ಲೇಖನ ಶಾಖದ ವ್ಯಾಖ್ಯಾನ ಶಾಖದ ಯಾಂತ್ರಿಕ ಸಮಾನತೆ ಶಾಖದ ಸಮೀಕರಣ
1. ಶಾಖದ ವ್ಯಾಖ್ಯಾನ
ತಾಪಮಾನ ವ್ಯತ್ಯಾಸವಿರುವ ವಸ್ತುಗಳು ಪರಸ್ಪರ ಸ್ಪರ್ಶಿಸಿದರೆ, ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನದ ವಸ್ತುಗಳಿಂದ ಕಡಿಮೆ ತಾಪಮಾನದ ವಸ್ತುಗಳಿಗೆ ಶಾಖ ವರ್ಗಾವಣೆಯಾಗುತ್ತದೆ. ಸ್ಪರ್ಶಿಸುವ ವಸ್ತುಗಳು ಒಂದೇ ತಾಪಮಾನವನ್ನು ತಲುಪಿದ ನಂತರ ಶಾಖ ವರ್ಗಾವಣೆ ನಿಲ್ಲುತ್ತದೆ. ಉದಾಹರಣೆಗೆ, ನಾವು ಬಿಸಿನೀರನ್ನು ತಣ್ಣೀರಿನೊಂದಿಗೆ ಬೆರೆಸಿದರೆ, ಶಾಖವು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಬಿಸಿ ನೀರಿನಿಂದ ತಣ್ಣೀರಿಗೆ ಚಲಿಸುತ್ತದೆ. ನಾವು ಬಿಸಿ ಕಬ್ಬಿಣವನ್ನು ತಣ್ಣೀರಿಗೆ ಹಾಕಿದಾಗ, ಶಾಖವು ಕಬ್ಬಿಣದಿಂದ ನೀರಿಗೆ ಚಲಿಸುತ್ತದೆ. ಕಬ್ಬಿಣ ಮತ್ತು ನೀರು ಒಂದೇ ತಾಪಮಾನವನ್ನು ತಲುಪಿದ ನಂತರ ಶಾಖವು ಹರಿಯುವುದನ್ನು ನಿಲ್ಲಿಸುತ್ತದೆ. ನರ್ಸ್ ನಿಮ್ಮ ದೇಹಕ್ಕೆ ಥರ್ಮಾಮೀಟರ್ ಅನ್ನು ಜೋಡಿಸಿದಾಗ, ಶಾಖವು
ನಿಮ್ಮ ದೇಹವು ಥರ್ಮಾಮೀಟರ್‌ಗೆ ಹೋಗುತ್ತದೆ. ನಿಮ್ಮ ದೇಹ ಮತ್ತು ಥರ್ಮಾಮೀಟರ್ ಒಂದೇ ತಾಪಮಾನವನ್ನು ತಲುಪಿದ ನಂತರ ಶಾಖ ವರ್ಗಾವಣೆ ನಿಲ್ಲುತ್ತದೆ. ಬಳಸಿದ ಥರ್ಮಾಮೀಟರ್ ಪಾದರಸದ ಥರ್ಮಾಮೀಟರ್ ಆಗಿದ್ದರೆ, ನಿಮ್ಮ ದೇಹ ಮತ್ತು ಥರ್ಮಾಮೀಟರ್ ಒಂದೇ ತಾಪಮಾನವನ್ನು ತಲುಪಿದಾಗ, ಪಾದರಸದ ಮೇಲ್ಮೈ ಚಲಿಸುವುದನ್ನು ನಿಲ್ಲಿಸುತ್ತದೆ. ಪಾದರಸದ ಮೇಲ್ಮೈಯಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಿರುವ ಸಂಖ್ಯೆಯು ಆ ಸಮಯದಲ್ಲಿ ನಿಮ್ಮ ದೇಹದ ಉಷ್ಣತೆಯಾಗಿದೆ.
