंतर है, और यह केल्विन और डिग्री सेल्सियस दोनों में समान है, तो गणना डिग्री सेल्सियस में की जा सकती है। तब

इस मामले में, तापमान मान θ डिग्री सेल्सियस में प्राप्त किया जाएगा।

ऊष्मीय चालन के परिणामस्वरूप तापमान के समीकरण को एक विनिमय के रूप में आणविक गतिज सिद्धांत के आधार पर समझाया जा सकता है गतिज ऊर्जाथर्मल अराजक गति की प्रक्रिया में टकराने पर अणुओं के बीच।

इस उदाहरण को एक ग्राफ के साथ चित्रित किया जा सकता है।