వ్యాసం ఉష్ణం యొక్క నిర్వచనం ఉష్ణం యొక్క యాంత్రిక తుల్యత ఉష్ణ సమీకరణం
1. ఉష్ణం యొక్క నిర్వచనం
ఉష్ణోగ్రత వ్యత్యాసాలు ఉన్న వస్తువులు ఒకదానికొకటి తాకినప్పుడు, అధిక ఉష్ణోగ్రత గల వస్తువుల నుండి తక్కువ ఉష్ణోగ్రత గల వస్తువులకు ఉష్ణ బదిలీ జరుగుతుంది. తాకిన వస్తువులు ఒకే ఉష్ణోగ్రతకు చేరుకున్న తర్వాత ఉష్ణ బదిలీ ఆగిపోతుంది. ఉదాహరణకు, మనం వేడి నీటిని చల్లని నీటితో కలిపినప్పుడు, ఉష్ణం సాధారణంగా వేడి నీటి నుండి చల్లని నీటికి ప్రసరిస్తుంది. మనం వేడి ఇస్త్రీని చల్లని నీటిలో వేసినప్పుడు, ఉష్ణం ఇస్త్రీ నుండి నీటికి ప్రసరిస్తుంది. ఇస్త్రీ మరియు నీరు ఒకే ఉష్ణోగ్రతకు చేరుకున్న తర్వాత ఉష్ణ ప్రవాహం ఆగిపోతుంది. ఒక నర్సు మీ శరీరానికి థర్మామీటర్‌ను పెట్టినప్పుడు, ఉష్ణం ఇస్త్రీ నుండి నీటికి ప్రసరిస్తుంది.
మీ శరీరం థర్మామీటర్ వద్దకు వెళుతుంది. మీ శరీరం మరియు థర్మామీటర్ ఒకే ఉష్ణోగ్రతకు చేరుకున్న తర్వాత ఉష్ణ బదిలీ ఆగిపోతుంది. ఉపయోగించే థర్మామీటర్ పాదరస థర్మామీటర్ అయితే, మీ శరీరం మరియు థర్మామీటర్ ఒకే ఉష్ణోగ్రతకు చేరుకున్నప్పుడు, పాదరసం ఉపరితలం కదలడం ఆగిపోతుంది. పాదరసం ఉపరితలంపై కనిపించే సంఖ్య ఆ సమయంలో మీ శరీర ఉష్ణోగ్రత.
సహజంగా, వేడి అధిక ఉష్ణోగ్రత గల వస్తువుల నుండి స్వయంచాలకంగా కిందికి కదులుతుంది
తక్కువ ఉష్ణోగ్రత గల వస్తువులు. ఉష్ణ బదిలీ అనేది ఒకదానికొకటి తాకే వస్తువుల ఉష్ణోగ్రతను సమం చేయడానికి ప్రయత్నిస్తుంది. 18వ శతాబ్దంలో, భౌతిక శాస్త్రవేత్తలు ఉష్ణ ప్రవాహం అనేది కంటికి కనిపించని ఒక రకమైన ద్రవం యొక్క కదలిక అని అనుమానించారు (ద్రవం అంటే ప్రవహించగల పదార్థం. ద్రవంలో ద్రవ మరియు వాయు పదార్థాలు ఉంటాయి. నీరు (ద్రవం) ప్రవహించగలదు కాబట్టి అది కూడా ద్రవం కిందకు వస్తుంది. గాలి కూడా ప్రవహించగలదు కాబట్టి అది కూడా ద్రవం కిందకు వస్తుంది). ఆ ద్రవాన్ని కెలోరిక్ అని పిలుస్తారు. ప్రయోగ ఫలితాల ఆధారంగా ఈ కెలోరీల ఉనికిని నిరూపించలేనందున, కెలోరీల సిద్ధాంతం ఇప్పుడు ఉపయోగంలో లేదు. 19వ శతాబ్దంలో, జేమ్స్ ప్రెస్కాట్ జూల్ (1818-1889) అనే ఆంగ్ల భౌతిక శాస్త్రవేత్త, కదిలించే చక్రాన్ని ఉపయోగించి ఒక పాత్రలోని నీటిని ఎలా వేడి చేయాలో కనుగొన్నారు.
ప్రయోగ ఫలితాల ఆధారంగా, జూల్ అగ్నిని ఉపయోగించి వేడి చేసిన నీటితో పోలిక చేశాడు. మంట మరియు నీరు ఉన్న పాత్ర ఒకదానికొకటి తాకినప్పుడు, వేడి అగ్ని నుండి (అధిక ఉష్ణోగ్రత) నీటికి (తక్కువ ఉష్ణోగ్రత) ప్రసరిస్తుంది. అగ్నితో తాకడం వల్ల పెరిగే నీటి ఉష్ణోగ్రతకు మరియు కదిలించే సాధనం చేసిన పని వల్ల పెరిగే నీటి ఉష్ణోగ్రతకు మధ్య పోలికలు చేసిన తర్వాత, అధిక ఉష్ణోగ్రత గల వస్తువు నుండి తక్కువ ఉష్ణోగ్రత గల వస్తువుకు ప్రసరించే శక్తే వేడి అని జూల్ నిర్ధారించాడు. వేడి అనేది శక్తి కాదు (వేడి అనేది గతిజ శక్తి, స్థితిజ శక్తి, రసాయన శక్తి మొదలైన ఒక నిర్దిష్ట రకమైన శక్తి కాదు). వేడి అనేది ఉష్ణోగ్రత వ్యత్యాసాల కారణంగా ప్రసరించే శక్తి. కాబట్టి, వేడి అధిక ఉష్ణోగ్రత గల వస్తువుల నుండి తక్కువ ఉష్ణోగ్రత గల వస్తువులకు ప్రవహించినప్పుడు, శక్తి అధిక ఉష్ణోగ్రత గల వస్తువుల నుండి తక్కువ ఉష్ణోగ్రత గల వస్తువులకు ప్రసరిస్తుంది. తాకిన వస్తువులు ఒకే ఉష్ణోగ్రతకు చేరుకున్న తర్వాత శక్తి బదిలీ ఆగిపోతుంది.
