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।
इस लेख में ऊष्मा के सूत्र की व्युत्पत्ति तर्क के आधार पर की गई है। आप अपने दैनिक अनुभवों के आधार पर या प्रयोग करके इस तर्क की वैधता सिद्ध कर सकते हैं।
ऊष्मा (Q) और तापमान परिवर्तन (डेल्टा T) के बीच संबंध
दो पात्र समान द्रव्यमान के पानी से भरे हैं। पानी को दो अलग-अलग बर्नर से गर्म किया जाता है। एक बर्नर की आंच धीमी है, जबकि दूसरे की आंच तेज है। यदि दोनों को दस मिनट तक गर्म किया जाए, तो कौन सा पात्र अधिक गर्म होगा? यदि आपने कभी पानी गर्म किया है, तो आप इस बात से सहमत होंगे कि तेज आंच वाले चूल्हे पर गर्म किया गया पानी अधिक गर्म होता है (पानी का अंतिम तापमान अधिक होता है या तापमान में परिवर्तन अधिक होता है)।
लौ ऊष्मा की मात्रा (Q) को दर्शाती है। छोटी लौ में कम ऊष्मा होती है, जबकि बड़ी लौ में अधिक ऊष्मा होती है। जब ऊष्मा कम होती है, तो तापमान में परिवर्तन कम होता है। जब ऊष्मा अधिक होती है, तो तापमान में परिवर्तन अधिक होता है। जितनी अधिक ऊष्मा होगी, तापमान में परिवर्तन उतना ही अधिक होगा। इससे यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि ऊष्मा की मात्रा (Q) वस्तु के तापमान में परिवर्तन के समानुपाती होती है।
बीच का रिश्ता ऊष्मा (Q) और वस्तु का द्रव्यमान (m)
दो पात्र पानी से भरे हैं, जिनका द्रव्यमान अलग-अलग है। एक पात्र में अधिक पानी है और दूसरे में कम। दोनों पात्रों को एक ही तरह की लौ वाले दो चूल्हों से गर्म किया जाता है। यदि दोनों को दस मिनट तक गर्म किया जाए, तो किस पात्र का पानी अधिक गर्म होगा? यदि आपने कभी पानी गर्म किया है, तो आप इस बात से सहमत होंगे कि कम पानी वाले पात्र का पानी अधिक गर्म होता है (पानी का अंतिम तापमान अधिक होता है या तापमान में परिवर्तन अधिक होता है)। अधिक पानी के तापमान में उतना ही परिवर्तन लाने के लिए जितना कम पानी के तापमान में हुआ है, अधिक पानी को गर्म करने वाली लौ को बड़ा करना होगा।
पानी की मात्रा पानी के द्रव्यमान (m³) को दर्शाती है। लौ का आकार ऊष्मा की मात्रा को दर्शाता है। इससे यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि ऊष्मा की मात्रा (Q) वस्तु के तापमान में परिवर्तन के समानुपाती होती है। जितना अधिक पानी होगा, उसका तापमान बढ़ाने के लिए उतनी ही अधिक ऊष्मा की आवश्यकता होगी।
ऊष्मा (Q) और वस्तु के प्रकार ( c ) के बीच संबंध
यदि आप एक ही आकार की लोहे की छड़ और कांच की छड़ को एक ही लौ से एक साथ गर्म करें, तो कौन सी छड़ पहले गर्म होगी, लोहा या कांच? ज़ाहिर है, लोहा पहले गर्म होगा। इससे यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि किसी वस्तु का तापमान बढ़ाने के लिए आवश्यक ऊष्मा वस्तु के प्रकार के समानुपाती होती है।
ऊपर दिए गए तीनों तुलनाओं को एक समीकरण में संयोजित किया गया है:
यह सूत्र या ऊष्मा समीकरण है।
जानकारी: Q = ऊष्मा (जूल), m = वस्तु का द्रव्यमान (किलोग्राम), c = वस्तु की विशिष्ट ऊष्मा (जूल/किलोग्राम सेल्सियस)o), डेल्टा T = तापमान में परिवर्तन (Co या K)
1. -22 ° C तापमान पर पाँच किलोग्राम बर्फ को तब तक गर्म किया जाता है जब तक कि सारी बर्फ पिघलकर 0 ° C तापमान पर न आ जाए। यदि बर्फ की गुप्त ऊष्मा 333 kJ/kg है और बर्फ की विशिष्ट ऊष्मा 2100 J/kg°C है , तो आवश्यक ऊष्मा की मात्रा क्या होगी?
ए. 1496 केजे
बी. 1596 केजे
सी. 1696 केजे
डी. 1796 केजे
ई. 1896 केजे
विचार-विमर्श
यह ज्ञात है:
बर्फ का द्रव्यमान (मी) = 5 किलोग्राम
प्रारंभिक तापमान (T) = -22 ° C
बर्फ की गुप्त ऊष्मा (L) = 333 kJ/kg = 333.000 J/kg
बर्फ की विशिष्ट ऊष्मा (c) = 2100 J/kg CO
प्रश्न: आवश्यक ऊष्मा की मात्रा (Q)
उत्तर:
प्रक्रिया 1: बर्फ का तापमान -22 डिग्री सेल्सियस से बढ़ाकर 0 डिग्री सेल्सियस करें।
Q = mc ΔT = (5)(2100)(22) = 231.000 जूल
प्रक्रिया 2: सारी बर्फ को पिघलाकर पानी बना लें।
Q = m L = (5)(333.000) = 1.665.000 J
कुल ऊष्मा = 231.000 जूल + 1.665.000 जूल = 1.896.000 जूल = 1.896 किलो जूल
सही उत्तर E है।
प्रश्न का स्रोत:
एसबीएमपीटीएन भौतिकी प्रश्न
