ലേഖനം താപത്തിന്റെ നിർവചനം താപത്തിന്റെ മെക്കാനിക്കൽ തുല്യത താപത്തിന്റെ സമവാക്യം
1. താപത്തിന്റെ നിർവചനം
താപനില വ്യത്യാസമുള്ള വസ്തുക്കൾ പരസ്പരം സ്പർശിക്കുകയാണെങ്കിൽ, ഉയർന്ന താപനിലയുള്ള വസ്തുക്കളിൽ നിന്ന് താഴ്ന്ന താപനിലയുള്ള വസ്തുക്കളിലേക്ക് താപ കൈമാറ്റം നടക്കും. സ്പർശിക്കുന്ന വസ്തുക്കൾ ഒരേ താപനിലയിൽ എത്തിയതിനുശേഷം താപ കൈമാറ്റം നിലയ്ക്കും. ഉദാഹരണത്തിന്, നമ്മൾ ചൂടുവെള്ളം തണുത്ത വെള്ളവുമായി കലർത്തുകയാണെങ്കിൽ, താപം സാധാരണയായി ചൂടുവെള്ളത്തിൽ നിന്ന് തണുത്ത വെള്ളത്തിലേക്ക് നീങ്ങുന്നു. നമ്മൾ ചൂടുള്ള ഇരുമ്പ് തണുത്ത വെള്ളത്തിൽ ഇടുമ്പോൾ, താപം ഇരുമ്പിൽ നിന്ന് വെള്ളത്തിലേക്ക് നീങ്ങുന്നു. ഇരുമ്പും വെള്ളവും ഒരേ താപനിലയിൽ എത്തിയതിനുശേഷം താപത്തിന്റെ ഒഴുക്ക് നിലയ്ക്കും. ഒരു നഴ്‌സ് നിങ്ങളുടെ ശരീരത്തിൽ ഒരു തെർമോമീറ്റർ ഘടിപ്പിക്കുമ്പോൾ, താപം നീങ്ങുന്നത്
നിങ്ങളുടെ ശരീരം തെർമോമീറ്ററിലേക്ക് പോകുന്നു. നിങ്ങളുടെ ശരീരവും തെർമോമീറ്ററും ഒരേ താപനിലയിൽ എത്തുമ്പോൾ താപ കൈമാറ്റം നിലയ്ക്കുന്നു. ഉപയോഗിക്കുന്ന തെർമോമീറ്റർ ഒരു മെർക്കുറി തെർമോമീറ്ററാണെങ്കിൽ, നിങ്ങളുടെ ശരീരവും തെർമോമീറ്ററും ഒരേ താപനിലയിൽ എത്തുമ്പോൾ, മെർക്കുറിയുടെ ഉപരിതലം ചലിക്കുന്നത് നിർത്തുന്നു. മെർക്കുറിയുടെ ഉപരിതലത്തിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്ന സംഖ്യ ആ സമയത്തെ നിങ്ങളുടെ ശരീര താപനിലയാണ്.
സ്വാഭാവികമായും, ഉയർന്ന താപനിലയുള്ള വസ്തുക്കളിൽ നിന്ന് താപം യാന്ത്രികമായി നീങ്ങുന്നു
താഴ്ന്ന താപനിലയിലുള്ള വസ്തുക്കൾ. പരസ്പരം സ്പർശിക്കുന്ന വസ്തുക്കളുടെ താപനിലയെ താപ കൈമാറ്റം തുല്യമാക്കുന്നു. പതിനെട്ടാം നൂറ്റാണ്ടിൽ, താപപ്രവാഹം ഒരു ദ്രാവകത്തിന്റെ ചലനമാണെന്ന് ഭൗതികശാസ്ത്രജ്ഞർ സംശയിച്ചു, അത് ദൃശ്യമല്ലാത്ത ഒരു തരം ദ്രാവകമാണ് (ദ്രാവകം ഒഴുകാൻ കഴിയുന്ന ഒരു പദാർത്ഥമാണ്. ദ്രാവകത്തിൽ ദ്രാവകവും വാതക വസ്തുക്കളും ഉൾപ്പെടുന്നു. വെള്ളം (ദ്രാവകം) ഒഴുകാൻ കഴിയുന്നതിനാൽ ദ്രാവകത്തെ ഉൾക്കൊള്ളുന്നു. വായുവിൽ ദ്രാവകം ഒഴുകാൻ കഴിയുന്നതിനാൽ ദ്രാവകവും ഉൾപ്പെടുന്നു). ദ്രാവകത്തെ കലോറിക് എന്ന് വിളിക്കുന്നു. പരീക്ഷണ ഫലങ്ങളെ അടിസ്ഥാനമാക്കി, ഈ കലോറിയുടെ അസ്തിത്വം തെളിയിക്കാൻ കഴിയാത്തതിനാൽ കലോറി സിദ്ധാന്തം ഇപ്പോൾ ഉപയോഗിക്കുന്നില്ല. പത്തൊൻപതാം നൂറ്റാണ്ടിൽ, ജെയിംസ് പ്രെസ്കോട്ട് ജൂൾ (1818-1889) എന്ന ഇംഗ്ലീഷ് ഭൗതികശാസ്ത്രജ്ഞൻ ഒരു ഇളക്കിവിടൽ ചക്രം ഉപയോഗിച്ച് ഒരു പാത്രത്തിൽ വെള്ളം എങ്ങനെ ചൂടാക്കാമെന്ന് പഠിച്ചു.
