લેખ ગરમીની વ્યાખ્યા ગરમીનું યાંત્રિક સમકક્ષ ગરમીનું સમીકરણ
૧. ગરમીની વ્યાખ્યા
જો તાપમાનમાં તફાવત ધરાવતી વસ્તુઓ એકબીજાને સ્પર્શે છે, તો ઉચ્ચ-તાપમાનવાળા પદાર્થોમાંથી નીચા-તાપમાનવાળા પદાર્થોમાં ગરમીનું સ્થાનાંતરણ થશે. સ્પર્શ કરતી વસ્તુઓ સમાન તાપમાને પહોંચ્યા પછી ગરમીનું સ્થાનાંતરણ બંધ થઈ જશે. ઉદાહરણ તરીકે, જો આપણે ગરમ પાણીને ઠંડા પાણી સાથે ભેળવીએ છીએ, તો ગરમી સામાન્ય રીતે ગરમ પાણીમાંથી ઠંડા પાણીમાં જાય છે. જ્યારે આપણે ગરમ લોખંડને ઠંડા પાણીમાં નાખીએ છીએ, ત્યારે ગરમી લોખંડમાંથી પાણીમાં જાય છે. લોખંડ અને પાણી સમાન તાપમાને પહોંચ્યા પછી ગરમી વહેતી બંધ થઈ જશે. જ્યારે નર્સ તમારા શરીર સાથે થર્મોમીટર જોડે છે, ત્યારે ગરમી
તમારું શરીર થર્મોમીટર પાસે જાય છે. જ્યારે તમારું શરીર અને થર્મોમીટર સમાન તાપમાને પહોંચી જાય છે ત્યારે ગરમીનું સ્થાનાંતરણ બંધ થઈ જાય છે. જો વપરાયેલ થર્મોમીટર પારો થર્મોમીટર હોય, તો જ્યારે તમારું શરીર અને થર્મોમીટર સમાન તાપમાને પહોંચે છે, ત્યારે પારાની સપાટી ફરતી બંધ થઈ જાય છે. પારાની સપાટી પર દર્શાવેલ સંખ્યા એ તે સમયે તમારા શરીરનું તાપમાન છે.
સ્વાભાવિક રીતે, ગરમી આપમેળે ઉચ્ચ-તાપમાનવાળા પદાર્થોમાંથી
ઓછા તાપમાનવાળા પદાર્થો. ગરમીનું સ્થાનાંતરણ એકબીજાને સ્પર્શતી વસ્તુઓના તાપમાનને સમાન બનાવે છે. 18મી સદીમાં, ભૌતિકશાસ્ત્રીઓને શંકા હતી કે ગરમીનો પ્રવાહ એ પ્રવાહીની ગતિ છે, એક પ્રકારનું પ્રવાહી જે દૃશ્યમાન નથી (પ્રવાહી એક પદાર્થ છે જે વહે છે. પ્રવાહીમાં પ્રવાહી અને વાયુયુક્ત પદાર્થોનો સમાવેશ થાય છે. પાણી (પ્રવાહી) માં પ્રવાહીનો સમાવેશ થાય છે કારણ કે તે વહે છે. હવામાં પ્રવાહીનો પણ સમાવેશ થાય છે કારણ કે તે વહે છે). પ્રવાહીને કેલરી કહેવામાં આવે છે. કેલરીનો સિદ્ધાંત હવે ઉપયોગમાં લેવાતો નથી કારણ કે પ્રયોગના પરિણામોના આધારે, આ કેલરીનું અસ્તિત્વ સાબિત કરી શકાતું નથી. 19મી સદીમાં, જેમ્સ પ્રેસ્કોટ જુલ (1818-1889) નામના એક અંગ્રેજી ભૌતિકશાસ્ત્રીએ શીખ્યા કે કેવી રીતે હલાવતા ચક્રનો ઉપયોગ કરીને કન્ટેનરમાં પાણી ગરમ કરવું.
પ્રયોગના પરિણામોના આધારે, જુલે અગ્નિનો ઉપયોગ કરીને ગરમ પાણી સાથે સરખામણી કરી. જ્યારે જ્યોત અને પાણી ધરાવતા પાત્રના સંપર્કમાં આવે છે, ત્યારે ગરમી અગ્નિ (ઉચ્ચ તાપમાન) થી પાણીમાં (નીચા તાપમાન) જાય છે. અગ્નિના સંપર્કને કારણે વધતા પાણીના તાપમાન અને સ્ટિરર દ્વારા કરવામાં આવેલા કાર્યને કારણે વધતા પાણીના તાપમાન વચ્ચે સરખામણી કર્યા પછી, જુલે તારણ કાઢ્યું કે ગરમી એ ઊર્જા છે જે ઉચ્ચ-તાપમાન પદાર્થમાંથી નીચા-તાપમાન પદાર્થમાં જાય છે. ગરમી એ ઊર્જા નથી (ગરમી એ ચોક્કસ પ્રકારની ઊર્જા નથી, જેમ કે ગતિ ઊર્જા, સંભવિત ઊર્જા, રાસાયણિક ઊર્જા, વગેરે). ગરમી એ ઊર્જા છે જે તાપમાનના તફાવતને કારણે ગતિ કરે છે. તેથી, જ્યારે ગરમી ઉચ્ચ-તાપમાન પદાર્થોમાંથી નીચા-તાપમાન પદાર્થોમાં વહે છે, ત્યારે ઊર્જા ઉચ્ચ-તાપમાન પદાર્થોમાંથી નીચા-તાપમાન પદાર્થોમાં જાય છે. સ્પર્શ કરતી વસ્તુઓ સમાન તાપમાન સુધી પહોંચ્યા પછી ઊર્જાનું સ્થાનાંતરણ અટકી જાય છે.