ಸ್ವಾಭಾವಿಕವಾಗಿ, ಶಾಖವು ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನದ ವಸ್ತುಗಳಿಂದ ಸ್ವಯಂಚಾಲಿತವಾಗಿ ಚಲಿಸುತ್ತದೆ
ಕಡಿಮೆ-ತಾಪಮಾನದ ವಸ್ತುಗಳು. ಶಾಖ ವರ್ಗಾವಣೆಯು ಪರಸ್ಪರ ಸ್ಪರ್ಶಿಸುವ ವಸ್ತುಗಳ ತಾಪಮಾನವನ್ನು ಸಮಗೊಳಿಸುತ್ತದೆ. 18 ನೇ ಶತಮಾನದಲ್ಲಿ, ಭೌತವಿಜ್ಞಾನಿಗಳು ಶಾಖದ ಹರಿವು ಒಂದು ದ್ರವದ ಚಲನೆ ಎಂದು ಶಂಕಿಸಿದರು, ಇದು ಗೋಚರಿಸದ ದ್ರವದ ಒಂದು ವಿಧವಾಗಿದೆ (ದ್ರವವು ಹರಿಯಬಲ್ಲ ವಸ್ತುವಾಗಿದೆ. ದ್ರವವು ದ್ರವ ಮತ್ತು ಅನಿಲ ವಸ್ತುಗಳನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿದೆ. ನೀರು (ದ್ರವ) ಹರಿಯಬಲ್ಲ ಕಾರಣ ದ್ರವವನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿದೆ. ಗಾಳಿಯು ಹರಿಯಬಲ್ಲ ಕಾರಣ ದ್ರವವನ್ನು ಸಹ ಒಳಗೊಂಡಿದೆ). ದ್ರವವನ್ನು ಕ್ಯಾಲೋರಿಕ್ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. ಪ್ರಯೋಗದ ಫಲಿತಾಂಶಗಳ ಆಧಾರದ ಮೇಲೆ, ಈ ಕ್ಯಾಲೋರಿಗಳ ಅಸ್ತಿತ್ವವನ್ನು ಸಾಬೀತುಪಡಿಸಲು ಸಾಧ್ಯವಿಲ್ಲದ ಕಾರಣ ಕ್ಯಾಲೋರಿಗಳ ಸಿದ್ಧಾಂತವನ್ನು ಇನ್ನು ಮುಂದೆ ಬಳಸಲಾಗುವುದಿಲ್ಲ. 19 ನೇ ಶತಮಾನದಲ್ಲಿ, ಜೇಮ್ಸ್ ಪ್ರೆಸ್ಕಾಟ್ ಜೌಲ್ (1818-1889) ಎಂಬ ಇಂಗ್ಲಿಷ್ ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರಜ್ಞ ಸ್ಫೂರ್ತಿದಾಯಕ ಚಕ್ರವನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು ಪಾತ್ರೆಯಲ್ಲಿ ನೀರನ್ನು ಹೇಗೆ ಬಿಸಿ ಮಾಡುವುದು ಎಂದು ಕಲಿತರು.