പരീക്ഷണ ഫലങ്ങളുടെ അടിസ്ഥാനത്തിൽ, ജൂൾ ചൂടാക്കിയ വെള്ളവുമായി തീ ഉപയോഗിച്ച് ഒരു താരതമ്യം നടത്തി. ഒരു തീജ്വാലയും വെള്ളം അടങ്ങിയ ഒരു പാത്രവും സമ്പർക്കത്തിലായിരിക്കുമ്പോൾ, താപം തീയിൽ നിന്ന് (ഉയർന്ന താപനില) വെള്ളത്തിലേക്ക് (കുറഞ്ഞ താപനില) നീങ്ങുന്നു. തീയുമായുള്ള സമ്പർക്കം മൂലമുണ്ടാകുന്ന ജല താപനില ഉയരുന്നതും സ്റ്റിറർ ചെയ്യുന്ന ജോലി മൂലമുണ്ടാകുന്ന ജല താപനില ഉയരുന്നതും തമ്മിൽ താരതമ്യം ചെയ്ത ശേഷം, ഉയർന്ന താപനിലയുള്ള ഒരു വസ്തുവിൽ നിന്ന് താഴ്ന്ന താപനിലയുള്ള ഒരു വസ്തുവിലേക്ക് നീങ്ങുന്ന ഊർജ്ജമാണ് താപം എന്ന് ജൂൾ നിഗമനം ചെയ്തു. താപം ഊർജ്ജമല്ല (താപം ഒരു പ്രത്യേക തരം ഊർജ്ജമല്ല, ഉദാഹരണത്തിന് ഗതികോർജ്ജം, പൊട്ടൻഷ്യൽ എനർജി, രാസ ഊർജ്ജം മുതലായവ). താപനില വ്യത്യാസങ്ങൾ കാരണം ചലിക്കുന്ന ഊർജ്ജമാണ് താപം. അതിനാൽ, ഉയർന്ന താപനിലയുള്ള വസ്തുക്കളിൽ നിന്ന് താഴ്ന്ന താപനിലയുള്ള വസ്തുക്കളിലേക്ക് താപം പ്രവഹിക്കുമ്പോൾ, ഉയർന്ന താപനിലയുള്ള വസ്തുക്കളിൽ നിന്ന് താഴ്ന്ന താപനിലയുള്ള വസ്തുക്കളിലേക്ക് ഊർജ്ജം നീങ്ങുന്നു. വസ്തുക്കളെ സ്പർശിച്ചതിന് ശേഷം ഊർജ്ജ കൈമാറ്റം നിർത്തുന്നു.
2. താപത്തിന്റെ യൂണിറ്റും താപത്തിന്റെ മെക്കാനിക്കൽ തുല്യതയും
താപ യൂണിറ്റുകൾ കലോറികളാണ് (ചുരുക്കത്തിൽ കലോറി). 1 ഗ്രാം വെള്ളത്തിന്റെ താപനില 1 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസ് ഉയർത്താൻ ആവശ്യമായ താപത്തിന്റെ അളവാണ് കലോറികൾ.o (കൃത്യമായി പറഞ്ഞാൽ, 14.5 മുതൽ oC തൊട്ട് 15.5 വരെ oസി). വ്യത്യസ്ത ജല താപനിലകൾക്ക് ആവശ്യമായ താപത്തിന്റെ അളവ് വ്യത്യാസപ്പെടുന്നു. ഒരേ അളവിലുള്ള താപത്തിന്, ജല താപനില 1 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസ് വർദ്ധിക്കുന്നു.o 14.5 താപനിലയ്ക്കിടയിൽ മാത്രമേ സംഭവിക്കൂ. oC തൊട്ട് 15.5 വരെ oC. താപ യൂണിറ്റുകൾ പലപ്പോഴും ഉപയോഗിക്കാറുണ്ട്, പ്രത്യേകിച്ച് ഭക്ഷണ ഊർജ്ജത്തിന്റെ മൂല്യം കിലോ കലോറി (kcal) ആണെന്ന് പ്രസ്താവിക്കാൻ. 1 kcal = 1000 കലോറി. 1 kcal = 1 കലോറി (വലിയ K അക്ഷരം) എന്നതിൽ നിന്നുള്ള മറ്റ് പേരുകൾ. ബ്രിട്ടീഷ് സിസ്റ്റത്തിന്റെ ചൂടാക്കൽ യൂണിറ്റ് Btu (ബ്രിട്ടീഷ് താപ യൂണിറ്റ്) ആണ്. 1 Btu = 1 പൗണ്ട് (0.45 കിലോഗ്രാം) വെള്ളത്തിന്റെ താപനില 1 Fo (കൃത്യമായി 63 ൽ നിന്ന്) ഉയർത്താൻ ആവശ്യമായ താപത്തിന്റെ അളവ്. oഎഫ് മുതൽ 64 വരെ oഎഫ്).
