කැලරිමිතික සාකච්ඡා ප්රශ්න සඳහා උදාහරණ
භෞතික විද්යාවේදී, කැලරිමිතිය යනු රසායනික ප්රතික්රියා හෝ භෞතික වෙනස්කම් වලදී තාපය මැනීම අධ්යයනය කරන විද්යාවේ ශාඛාවකි. තාප ප්රමාණය මැනීමට භාවිතා කරන උපකරණය කැලරිමීටරයක් ලෙස හැඳින්වේ. කැලරිමිතිය තීරණාත්මක කාර්යභාරයක් ඉටු කරයි, විශේෂයෙන් තාප ගති විද්යාවේ සහ භෞතික රසායන විද්යාවේ, තාප ශක්තියේ වෙනස්කම් නිරීක්ෂණය කර මනිනු ලබන තැන.
කැලරිමිතියේ මූලික මූලධර්ම
කැලරිමිතියේ මූලික මූලධර්මය පදනම් වී ඇත්තේ ශක්ති සංරක්ෂණ නීතිය මත ය, එනම් ශක්තිය නිර්මාණය කිරීමට හෝ විනාශ කිරීමට නොහැකි නමුත් එක් ආකාරයක ශක්තියකින් තවත් ආකාරයකට පරිවර්තනය කළ හැක්කේ පමණි. කැලරිමිතියේ සන්දර්භය තුළ, පද්ධතියෙන් අහිමි වන තාප ශක්තිය පරිසරය විසින් අවශෝෂණය කරන තාප ශක්තියට සමාන විය යුතුය. කැලරිමිතික අත්හදා බැලීම්වල ප්රධාන මෙවලම සාමාන්යයෙන් කැලරිමීටරයක් වන අතර එය සරල කැලරිමීටරයක්, එනම් ජල කැලරිමීටරයක් හෝ බෝම්බ කැලරිමීටරයක් වැනි වඩාත් සංකීර්ණ කැලරිමීටරයක් විය හැකිය.
මූලික කැලරිමිතික සූත්ර
කැලරිමිතියේ මූලික සූත්රය වන්නේ:
\[ Q = m \cdot c \cdot \ඩෙල්ටා T \]
කොහෙද:
– \( Q \) යනු තාප ප්රමාණයයි (ජූල් හෝ කැලරි වලින්)
– \( m \) යනු ද්රව්යයේ ස්කන්ධයයි (ග්රෑම් හෝ කිලෝග්රෑම් වලින්)
– \( c \) යනු ද්රව්යයේ නිශ්චිත තාපයයි (J/(g°C) හෝ cal/(g°C) වලින්)
– \( \ඩෙල්ටා T \) යනු උෂ්ණත්වයේ වෙනස (°C වලින්) වේ.
කැලරිමිතියේ සංකල්පය සහ භාවිතය වඩා හොඳින් අවබෝධ කර ගැනීම සඳහා උදාහරණ ප්රශ්න සහ සාකච්ඡා කිහිපයක් බලමු.
නියැදි ප්රශ්න සහ සාකච්ඡාව 1
ප්රශ්නය:
ග්රෑම් 200 ක ලෝහ කැබැල්ලක් 100°C දක්වා රත් කර 20°C දී ග්රෑම් 100 ක ජලයේ ගිල්වනු ලැබේ. මිශ්රණයේ අවසාන උෂ්ණත්වය 27°C වේ. ලෝහයේ නිශ්චිත තාපය තීරණය කරන්න! (ජලයේ නිශ්චිත තාපය = 4,18 J/(g°C))
සාකච්ඡාව:
පළමු පියවර වන්නේ ජලය මගින් අවශෝෂණය කරන තාපය ගණනය කිරීමයි. මූලික සූත්රය භාවිතා කරමින්:
\[ Q_{\පෙළ{වාතය}} = m_{\පෙළ{වාතය}} \cdot c_{\පෙළ{වාතය}} \cdot \ඩෙල්ටා T_{\පෙළ{වාතය}} \]
\( m_{\පෙළ{වාතය}} = 100 \) ග්රෑම් සමඟ, \( c_{\පෙළ{වාතය}} = 4.18 \) J/(g°C), සහ \( \Delta T_{\පෙළ{වාතය}} = 27°C – 20°C = 7°C \),
\[ Q_{\පෙළ{වාතය}} = 100 \වරක් 4.18 \වරක් 7 = 2926 \පෙළ{ J} \]
ලෝහයෙන් මුදා හරින තාපය ජලයෙන් අවශෝෂණය වන තාපයට සමාන වේ, එබැවින්:
\[ Q_{\පෙළ{ලෝහ}} = 2926 \පෙළ{ J} \]
තාප සූත්රය භාවිතා කිරීම:
\[ m_{\පෙළ{ලෝහ}} \cdot c_{\පෙළ{ලෝහ}} \cdot \ඩෙල්ටා T_{\පෙළ{ලෝහ}} = Q_{\පෙළ{ලෝහ}} \]
\( m_{\පෙළ{ලෝහ}} = 200 \) ග්රෑම් සමඟ, \(\ඩෙල්ටා T_{\පෙළ{ලෝහ}} = 100°C – 27°C = 73°C \),
\[ 200 \cdot c_{\text{ලෝහ}} \cdot 73 = 2926 \text{ J} \]
\[ c_{\පෙළ{ලෝහ}} = \frac{2926}{200 \times 73} \]
\[ c_{\පෙළ{ලෝහ}} = 0.2 \පෙළ{ J/(g°C)} \]
ඉතින්, ලෝහයේ නිශ්චිත තාපය 0.2 J/(g°C) වේ.
