ताप र चरण परिवर्तन - समस्या र समाधानहरू
१. ग्राफको आधारमा, CD प्रक्रियाको क्रममा ५ किलोग्राम पानीले कति ताप सोस्छ? पानीको विशिष्ट ताप = ४,२०० J/kg o C।
ज्ञात:
पिण्ड (मि) = १ किलोग्राम
पानीको विशिष्ट ताप (c) = ४२०० J/kg o C
प्रारम्भिक तापक्रम (T 1 ) = 0 o C
अन्तिम तापक्रम (T2 ) = १० डिग्री सेल्सियस
तापक्रममा परिवर्तन (ΔT) = १० डिग्री सेल्सियस – ० डिग्री सेल्सियस = १० डिग्री सेल्सियस
चाहिएको: ताप (Q)
समाधान:
Q = mc ΔT = (५ किलोग्राम)(४२०० J/किग्रा o C)(१० o C) = (५)(४२०० J)(१०) = (५०)(४२०० J) = २१०,००० जुल
२. यदि बरफको विशिष्ट ताप २१०० J/kg o C छ र बरफको फ्युजन ताप ३३६,००० J/kg छ भने, AC प्रक्रियाको क्रममा २० ग्राम बरफले कति ताप सोस्छ?
ज्ञात:
बरफको पिण्ड (m) = २०० ग्राम = २००/१००० किलोग्राम = ०.२ किलोग्राम
विशिष्ट ताप (c) = २१०० J/kg o C
बरफको लागि फ्युजनको ताप (L F ) = 336,000 J/kg
चाहिएको: एसी प्रक्रियाको क्रममा बरफले सोस्ने ताप
समाधान:
AB प्रक्रियाको क्रममा, बरफले तापलाई सोस्छ र यसको तापक्रम -१० डिग्री सेल्सियसबाट ० डिग्री सेल्सियसमा परिवर्तन हुन्छ।
Q = mc ΔT
Q = ताप, m = बरफको पिण्ड, c = बरफको विशिष्ट ताप, ΔT = तापक्रममा परिवर्तन
Q १ = mc ΔT = (०.२)(२१००)(०-(-१०) = (०.२)(२१००)(१०) = (२)(२१००) = ४२०० जुल
BC प्रक्रियाको क्रममा, सबै बरफ पगालेर पानीमा परिणत गर्न ताप अवशोषित गरिन्छ। यस प्रक्रियामा चरणमा मात्र परिवर्तन हुन्छ र तापक्रममा कुनै परिवर्तन हुँदैन। बरफ र पानीको तापक्रम ० डिग्री सेल्सियस रहन्छ।
प्रक्रियाको क्रममा अवशोषित ताप BC:
Q २ = m L F = (०.२ किलोग्राम)(३३६,००० J/kg) = ६७,२०० जुल
AC प्रक्रियाको समयमा अवशोषित ताप:
Q = Q १ + Q २ = ४२०० जुल + ६७,२०० जुल = ७१,४०० जुल
३. २ किलोग्राम पानी तताइन्छ, र पानीको वाष्पीकरणको ताप = २.२७ x १० ६ J/kg, पानीको विशिष्ट ताप = ४,२०० J/kg o C र वायुमण्डलीय चाप १ atm हुन्छ, BC प्रक्रियाको क्रममा पानीले कति ताप सोस्छ?
