हाई स्कूल भौतिकी

प्रणालियों और पर्यावरण को समझना

एक प्रणाली अध्ययन की जा रही वस्तु या वस्तुओं का समूह है। ब्रह्मांड में मौजूद अन्य वस्तुओं को परिवेश कहा जाता है। आमतौर पर, एक प्रणाली को उसके परिवेश से एक "विभाजन/सीमांकक/विभाजक" द्वारा अलग किया जाता है।

उदाहरण के लिए, मान लीजिए कि हम एक थर्मस में पानी का अध्ययन करना चाहते हैं। थर्मस के अंदर का पानी सिस्टम कहलाता है, जबकि थर्मस के बाहर की हवा और अन्य वस्तुएं वातावरण बनाती हैं। थर्मस की दीवारें, चाहे अंदर का कांच हो या बाहर का प्लास्टिक, विभाजक का काम करती हैं। पानी से भरा थर्मस इसका एक उदाहरण है।

अधिक पढ़ें

गुप्त ऊष्मा को समझना

यदि आप ठंडे पानी और बर्फ के मिश्रण से भरे किसी पात्र में पारा थर्मामीटर डालते हैं , तो आप देखेंगे कि नीचे जाने के बाद पारा की सतह स्थिर हो जाती है या हिलना बंद कर देती है। पानी के गलनांक या हिमांक (0°C) तक पहुँचने पर पारा की सतह हिलना बंद कर देती है । यदि ^{पात्र} खुला है, तो अधिक तापमान वाली हवा से कम तापमान वाले बर्फ और पानी के मिश्रण में ऊष्मा प्रवाहित होती है। हवा से मिलने वाली अतिरिक्त ऊष्मा के कारण बर्फ पिघल जाती है। क्या बर्फ पिघलने पर बर्फ और पानी के मिश्रण का तापमान बदलता है? बर्फ पिघलने पर पानी और बर्फ के मिश्रण का तापमान नहीं बदलता है।

अधिक पढ़ें

विशिष्ट ऊष्मा (c) किसी वस्तु के एक इकाई द्रव्यमान (m) का तापमान (T) एक डिग्री बढ़ाने के लिए आवश्यक ऊष्मा (Q) की मात्रा है । c का सूत्र इस प्रकार है:

इकाइयों की अंतर्राष्ट्रीय प्रणाली यह J/Kg K है।

किसी वस्तु की विशिष्ट ऊष्मा तापमान के साथ बदलती है। यदि तापमान में परिवर्तन बहुत अधिक न हो, तो मान को स्थिर माना जा सकता है। 1 atm दाब और 20 ^° C तापमान पर विभिन्न वस्तुओं के लिए विशिष्ट ऊष्मा के मान (प्रायोगिक रूप से प्राप्त) निम्नलिखित हैं ।

अधिक पढ़ें

यदि अलग-अलग तापमान वाली वस्तुएँ एक-दूसरे के संपर्क में आती हैं, तो स्वाभाविक रूप से ऊष्मा अधिक तापमान वाली वस्तु से कम तापमान वाली वस्तु की ओर स्थानांतरित होती है। ऊष्मा स्थानांतरण तब रुक जाता है जब दोनों वस्तुएँ ऊष्मीय संतुलन में पहुँच जाती हैं । यह कहा जा सकता है कि ऊष्मा स्थानांतरण के कारण संपर्क में आने वाली वस्तुओं के तापमान में परिवर्तन होता है । इस संक्षिप्त व्याख्या के आधार पर, यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि ऊष्मा (Q) किसी वस्तु से संबंधित है और उस वस्तु के तापमान में परिवर्तन (डेल्टा T) से संबंधित है। प्रत्येक वस्तु का द्रव्यमान (m) होता है और वस्तु का प्रकार भी भिन्न होता है।

अधिक पढ़ें

ऊष्मा की इकाई कैलोरी (संक्षिप्त रूप में kal) है। एक कैलोरी वह ऊष्मा की मात्रा है जो 1 ग्राम पानी का तापमान 1°C ⁽ ठीक 14,5 ^° C से 15,5 ^° C तक) बढ़ाने के लिए आवश्यक होती है। आवश्यक ऊष्मा की मात्रा पानी के विभिन्न तापमानों के लिए भिन्न होती है। समान मात्रा में ऊष्मा के लिए, पानी के तापमान में 1° ^{C की} वृद्धि केवल 14,5 ^° C और 15,5 ^° C के बीच ही होती है। ऊष्मा की वह इकाई जिसका उपयोग अक्सर, विशेष रूप से भोजन के ऊर्जा मूल्य को व्यक्त करने के लिए किया जाता है, किलोकैलोरी (kcal) है। 1 kcal = 1000 कैलोरी। 1 kcal का दूसरा नाम 1 कैलोरी (बड़े अक्षर K) है। ब्रिटिश प्रणाली में ऊष्मा की इकाई Btu (ब्रिटिश थर्मल यूनिट) है। 1 Btu = वह ऊष्मा की मात्रा है जो 1 पाउंड पानी का तापमान 1°F (ठीक 63°F से 64°F तक) बढ़ाने ^के लिए ^{आवश्यक} होती ^है ।