2. ગરમીનો એકમ અને ગરમીનો યાંત્રિક સમકક્ષ
ગરમીના એકમો કેલરી છે (સંક્ષિપ્તમાં કેલ). કેલરી એ 1 ગ્રામ પાણીનું તાપમાન 1 સે. વધારવા માટે જરૂરી ગરમીનું પ્રમાણ છે.o (ચોક્કસપણે, ૧૪.૫ થી oX માટે XNUM oC). વિવિધ પાણીના તાપમાન માટે જરૂરી ગરમીનું પ્રમાણ બદલાય છે. સમાન ગરમી માટે, પાણીના તાપમાનમાં 1 C નો વધારો થાય છે.o ફક્ત ૧૪.૫ તાપમાન વચ્ચે જ થાય છે oX માટે XNUM oC. ગરમીના એકમોનો ઉપયોગ ઘણીવાર થાય છે, ખાસ કરીને ખાદ્ય ઉર્જાનું મૂલ્ય કિલોકેલરી (kcal) છે તે દર્શાવવા માટે. 1 kcal = 1000 કેલરી. 1 kcal = 1 કેલરી (મોટો K અક્ષર) ના અન્ય નામો. બ્રિટિશ સિસ્ટમ માટે ગરમીનું એકમ Btu (બ્રિટિશ થર્મલ એકમ) છે. 1 Btu = 1 પાઉન્ડ (0.45 કિલોગ્રામ) પાણીનું તાપમાન 1 Fo (બરાબર 63 થી) વધારવા માટે જરૂરી ગરમીનું પ્રમાણ. oએફ થી 64 oF).
ગરમી ઊર્જા સાથે સંબંધિત છે, તેથી આપણે ગરમી એકમો અને ઊર્જા એકમો વચ્ચેનો સંબંધ જાણવાની જરૂર છે. જુલ અને અન્ય વૈજ્ઞાનિકો દ્વારા કરવામાં આવેલા પ્રયોગોના આધારે, તે જાણીતું છે કે 4.186 જુલનું કાર્ય 1 કેલરી ગરમી જેટલું છે.
૧ કેલરી = ૪.૧૮૬ જૌલ
૧ કેસીએલ = ૧૦૦૦ કેલરી = ૪૧૮૬ જૌલ્સ
૧ Btu = ૭૭૮ ફૂટ (૦.૨૪ કિમી). lb = ૨૫૨ કેલરી = ૧૦૫૫ જૌલ્સ
(૧ કેલરી = ૪,૧૮૬ જૌલ અને ૧ કેસીએલ = ૪૧૮૬ જેને ગરમીનો યાંત્રિક સમકક્ષ કહેવાય છે)
૩. ગરમીનું સમીકરણ
જો તાપમાનમાં તફાવત ધરાવતા પદાર્થો એકબીજાને સ્પર્શે છે, તો સ્વાભાવિક રીતે, ગરમી ઉચ્ચ-તાપમાનવાળા પદાર્થોમાંથી નીચા-તાપમાનવાળા પદાર્થોમાં જાય છે. બંને પદાર્થો ઉષ્મા સંતુલનમાં આવ્યા પછી ગરમીનું સ્થાનાંતરણ બંધ થાય છે. ગરમીનું સ્થાનાંતરણ એકબીજાને સ્પર્શતા પદાર્થોના તાપમાનમાં ફેરફારનું કારણ બને છે. આ સંક્ષિપ્ત સમજૂતીના આધારે, તમે નિષ્કર્ષ પર આવી શકો છો કે ગરમી (Q) નો પદાર્થ સાથે સંબંધ છે અને પદાર્થના તાપમાન (ΔT), પદાર્થના દળ (m) અને પદાર્થના પ્રકારમાં ફેરફાર થાય છે.
ગરમી (Q) અને તાપમાનમાં ફેરફાર (ΔT) વચ્ચેનો સંબંધ
જેટલી ગરમી વધારે, તાપમાનમાં ફેરફાર એટલો વધારે. એવું તારણ કાઢી શકાય છે કે ગરમી (Q) નું પ્રમાણ પદાર્થના તાપમાનમાં ફેરફારના પ્રમાણસર છે.
Q α ΔT —– સરખામણી ૧
ગરમી (Q) અને પદાર્થોના દળ (m) વચ્ચેનો સંબંધ
ગરમીનું પ્રમાણ (Q) પદાર્થના તાપમાનમાં થતા ફેરફારના પ્રમાણસર છે. જેટલું વધુ પાણી, પાણીનું તાપમાન વધારવા માટે તેટલી વધુ ગરમીની જરૂર પડે છે.
Q α m —– સરખામણી 2
ગરમી (Q) અને પદાર્થના પ્રકાર (c) વચ્ચેનો સંબંધ
કોઈ પણ વસ્તુનું તાપમાન વધારવા માટે જરૂરી ગરમી તે વસ્તુના પ્રકારને પ્રમાણસર હોય છે.
Q α c —– સરખામણી 3
ઉપરોક્ત ત્રણ સરખામણીઓને એક સમીકરણમાં એકસાથે મૂકવામાં આવી છે:
ક્યૂ α એમસી Δટી
ક્યૂ = એમસી Δટી
આ ગરમીનું સમીકરણ છે.
વર્ણન: Q = ગરમી (જૌલ), m = પદાર્થનું દળ (કિલોગ્રામ), c = ચોક્કસ ગરમી (J / કિગ્રા C o અથવા K)