ज्ञात:
पिण्ड (मि) = २ किलोग्राम
पानीको वाष्पीकरणको ताप (L V ) = २.२७ x १० ६ J/kg
पानीको विशिष्ट ताप (c) = ४,२०० J/kg o C
चाहिएको: प्रक्रिया BC को समयमा अवशोषित ताप।
समाधान:
प्रक्रिया AB मा, पानीको तापक्रम ६० डिग्री सेल्सियसबाट १०० डिग्री सेल्सियससम्म बढाउन ताप सोसिन्छ।
Q = m L V = (२ किलोग्राम)(२.२७ x १० ६ J/किग्रा) = ४.५४ x १० ६ जुल = ४५४० x १० ३ जुल = ४५४० किलो जुल
४. तलको चित्रको आधारमा, यदि बरफको पिण्ड ५०० ग्राम छ भने, विशिष्ट ताप २१०० J/kg o C हुन्छ र बरफको फ्युजनको सुप्त ताप ३३६,००० J/kg हुन्छ। प्रक्रिया P–Q–R मा आवश्यक ताप निर्धारण गर्नुहोस्।
ज्ञात:
बरफको पिण्ड (m) = ५०० ग्राम = ५००/१००० किलोग्राम = ०.५ किलोग्राम
बरफको विशिष्ट ताप (c) = २१०० J/kg o C
फ्युजनको अव्यक्त ताप (L F ) = 336,000 J/kg
चाहियो: ताप
समाधान:
प्रक्रिया PQ = बरफको तापक्रम -४ डिग्री सेल्सियसबाट ० डिग्री सेल्सियससम्म बढाउन अवशोषित ताप
प्रक्रिया QR = बरफले सोसेर पानीमा परिणत हुने सबै बरफ पगालेको ताप
प्रक्रियाको क्रममा अवशोषित ताप PQ समीकरण प्रयोग गरेर गणना गरिएको:
Q = mc ΔT
Q = ताप, m = द्रव्यमान, c = बरफको विशिष्ट ताप, ΔT = तापक्रममा परिवर्तन
प्रक्रियाको क्रममा ताप अवशोषित बरफको PQ यस समीकरण प्रयोग गरेर गणना गरिएको छ:
Q = (0.5 kg) (2100 J/kg o C) (0 o C-(-4 o C))
Q = (0.5 kg) (2100 J/kg o C) (0 o C + 4 o C)
Q = (0.5 kg) (2100 J/kg o C) (4 o C)
Q = (०.५)(२१०० J)(४)
Q = ५२५,००० जुल
प्रक्रियाको क्रममा अवशोषित ताप QR यस समीकरण प्रयोग गरेर गणना गरिएको छ:
Q = m L F
Q = (०.५ किलोग्राम)(३३६,००० जे/किग्रा)
Q = (०.५)(३३६,००० J)
Q = ५२५,००० जुल
कुल ताप:
Q = ४२०० जुल + १६८,००० जुल
Q = ५२५,००० जुल
Q = १७२.२ किलो जुल
Q = १७२.२ किलोजुल
५. ५० ग्राम पिण्ड भएको बरफलाई -५ डिग्री सेल्सियसबाट ६० डिग्री सेल्सियसमा पानीमा तताइएको छ । यदि बरफको फ्युजन ताप ८० क्यालोरी/ग्राम छ भने, बरफको लागि विशिष्ट ताप ०.५ क्यालोरी/ग्राम o सेल्सियस छ, पानीको लागि विशिष्ट ताप १ क्यालोरी/ग्राम o सेल्सियस छ भने, प्रक्रिया CD मा आवश्यक ताप निर्धारण गर्नुहोस्।
ज्ञात:
बरफको पिण्ड = पानीको पिण्ड (m) = ५० ग्राम 
बरफको लागि सुषुप्त फ्युजन ताप (L F ) = 80 क्यालोरी/ग्राम
बरफको विशिष्ट ताप (c बरफ) = ०.५ क्यालोरी/ग्राम o C
पानीको विशिष्ट ताप (c पानी) = १ क्यालोरी/ग्राम o सेल्सियस
चाहियो: प्रक्रिया सीडीमा ताप आवश्यक छ
समाधान:
A देखि B सम्मको प्रक्रियामा, बरफको तापक्रम -५ डिग्री सेल्सियसबाट ० डिग्री सेल्सियससम्म बढाउन ताप प्रयोग गरिन्छ। ताप यो समीकरण प्रयोग गरेर गणना गरिन्छ: Q = mc ΔT, जहाँ Q = ताप, m = बरफको पिण्ड, c = बरफको लागि विशिष्ट ताप, ΔT = -५ डिग्री सेल्सियसबाट ० डिग्री सेल्सियसमा तापक्रममा परिवर्तन।