अधिक पढ़ें

जल संबंधी असामान्यताओं को समझना

तापमान बढ़ने पर प्रत्येक वस्तु का आयतन बढ़ता है और तापमान घटने पर उसका आयतन घटता है। पानी का तापमान भी बढ़ता है और घटता है, लेकिन 0 ^° C से 4 ^{° C के तापमान पर ऐसा नहीं होता। 0 °} C से 4 ^° C के बीच , तापमान बढ़ने पर पानी का आयतन घटता है। यदि हम 0 ^° C तापमान पर पानी को गर्म करें, तो पानी जितना गर्म होगा, उसका आयतन उतना ही कम होगा। 4 ^° C तापमान पर पहुँचने पर यह सिकुड़न रुक जाती है। 4 ^{° C से ऊपर, तापमान बढ़ने पर पानी का आयतन बढ़ता है। इसके विपरीत, 4 °} C से 0 ^° C तक तापमान घटने पर पानी का आयतन बढ़ता है। पानी के इस विचित्र व्यवहार को जल की विसंगति कहा जाता है ।

अधिक पढ़ें

यदि आप बिजली के तारों को ध्यान से देखें, तो आप पाएंगे कि ढीलेपन के कारण वे नीचे की ओर मुड़े हुए होते हैं। बिजली के तारों को जानबूझकर ढीला क्यों किया जाता है, न कि केवल तनाव देकर? पूर्वी नुसा तेंगारा के फ्लोरेस और लेम्बाटा में अधिकांश छतें जस्ता (जिंक) की बनी होती हैं। दिन हो या रात, जस्ता की छतें शोर करती हैं। जस्ता शोर क्यों करता है? यदि आप जावा द्वीप पर रहते हैं, तो आपने रेल की पटरियाँ देखी होंगी। रेल के जोड़ों पर अंतराल होते हैं। इन अंतरालों का क्या कार्य है? विस्तार के विषय से संबंधित कई बातें हैं जिन पर आप विचार कर सकते हैं और प्रश्न पूछ सकते हैं ।

अधिक पढ़ें

यदि हम विभिन्न प्रकार के थर्मामीटरों को कैलिब्रेट करें , उदाहरण के लिए एक पारा थर्मामीटर और एक अल्कोहल थर्मामीटर, तो दोनों थर्मामीटरों का पैमाना केवल 0 ^° C (या 32 ^° F) और 100 ^° C (या 212 ^° F) पर ही समान होगा। यदि हम दोनों थर्मामीटरों का उपयोग करके वायु का तापमान मापें, तो प्रत्येक थर्मामीटर द्वारा दर्शाए गए अंक समान होना आवश्यक नहीं है। ऐसा हो सकता है कि पारा थर्मामीटर 48 ^° C दिखाए, जबकि अल्कोहल थर्मामीटर 46 ^° C दिखाए। ऐसा इसलिए है क्योंकि पारे और अल्कोहल के प्रसार की दर अलग-अलग होती है। इसी प्रकार, अन्य प्रकार के थर्मामीटरों, जैसे कि द्विधात्विक थर्मामीटरों आदि के साथ भी होता है। इस प्रकार निर्धारित तापमान पैमाना उपयोग की गई सामग्री के गुणों पर बहुत अधिक निर्भर करता है।

अधिक पढ़ें

सेल्सियस और फ़ारेनहाइट तापमान मापने के अलग-अलग पैमाने हैं। यदि किसी वस्तु का तापमान सेल्सियस में मापा और व्यक्त किया जाता है और फिर हम उसी तापमान को फ़ारेनहाइट में व्यक्त करना चाहते हैं, तो हम सेल्सियस से फ़ारेनहाइट में परिवर्तित करते हैं। इस भाग में, हम तापमान मापने या उसे परिवर्तित करने का तरीका सीखेंगे ।

1 atm के दबाव पर, सेल्सियस थर्मामीटर के लिए हिम बिंदु तापमान = 0 ^oसेल्सियस, जबकि फारेनहाइट थर्मामीटर का पैमाना = 32 ^oइसके विपरीत, 1 atm के दबाव पर, सेल्सियस स्केल थर्मामीटर के लिए वाष्प बिंदु तापमान = 100 होता है। ^oसेल्सियस, जबकि फारेनहाइट थर्मामीटर का पैमाना = 212 ^oएफ. नीचे दी गई तस्वीर को ध्यान से देखें!

अधिक पढ़ें

थर्मामीटर स्केल के प्रकार

तापमान मापने के लिए थर्मामीटर का उपयोग करने हेतु, उसे एक पैमाने पर परिभाषित करना आवश्यक है। आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले दो थर्मामीटर पैमाने सेल्सियस और फारेनहाइट हैं। इंडोनेशिया में सबसे अधिक उपयोग किया जाने वाला तापमान पैमाना सेल्सियस है। सेल्सियस पैमाने का एक अन्य नाम सेंटीग्रेड है। सेंटीग्रेड = सौ चरण। फारेनहाइट पैमाने का उपयोग अक्सर संयुक्त राज्य अमेरिका या ठंडी सर्दियों वाले देशों में किया जाता है। विज्ञान में एक विशेष रूप से महत्वपूर्ण तापमान पैमाना निरपेक्ष पैमाना, या केल्विन पैमाना है। केल्विन पैमाने पर आगे चर्चा की जाएगी।

सेल्सियस और फ़ारेनहाइट पैमाने जल के हिमांक और क्वथनांक को स्थिर बिंदु मानते हैं। किसी पदार्थ का हिमांक वह तापमान होता है जिस पर ठोस और द्रव अवस्थाएँ ऊष्मीय संतुलन में होती हैं । इसके विपरीत, किसी पदार्थ का क्वथनांक वह तापमान होता है जिस पर द्रव और गैस अवस्थाएँ ऊष्मीय संतुलन में होती हैं। हिमांक और क्वथनांक वायु दाब के साथ बदलते रहते हैं, इसलिए पहले वायु दाब ज्ञात करना आवश्यक है। हम आमतौर पर मानक दाब का उपयोग करते हैं, जो 1 atm (एक वायुमंडल) होता है। वायुमंडल वायु दाब की इकाई है।

अधिक पढ़ें