ಪ್ರಯೋಗದ ಫಲಿತಾಂಶಗಳ ಆಧಾರದ ಮೇಲೆ, ಜೌಲ್ ಬೆಂಕಿಯನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು ಬಿಸಿಯಾದ ನೀರಿನೊಂದಿಗೆ ಹೋಲಿಕೆ ಮಾಡಿದರು. ಜ್ವಾಲೆ ಮತ್ತು ನೀರನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಪಾತ್ರೆಯು ಸಂಪರ್ಕದಲ್ಲಿರುವಾಗ, ಶಾಖವು ಬೆಂಕಿಯಿಂದ (ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನ) ನೀರಿಗೆ (ಕಡಿಮೆ ತಾಪಮಾನ) ಚಲಿಸುತ್ತದೆ. ಬೆಂಕಿಯ ಸಂಪರ್ಕದಿಂದಾಗಿ ಹೆಚ್ಚುತ್ತಿರುವ ನೀರಿನ ತಾಪಮಾನ ಮತ್ತು ಕಲಕುವವನು ಮಾಡಿದ ಕೆಲಸದಿಂದಾಗಿ ಹೆಚ್ಚುತ್ತಿರುವ ನೀರಿನ ತಾಪಮಾನದ ನಡುವಿನ ಹೋಲಿಕೆಗಳನ್ನು ಮಾಡಿದ ನಂತರ, ಜೌಲ್ ಶಾಖವು ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನದ ವಸ್ತುವಿನಿಂದ ಕಡಿಮೆ ತಾಪಮಾನದ ವಸ್ತುವಿಗೆ ಚಲಿಸುವ ಶಕ್ತಿ ಎಂದು ತೀರ್ಮಾನಿಸಿದರು. ಶಾಖವು ಶಕ್ತಿಯಲ್ಲ (ಶಾಖವು ಒಂದು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ರೀತಿಯ ಶಕ್ತಿಯಲ್ಲ, ಉದಾಹರಣೆಗೆ ಚಲನ ಶಕ್ತಿ, ಸಂಭಾವ್ಯ ಶಕ್ತಿ, ರಾಸಾಯನಿಕ ಶಕ್ತಿ, ಇತ್ಯಾದಿ). ತಾಪಮಾನ ವ್ಯತ್ಯಾಸಗಳಿಂದಾಗಿ ಶಾಖವು ಚಲಿಸುವ ಶಕ್ತಿಯಾಗಿದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನದ ವಸ್ತುಗಳಿಂದ ಕಡಿಮೆ ತಾಪಮಾನದ ವಸ್ತುಗಳಿಗೆ ಶಾಖ ಹರಿಯುವಾಗ, ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನದ ವಸ್ತುಗಳಿಂದ ಕಡಿಮೆ ತಾಪಮಾನದ ವಸ್ತುಗಳಿಗೆ ಶಕ್ತಿ ಚಲಿಸುತ್ತದೆ. ವಸ್ತುಗಳನ್ನು ಸ್ಪರ್ಶಿಸಿದ ನಂತರ ಶಕ್ತಿ ವರ್ಗಾವಣೆ ನಿಲ್ಲುತ್ತದೆ.
2. ಶಾಖದ ಘಟಕ ಮತ್ತು ಶಾಖದ ಯಾಂತ್ರಿಕ ಸಮಾನ
ಶಾಖದ ಘಟಕಗಳು ಕ್ಯಾಲೋರಿಗಳು (ಸಂಕ್ಷಿಪ್ತವಾಗಿ ಕ್ಯಾಲ್). ಕ್ಯಾಲೋರಿಗಳು 1 ಗ್ರಾಂ ನೀರಿನ ತಾಪಮಾನವನ್ನು 1 ಸೆಲ್ಸಿಯಸ್ ಹೆಚ್ಚಿಸಲು ಬೇಕಾದ ಶಾಖದ ಪ್ರಮಾಣವಾಗಿದೆ.o (ನಿಖರವಾಗಿ, 14.5 ರಿಂದ oಸಿ ಗೆ 15.5 oಸಿ). ನೀರಿನ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ ಬೇರೆ ಬೇರೆ ಭಾಗಗಳಿಗೆ ಬೇಕಾದ ಶಾಖದ ಪ್ರಮಾಣ ಬದಲಾಗುತ್ತದೆ. ಅದೇ ಪ್ರಮಾಣದ ಶಾಖಕ್ಕೆ, ನೀರಿನ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ 1 ಡಿಗ್ರಿ ಸೆಲ್ಸಿಯಸ್ ಹೆಚ್ಚಳವಾಗುತ್ತದೆ.o 14.5 ತಾಪಮಾನದ ನಡುವೆ ಮಾತ್ರ ಸಂಭವಿಸುತ್ತದೆ oಸಿ ಗೆ 15.5 oC. ಶಾಖದ ಘಟಕಗಳನ್ನು ಹೆಚ್ಚಾಗಿ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ, ವಿಶೇಷವಾಗಿ ಆಹಾರ ಶಕ್ತಿಯ ಮೌಲ್ಯವನ್ನು ಕಿಲೋಕ್ಯಾಲರಿಗಳು (kcal) ಎಂದು ಹೇಳಲು. 1 kcal = 1000 ಕ್ಯಾಲೋರಿಗಳು. 1 kcal = 1 ಕ್ಯಾಲೋರಿ (ದೊಡ್ಡ K ಅಕ್ಷರ) ನಿಂದ ಇತರ ಹೆಸರುಗಳು. ಬ್ರಿಟಿಷ್ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗೆ ತಾಪನ ಘಟಕವು Btu (ಬ್ರಿಟಿಷ್ ಉಷ್ಣ ಘಟಕ). 1 Btu = 1 ಪೌಂಡ್ (0.45 ಕೆಜಿ) ನೀರಿನ ತಾಪಮಾನವನ್ನು 1 Fo (ನಿಖರವಾಗಿ 63 ರಿಂದ) ಹೆಚ್ಚಿಸಲು ಬೇಕಾದ ಶಾಖದ ಪ್ರಮಾಣ. oಎಫ್ ನಿಂದ 64 oಎಫ್).
ಶಾಖವು ಶಕ್ತಿಗೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದೆ, ಆದ್ದರಿಂದ ನಾವು ಶಾಖದ ಘಟಕಗಳು ಮತ್ತು ಶಕ್ತಿ ಘಟಕಗಳ ನಡುವಿನ ಸಂಬಂಧವನ್ನು ತಿಳಿದುಕೊಳ್ಳಬೇಕು. ಜೌಲ್ ಮತ್ತು ಇತರ ವಿಜ್ಞಾನಿಗಳು ನಡೆಸಿದ ಪ್ರಯೋಗಗಳ ಆಧಾರದ ಮೇಲೆ, 4.186 ಜೌಲ್‌ಗಳ ಕೆಲಸವು 1 ಕ್ಯಾಲೋರಿ ಶಾಖಕ್ಕೆ ಸಮಾನವಾಗಿದೆ ಎಂದು ತಿಳಿದುಬಂದಿದೆ.
1 ಕ್ಯಾಲೋರಿ = 4.186 ಜೌಲ್
1 kcal = 1000 ಕ್ಯಾಲೋರಿಗಳು = 4186 ಜೌಲ್‌ಗಳು
1 Btu = 778 ಅಡಿ (0.24 ಕಿ.ಮೀ). ಪೌಂಡ್ = 252 ಕ್ಯಾಲೋರಿಗಳು = 1055 ಜೌಲ್‌ಗಳು
(1 ಕ್ಯಾಲೋರಿ = 4.186 ಜೌಲ್ ಮತ್ತು 1 ಕೆ.ಕೆ.ಎಲ್ = 4186 ಅನ್ನು ಶಾಖದ ಯಾಂತ್ರಿಕ ಸಮಾನ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ)
3. ಶಾಖದ ಸಮೀಕರಣ
ತಾಪಮಾನ ವ್ಯತ್ಯಾಸಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ವಸ್ತುಗಳು ಪರಸ್ಪರ ಸ್ಪರ್ಶಿಸಿದರೆ, ಸ್ವಾಭಾವಿಕವಾಗಿ, ಶಾಖವು ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನದ ವಸ್ತುಗಳಿಂದ ಕಡಿಮೆ ತಾಪಮಾನದ ವಸ್ತುಗಳಿಗೆ ಚಲಿಸುತ್ತದೆ. ಎರಡೂ ವಸ್ತುಗಳು ಉಷ್ಣ ಸಮತೋಲನದಲ್ಲಿದ್ದ ನಂತರ ಶಾಖ ವರ್ಗಾವಣೆ ನಿಲ್ಲುತ್ತದೆ. ಶಾಖ ವರ್ಗಾವಣೆಯು ಪರಸ್ಪರ ಸ್ಪರ್ಶಿಸುವ ವಸ್ತುಗಳ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ ಬದಲಾವಣೆಗಳನ್ನು ಉಂಟುಮಾಡುತ್ತದೆ. ಈ ಸಂಕ್ಷಿಪ್ತ ವಿವರಣೆಯನ್ನು ಆಧರಿಸಿ, ಶಾಖ (Q) ವಸ್ತುವಿನೊಂದಿಗೆ ಸಂಬಂಧವನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ ಮತ್ತು ವಸ್ತುವಿನ ತಾಪಮಾನ (ΔT), ವಸ್ತುವಿನ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿ (m) ಮತ್ತು ವಸ್ತುವಿನ ಪ್ರಕಾರದಲ್ಲಿನ ಬದಲಾವಣೆಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ ಎಂದು ನೀವು ತೀರ್ಮಾನಿಸಬಹುದು.
ಶಾಖ (Q) ಮತ್ತು ತಾಪಮಾನ ಬದಲಾವಣೆ (ΔT) ನಡುವಿನ ಸಂಬಂಧ
ಶಾಖ ಹೆಚ್ಚಾದಷ್ಟೂ ತಾಪಮಾನ ಬದಲಾವಣೆ ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ. ಶಾಖದ ಪ್ರಮಾಣ (Q) ವಸ್ತುವಿನ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿನ ಬದಲಾವಣೆಗೆ ಅನುಪಾತದಲ್ಲಿರುತ್ತದೆ ಎಂದು ತೀರ್ಮಾನಿಸಬಹುದು.
Q α ΔT —– ಹೋಲಿಕೆ 1
ಶಾಖ (Q) ಮತ್ತು ವಸ್ತುಗಳ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿ (m) ನಡುವಿನ ಸಂಬಂಧ
ಶಾಖದ ಪ್ರಮಾಣ (Q) ವಸ್ತುವಿನ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿನ ಬದಲಾವಣೆಗೆ ಅನುಪಾತದಲ್ಲಿರುತ್ತದೆ. ಹೆಚ್ಚು ನೀರು, ನೀರಿನ ತಾಪಮಾನವನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸಲು ಹೆಚ್ಚು ಶಾಖದ ಅಗತ್ಯವಿರುತ್ತದೆ.
Q α m —– ಹೋಲಿಕೆ 2
ಶಾಖ (Q) ಮತ್ತು ವಸ್ತುವಿನ ಪ್ರಕಾರ (c) ನಡುವಿನ ಸಂಬಂಧ
ವಸ್ತುವಿನ ಉಷ್ಣತೆಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸಲು ಬೇಕಾದ ಶಾಖವು ಆ ವಸ್ತುವಿನ ಪ್ರಕಾರಕ್ಕೆ ಅನುಪಾತದಲ್ಲಿರುತ್ತದೆ.
Q α c —– ಹೋಲಿಕೆ 3
ಮೇಲಿನ ಮೂರು ಹೋಲಿಕೆಗಳನ್ನು ಒಂದು ಸಮೀಕರಣದಲ್ಲಿ ಒಟ್ಟುಗೂಡಿಸಲಾಗಿದೆ:
ಪ್ರಶ್ನೆ α mc ΔT
Q = mc ΔT
ಇದು ಶಾಖದ ಸಮೀಕರಣ.
ವಿವರಣೆ: Q = ಶಾಖ (ಜೌಲ್), m = ವಸ್ತುವಿನ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿ (ಕೆಜಿ), c = ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಾಖ (ಜೆ / ಕೆಜಿ ಸಿ ಒ ಅಥವಾ ಕೆ)