B देखि C सम्मको प्रक्रियामा, सबै बरफ पगालेर पानीमा परिणत गर्न ताप प्रयोग गरिन्छ। यस प्रक्रियामा, तापक्रम परिवर्तन हुँदैन। ताप यो समीकरण प्रयोग गरेर गणना गरिन्छ: Q = m L F , जहाँ Q = ताप, m = बरफको पिण्ड, L F = बरफको फ्युजनको अव्यक्त ताप।
C देखि D सम्मको प्रक्रियामा, पानीको तापक्रम ० डिग्री सेल्सियसबाट ६० डिग्री सेल्सियससम्म बढाउन ताप प्रयोग गरिन्छ। ताप यो समीकरण प्रयोग गरेर गणना गरिन्छ: Q = mc ΔT, जहाँ Q = ताप, m = पानीको द्रव्यमान, c = पानीको विशिष्ट ताप, ΔT = ० डिग्री सेल्सियसबाट ६० डिग्री सेल्सियसमा तापक्रममा परिवर्तन।
प्रक्रिया C देखि D सम्म आवश्यक ताप:
Q = mc ΔT = (५० ग्राम)(१ क्यालोरी/ग्राम o C)(६० o C-० o C) = (५०)(१)(६०) क्यालोरी = ३००० क्यालोरी
६. यदि बरफको पिण्ड १ किलोग्राम छ भने, बरफको विशिष्ट ताप २१०० J/kg o C छ, बरफको लागि संलयनको अव्यक्त ताप ३३६,००० J/kg छ र पानीको विशिष्ट ताप ४२०० J/kg o C छ भने, प्रक्रिया PQR मा आवश्यक ताप निर्धारण गर्नुहोस्।
ज्ञात:
बरफको पिण्ड = १ किलोग्राम
बरफको संलयनको अव्यक्त ताप (L F ) = 336,000 J/kg
बरफको विशिष्ट ताप (c बरफ) = २,१०० J/kg o C
पानीको विशिष्ट ताप (c पानी) = ४,२०० J/kg o C
चाहिएको: प्रक्रिया PQR मा आवश्यक ताप
समाधान:
P देखि Q सम्मको प्रक्रियामा, बरफको तापक्रम -५ डिग्री सेल्सियसबाट ० डिग्री सेल्सियससम्म बढाउन ताप प्रयोग गरिन्छ। ताप यो समीकरण प्रयोग गरेर गणना गरिन्छ: Q = mc ΔT, जहाँ Q = ताप , m = बरफको पिण्ड , c = बरफको विशिष्ट ताप, ΔT = -५ डिग्री सेल्सियसबाट ० डिग्री सेल्सियसमा तापक्रममा परिवर्तन ।
प्रक्रिया P देखि Q सम्म आवश्यक ताप:
Q = mc ΔT = (1)(2100)(0-(-5)) = (2100)(5) = १०५०० जुल
Q देखि R सम्मको प्रक्रियामा, सबै बरफलाई पानीमा पगाल्न आवश्यक पर्ने ताप। यस प्रक्रियामा, तापक्रम अपरिवर्तित रहन्छ। ताप यो समीकरण प्रयोग गरेर गणना गरिन्छ: Q = m L F , जहाँ Q = ताप , m = बरफको पिण्ड , L F = बरफको फ्युजनको सुप्त ताप ।
प्रक्रिया Q देखि R मा आवश्यक ताप:
Q = m L F = (1) (336,000) = 336,000 Joules
कुल ताप:
१०५०० + ३३६,००० = ३४६,५०० जुल
- सुप्त ताप भनेको के हो?
- उत्तर: अव्यक्त ताप भनेको पदार्थको तापक्रम परिवर्तन नगरी त्यसको चरण परिवर्तन गर्न आवश्यक पर्ने तापीय ऊर्जा हो। यसले चरण परिवर्तनको समयमा अन्तरआणविक बन्धन तोड्न वा बनाउन आवश्यक पर्ने ऊर्जालाई प्रतिनिधित्व गर्दछ।
- चरण परिवर्तनको समयमा तापक्रम किन स्थिर रहन्छ?
- उत्तर: चरण परिवर्तनको समयमा, प्रदान गरिएको वा हटाइएको सबै ताप ऊर्जा पदार्थको चरण परिवर्तन गर्न प्रयोग गरिन्छ। यो ऊर्जा पदार्थको गतिज ऊर्जा वा तापक्रम बढाउन होइन, अन्तरआणविक बन्धन तोड्न वा बनाउन प्रयोग गरिन्छ।
- फ्युजनको सुप्त ताप र वाष्पीकरणको सुप्त ताप बीच के भिन्नता छ?