താപം ഊർജ്ജവുമായി ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു, അതിനാൽ താപ യൂണിറ്റുകളും ഊർജ്ജ യൂണിറ്റുകളും തമ്മിലുള്ള ബന്ധം നാം അറിയേണ്ടതുണ്ട്. ജൂളും മറ്റ് ശാസ്ത്രജ്ഞരും നടത്തിയ പരീക്ഷണങ്ങളുടെ അടിസ്ഥാനത്തിൽ, 4.186 ജൂളിന്റെ ഒരു പ്രവൃത്തി 1 കലോറി താപത്തിന് തുല്യമാണെന്ന് അറിയപ്പെടുന്നു.
1 കലോറി = 4.186 ജൂൾ
1 കിലോ കലോറി = 1000 കലോറി = 4186 ജൂൾസ്
1 Btu = 778 അടി (0.24 കി.മീ). lb = 252 കലോറി = 1055 ജൂൾസ്
(1 കലോറി = 4.186 ജൂൾ, 1 കിലോ കലോറി = 4186 എന്നത് താപത്തിന്റെ മെക്കാനിക്കൽ തുല്യത എന്ന് വിളിക്കുന്നു)
3. താപത്തിന്റെ സമവാക്യം
താപനില വ്യത്യാസമുള്ള വസ്തുക്കൾ പരസ്പരം സ്പർശിക്കുകയാണെങ്കിൽ, സ്വാഭാവികമായും, ഉയർന്ന താപനിലയുള്ള വസ്തുക്കളിൽ നിന്ന് താഴ്ന്ന താപനിലയുള്ള വസ്തുക്കളിലേക്ക് താപം നീങ്ങുന്നു. രണ്ട് വസ്തുക്കളും താപ സന്തുലിതാവസ്ഥയിലായതിനുശേഷം താപ കൈമാറ്റം നിലയ്ക്കുന്നു. പരസ്പരം സ്പർശിക്കുന്ന വസ്തുക്കളുടെ താപനിലയിൽ മാറ്റങ്ങൾക്ക് താപ കൈമാറ്റം കാരണമാകുന്നു. ഈ സംക്ഷിപ്ത വിശദീകരണത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കി, താപത്തിന് (Q) ഒരു വസ്തുവുമായും വസ്തുവിന്റെ താപനിലയിലെയും (ΔT) വസ്തുവിലെയും (വസ്തുവിന്റെ പിണ്ഡം (m), വസ്തുവിന്റെ തരം എന്നിവയിലെയും മാറ്റങ്ങൾക്ക് ബന്ധമുണ്ടെന്ന് നിങ്ങൾക്ക് നിഗമനം ചെയ്യാം.
താപവും (Q) താപനില വ്യതിയാനവും (ΔT) തമ്മിലുള്ള ബന്ധം
താപം കൂടുന്തോറും താപനില വ്യതിയാനവും വർദ്ധിക്കും. വസ്തുവിന്റെ താപനിലയിലെ മാറ്റത്തിന് ആനുപാതികമാണ് താപത്തിന്റെ അളവ് (Q) എന്ന് നിഗമനം ചെയ്യാം.
Q α ΔT —– താരതമ്യം 1
താപവും (Q) വസ്തുക്കളുടെ പിണ്ഡവും (m) തമ്മിലുള്ള ബന്ധം
വസ്തുവിന്റെ താപനിലയിലെ മാറ്റത്തിന് ആനുപാതികമാണ് താപത്തിന്റെ അളവ് (Q). വെള്ളം കൂടുന്തോറും ജലത്തിന്റെ താപനില വർദ്ധിപ്പിക്കാൻ കൂടുതൽ താപം ആവശ്യമാണ്.
Q α m —– താരതമ്യം 2
താപവും (Q) വസ്തുവിന്റെ തരവും (c) തമ്മിലുള്ള ബന്ധം
ഒരു വസ്തുവിന്റെ താപനില ഉയർത്താൻ ആവശ്യമായ താപം അതിന്റെ തരത്തിന് ആനുപാതികമാണ്.
Q α c —– താരതമ്യം 3
മുകളിലുള്ള മൂന്ന് താരതമ്യങ്ങളും ഒരു സമവാക്യത്തിൽ ഒരുമിച്ച് ചേർക്കുന്നു:
ക്യു α എംസി ΔT
Q = mc ΔT
ഇതാണ് താപത്തിന്റെ സമവാക്യം.
വിവരണം: Q = താപം (ജൂൾ), m = വസ്തുവിന്റെ പിണ്ഡം (കിലോഗ്രാം), c = ആപേക്ഷിക താപം (J / കിലോ C o അല്ലെങ്കിൽ K)