නියැදි ප්රශ්න සහ සාකච්ඡාව 2
ප්රශ්නය:
0°C උෂ්ණත්වයකදී 50g ස්කන්ධයක් සහිත අයිස් කුට්ටියක් කැලරිමීටරයක 30°C උෂ්ණත්වයකදී ජලය 200g තුළ තබා ඇත. තාප සමතුලිතතාවයට ළඟා වූ පසු මිශ්රණයේ අවසාන උෂ්ණත්වය තීරණය කරන්න! (අයිස් විලයනයේ තාපය = 334 J/g, ජලයේ නිශ්චිත තාපය = 4,18 J/g°C)
සාකච්ඡාව:
පළමු පියවර වන්නේ අයිස් දියවීමට අවශ්ය තාපය ගණනය කිරීමයි:
\[ Q_{\පෙළ{දියවීම}} = m_{\පෙළ{es}} \cdot L \]
\( m_{\text{es}} = 50 \) ග්රෑම් සහ \( L = 334 \) J/g සමඟ,
\[ Q_{\පෙළ{දියවීම}} = 50 \times 334 = 16700 \පෙළ{ J} \]
ඊළඟට, අවසාන උෂ්ණත්වයට ළඟා වීමට අයිස් දියවීමෙන් පසු අවශෝෂණය කරන තාපය සොයන්න \( T \) (මිශ්රණයේ අවසාන උෂ්ණත්වය T යැයි උපකල්පනය කරමින්):
\[ Q_{\පෙළ{අයිස් ජලය}} = m_{\පෙළ{es}} \cdot c_{\පෙළ{වාතය}} \cdot (T – 0°C) \]
\( c_{\පෙළ{වාතය}} = 4.18 \පෙළ{ J/g°C} \) සමඟ,
\[ Q_{\පෙළ{ජල අයිස්}} = 50 \times 4.18 \times T \]
සීතල වතුරෙන් මුදා හරින තාපය (30°C සිට T දක්වා):
\[ Q_{\පෙළ{වාතය}} = m_{\පෙළ{වාතය}} \cdot c_{\පෙළ{වාතය}} \cdot (30°C – T) \]
\( m_{\පෙළ{වාතය}} = 200 \) ග්රෑම් සමඟ,
\[ Q_{\පෙළ{වාතය}} = 200 \times 4.18 \times (30 – T) \]
තාප සමතුලිතතාවයේ දී, අයිස් මගින් අවශෝෂණය කරන තාප ප්රමාණය (දිය වී T දක්වා රත් කිරීමට) ජලයෙන් මුදා හරින තාප ප්රමාණයට සමාන වේ:
\[ Q_{\පෙළ{දියවීම}} + Q_{\පෙළ{අයිස් ජලය}} = Q_{\පෙළ{ජලය}} \]
\[ 16700 + 50 \times 4.18 \times T = 200 \times 4.18 \times (30 – T) \]
\[ 16700 + 209T = 8360 \වරක් (30 – T) \]
\[ 16700 + 209T = 250800 – 8360T \]
\[ 8569T = 234100 \]
\[ T = \frac{234100}{8569} \ආසන්න වශයෙන් 27.3°C \]
මේ අනුව, තාප සමතුලිතතාවයට ළඟා වූ පසු මිශ්රණයේ අවසාන උෂ්ණත්වය 27.3°C පමණ වේ.
නිගමනය
කැලරිමිතිය යනු භෞතික හෝ රසායනික ක්රියාවලියක තාප ශක්ති ප්රමාණය තීරණය කිරීම සඳහා භෞතික විද්යාව හා රසායන විද්යාවේ භාවිතා කරන වැදගත් තාක්ෂණයකි. කැලරිමිතියේ මූලික මූලධර්ම සහ සූත්ර භාවිතා කරමින්, ද්රව්යයක නිශ්චිත තාපය, උෂ්ණත්වයේ වෙනස හෝ ක්රියාවලියක අවශෝෂණය කරන ලද/නිදහස් කරන ලද ශක්තිය වැනි විවිධ පරාමිතීන් ගණනය කළ හැකිය. මෙම ලිපියෙන්, කැලරිමිතිය තේරුම් ගැනීමේ සන්දර්භය තුළ උදාහරණ ගැටළු සහ ඒවායේ විසඳුම් අපි සොයා බැලුවෙමු. විවිධ තාප ගතික ගැටළු සහ අනෙකුත් ප්රායෝගික යෙදුම් විසඳීම සඳහා මෙම සංකල්ප පිළිබඳ හොඳ අවබෝධයක් අත්යවශ්ය වේ.
