विषयवस्तु: ऊष्मा की परिभाषा, ऊष्मीय चालकता, ऊष्मा धारिता
क्या आपने कभी आइस्ड टी, आइस्ड मिल्क, आइस्ड सिरप आदि पिया है? दरअसल, आइस्ड टी बनाते समय हम आमतौर पर एक गिलास में गर्म पानी में बर्फ के टुकड़े मिलाते हैं। गर्म पानी का तापमान अधिक होता है, जबकि बर्फ के टुकड़ों का तापमान कम होता है। कुछ देर बाद, बर्फ के टुकड़े और गर्म चाय का मिश्रण आइस्ड टी बन जाता है (यानी, बर्फ के टुकड़ों और गर्म चाय का तापमान एक समान हो जाता है)। यही प्रक्रिया गर्म पानी और ठंडे पानी को मिलाने पर भी होती है। कुछ देर बाद, गर्म पानी और ठंडा पानी एक समान तापमान पर आ जाते हैं (यानी, गर्म पानी और ठंडे पानी का तापमान एक समान हो जाता है)। ये वस्तुएँ एक दूसरे को छूने के बाद एक समान तापमान पर क्यों पहुँच जाती हैं?
ऊष्मा की परिभाषा
जब अलग-अलग तापमान वाली वस्तुएँ एक-दूसरे के संपर्क में आती हैं, तो ऊष्मा का स्थानांतरण (जिसे अक्सर ऊष्मा कहा जाता है) अधिक तापमान वाली वस्तु से कम तापमान वाली वस्तु की ओर होता है। यह ऊष्मा स्थानांतरण तब रुक जाता है जब संपर्क में आने वाली वस्तुएँ एक ही तापमान पर पहुँच जाती हैं। उदाहरण के लिए, यदि हम गर्म पानी को ठंडे पानी में मिलाते हैं, तो ऊष्मा आमतौर पर गर्म पानी से ठंडे पानी की ओर स्थानांतरित होती है। जब हम गर्म इस्त्री को ठंडे पानी में डालते हैं, तो ऊष्मा गर्म इस्त्री से पानी की ओर स्थानांतरित होती है। ऊष्मा का प्रवाह तब रुक जाता है जब इस्त्री और पानी एक ही तापमान पर पहुँच जाते हैं। जब कोई डॉक्टर या नर्स आपके शरीर पर थर्मामीटर लगाता है, तो ऊष्मा आपके शरीर से थर्मामीटर में स्थानांतरित होती है। यह ऊष्मा स्थानांतरण तब रुक जाता है जब आपका शरीर और थर्मामीटर एक ही तापमान पर पहुँच जाते हैं। यदि उपयोग किया जाने वाला थर्मामीटर पारा थर्मामीटर है, तो जब आपका शरीर और थर्मामीटर एक ही तापमान पर पहुँच जाते हैं, तो पारे की सतह हिलना बंद कर देती है। पारे की सतह पर दिखाई देने वाला अंक उस समय आपके शरीर का तापमान होता है।
स्वाभाविक रूप से, ऊष्मा अधिक तापमान वाली वस्तुओं से कम तापमान वाली वस्तुओं की ओर प्रवाहित होती है। ऊष्मा स्थानांतरण से संपर्क में आने वाली वस्तुओं का तापमान बराबर हो जाता है। 18वीं शताब्दी में, भौतिकविदों को संदेह था कि ऊष्मा का प्रवाह किसी अदृश्य द्रव की गति के कारण होता है (द्रव वे पदार्थ होते हैं जो प्रवाहित हो सकते हैं। द्रवों में तरल और गैसें शामिल हैं। जल (एक तरल) द्रव है क्योंकि यह प्रवाहित हो सकता है। वायु भी द्रव है क्योंकि यह प्रवाहित हो सकती है)। इस द्रव को कैलोरिक नाम दिया गया था । कैलोरिक सिद्धांत अब प्रयोग में नहीं है क्योंकि प्रायोगिक परिणामों के आधार पर इस कैलोरिक के अस्तित्व को सिद्ध नहीं किया जा सकता है।
19वीं शताब्दी में, जेम्स प्रेस्कॉट जूल (1818-1889) नामक एक अंग्रेज भौतिक विज्ञानी ने एक बर्तन में पानी को हिलाने वाले पहिये की सहायता से गर्म करने का अध्ययन किया। अपने प्रयोग के परिणामों के आधार पर, जूल ने आग से गर्म किए गए पानी से इसकी तुलना की। जब एक लौ और पानी से भरा बर्तन संपर्क में आते हैं, तो ऊष्मा आग (उच्च तापमान) से पानी (निम्न तापमान) की ओर स्थानांतरित होती है। आग के संपर्क में आने से पानी के तापमान में वृद्धि और हिलाने वाले पहिये द्वारा किए गए कार्य के कारण पानी के तापमान में वृद्धि की तुलना करने के बाद, जूल ने निष्कर्ष निकाला कि ऊष्मा वह ऊर्जा है जो उच्च तापमान वाली वस्तु से निम्न तापमान वाली वस्तु की ओर स्थानांतरित होती है। ऊष्मा ऊर्जा नहीं है (ऊष्मा किसी विशिष्ट प्रकार की ऊर्जा नहीं है, जैसे गतिज ऊर्जा, स्थितिज ऊर्जा, रासायनिक ऊर्जा आदि) । ऊष्मा वह ऊर्जा है जो तापमान के अंतर के कारण स्थानांतरित होती है । इसलिए जब ऊष्मा उच्च तापमान वाली वस्तु से निम्न तापमान वाली वस्तु की ओर प्रवाहित होती है, तो वास्तव में ऊर्जा उच्च तापमान वाली वस्तु से निम्न तापमान वाली वस्तु की ओर स्थानांतरित हो रही होती है। संपर्क में आने वाली वस्तुएं जब समान तापमान या ऊष्मीय संतुलन तक पहुंच जाती हैं , तो ऊर्जा का स्थानांतरण रुक जाता है।
ऊष्मीय चालकता
अधिकांश खाना पकाने के बर्तन एल्युमीनियम के क्यों बने होते हैं? मान लीजिए कि आपके बाएं हाथ में एक इस्त्री है और दाएं हाथ में एक गिलास है, और फिर इस्त्री और गिलास को आग पर रखा जाता है। क्या आपके बाएं या दाएं हाथ में से कौन सा हाथ पहले गर्म होता है? ये प्रश्न, और शायद अन्य प्रश्न जो आप पूछेंगे, किसी वस्तु की तापीय चालकता से संबंधित हैं। किसी वस्तु की तापीय चालकता वह क्षमता है जिसके द्वारा वह वस्तु ऊष्मा को स्थानांतरित कर सकती है । उच्च तापीय चालकता (k) वाली वस्तुएं ऊष्मा की अच्छी चालक होती हैं (अच्छे तापीय चालक)। इसके विपरीत, कम तापीय चालकता वाली वस्तुएं ऊष्मा की खराब चालक होती हैं (खराब तापीय चालक)।
ताप की गुंजाइश
ऊष्मा धारिता (C) किसी वस्तु का तापमान एक डिग्री बढ़ाने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा है । ऊष्मा धारिता का सूत्र इस प्रकार है:
C = mc
जानकारी: C = ऊष्मा धारिता, m = वस्तु का द्रव्यमान, c = वस्तु की विशिष्ट ऊष्मा ।