- उत्तर: फ्युजनको सुप्त तापले कुनै पदार्थलाई यसको पग्लने बिन्दुमा ठोसबाट तरल (वा उल्टो) मा परिवर्तन गर्न आवश्यक पर्ने ताप ऊर्जालाई जनाउँछ। वाष्पीकरणको सुप्त तापले कुनै पदार्थलाई यसको उम्लने बिन्दुमा तरलबाट ग्याँस (वा उल्टो) मा परिवर्तन गर्न आवश्यक पर्ने ताप ऊर्जालाई जनाउँछ।
- हावाको तापक्रम तातो भए पनि हावा चलेको दिनमा स्विमिङ पुलबाट बाहिर निस्कँदा हामीलाई किन चिसो लाग्छ?
- उत्तर: हाम्रो छालाबाट पानी वाष्पीकरण हुँदै जाँदा, यो तरलबाट वाष्पमा परिवर्तनको चरणबाट गुज्रन्छ। यो प्रक्रियामा ऊर्जा चाहिन्छ, जुन हाम्रो छालाबाट गर्मीको रूपमा लिइन्छ, जसले गर्दा हाम्रो छाला चिसो महसुस हुन्छ।
- १०० डिग्री सेल्सियसमा उम्लिरहेको पानी भन्दा १०० डिग्री सेल्सियसमा बाफ किन खतरनाक हुन्छ?
- उत्तर: उम्लिरहेको पानी भन्दा बाफमा बढी ऊर्जा हुन्छ किनभने यसले पानीबाट बाफमा परिवर्तनको चरणमा वाष्पीकरणको सुप्त तापलाई अवशोषित गरेको हुन्छ। जब बाफ छालामा गाढा हुन्छ, यसले यो अतिरिक्त ऊर्जा छोड्छ, जसले गर्दा उम्लिरहेको पानी भन्दा बढी गम्भीर जलन हुन्छ।
- बरफमा नुन थप्दा यसको पग्लने बिन्दु कसरी कम हुन्छ?
- उत्तर: नुन थप्दा बरफ-पानी मिश्रण पग्लने र जम्ने बीचको सन्तुलनमा बाधा पुग्छ। यसले सामान्य भन्दा कम तापक्रममा धेरै बरफ पग्लन्छ, जसले गर्दा मिश्रणको जम्ने बिन्दु प्रभावकारी रूपमा कम हुन्छ।
- गर्मीको दिनमा पसिनाले शरीरलाई किन शीतल बनाउँछ?
- उत्तर: छालाबाट वाष्पीकरण हुँदा पसिना तरलबाट ग्यासमा परिवर्तन हुन्छ। यो वाष्पीकरण प्रक्रियालाई ऊर्जा चाहिन्छ, जुन छालाबाट लिइन्छ, जसले गर्दा यसलाई चिसो बनाउँछ।
- चरण परिवर्तनको सन्दर्भमा उदात्तीकरण भनेको के हो?
- उत्तर: उदात्तीकरण भनेको तरल चरणबाट नगई ठोसबाट ग्यासमा प्रत्यक्ष चरण परिवर्तन हो। एउटा सामान्य उदाहरण सुख्खा बरफ (ठोस कार्बन डाइअक्साइड) सिधै कार्बन डाइअक्साइड ग्यासमा परिवर्तन हुनु हो।
- तापक्रम ०° सेल्सियसमा रहँदा पनि बरफ पग्लन किन ताप ऊर्जा चाहिन्छ?
- उत्तर: ताप ऊर्जा बरफलाई यसको ठोस संरचनामा राख्ने अन्तरआणविक बन्धनहरू तोड्न प्रयोग गरिन्छ। यी बन्धनहरू तोडिएपछि, तापक्रममा कुनै परिवर्तन नभए पनि बरफ तरल चरणमा संक्रमण हुन्छ।
- तरल पदार्थको उम्लने बिन्दुलाई चापले कसरी असर गर्छ?
- उत्तर: सामान्यतया, बाह्य चाप बढाउनाले तरल पदार्थको उम्लने बिन्दु बढ्छ, जबकि चाप घटाउनाले उम्लने बिन्दु घट्छ। त्यसैले उच्च उचाइमा, जहाँ वायुमण्डलीय चाप कम हुन्छ, पानी १०० डिग्री सेल्सियस भन्दा कम तापक्रममा उम्लन्छ।