2. ఉష్ణం యొక్క ప్రమాణం మరియు ఉష్ణం యొక్క యాంత్రిక తుల్యత
ఉష్ణ ప్రమాణాలను కేలరీలు (సంక్షిప్తంగా cal) అంటారు. 1 గ్రాము నీటి ఉష్ణోగ్రతను 1 C పెంచడానికి అవసరమైన ఉష్ణమే కేలరీలు.o (ఖచ్చితంగా, 14.5 నుండి) oకు 15.5 సి oC). వివిధ నీటి ఉష్ణోగ్రతలకు అవసరమైన ఉష్ణం పరిమాణం మారుతుంది. ఒకే పరిమాణంలో ఉష్ణం కోసం, నీటి ఉష్ణోగ్రత 1 C పెరిగితే...o ఇది 14.5 ఉష్ణోగ్రతల మధ్య మాత్రమే సంభవిస్తుంది oకు 15.5 సి oC. ఆహార శక్తి విలువను కిలో కేలరీలు (kcal) అని చెప్పడానికి ఉష్ణ ప్రమాణాలను తరచుగా ఉపయోగిస్తారు. 1 kcal = 1000 కేలరీలు. 1 kcal = 1 కేలరీ (పెద్ద K అక్షరం) నుండి ఇతర పేర్లు. బ్రిటిష్ పద్ధతిలో తాపన ప్రమాణాన్ని Btu (బ్రిటిష్ థర్మల్ యూనిట్) అంటారు. 1 Btu = 1 పౌండ్ (0.45 కిలోగ్రాములు) నీటి ఉష్ణోగ్రతను 1 Fo పెంచడానికి అవసరమైన ఉష్ణం. oఎఫ్ నుండి 64 వరకు oF).
ఉష్ణం శక్తికి సంబంధించినది, కాబట్టి మనం ఉష్ణ ప్రమాణాలకు మరియు శక్తి ప్రమాణాలకు మధ్య ఉన్న సంబంధాన్ని తెలుసుకోవాలి. జౌల్ మరియు ఇతర శాస్త్రవేత్తలు నిర్వహించిన ప్రయోగాల ఆధారంగా, 4.186 జౌల్‌ల పని 1 క్యాలరీ ఉష్ణానికి సమానం అని తెలిసింది.
1 క్యాలరీ = 4.186 జౌల్
1 కిలో కేలరీ = 1000 కేలరీలు = 4186 జౌల్స్
1 Btu = 778 అడుగులు (0.24 కి.మీ.). పౌండ్ = 252 కేలరీలు = 1055 జౌల్స్
(1 క్యాలరీ = 4.186 జౌల్ మరియు 1 కిలో క్యాలరీ = 4186, దీనిని ఉష్ణం యొక్క యాంత్రిక తుల్యత అంటారు)
3. ఉష్ణ సమీకరణం
ఉష్ణోగ్రత వ్యత్యాసాలు ఉన్న వస్తువులు ఒకదానికొకటి తాకినప్పుడు, సహజంగానే ఉష్ణం అధిక ఉష్ణోగ్రత గల వస్తువుల నుండి తక్కువ ఉష్ణోగ్రత గల వస్తువులకు ప్రసరిస్తుంది. రెండు వస్తువులు ఉష్ణ సమతౌల్యానికి చేరుకున్న తర్వాత ఉష్ణ బదిలీ ఆగిపోతుంది. ఉష్ణ బదిలీ అనేది ఒకదానికొకటి తాకే వస్తువుల ఉష్ణోగ్రతలలో మార్పులకు కారణమవుతుంది. ఈ సంక్షిప్త వివరణ ఆధారంగా, ఉష్ణానికి (Q) ఒక వస్తువుతో, ఆ వస్తువు యొక్క ఉష్ణోగ్రతలోని మార్పులతో (ΔT), వస్తువు యొక్క ద్రవ్యరాశితో (m) మరియు వస్తువు రకంతో సంబంధం ఉందని మీరు నిర్ధారించవచ్చు.
ఉష్ణం (Q) మరియు ఉష్ణోగ్రత మార్పు (ΔT) మధ్య సంబంధం
వేడి పెరిగే కొద్దీ, ఉష్ణోగ్రతలో మార్పు కూడా పెరుగుతుంది. దీనిని బట్టి, వేడి పరిమాణం (Q) వస్తువు యొక్క ఉష్ణోగ్రతలో మార్పుకు అనుపాతంలో ఉంటుందని నిర్ధారించవచ్చు.
Q α ΔT —– పోలిక 1
ఉష్ణం (Q) మరియు వస్తువుల ద్రవ్యరాశి (m) మధ్య సంబంధం
ఉష్ణం (Q) పరిమాణం వస్తువు యొక్క ఉష్ణోగ్రతలో మార్పుకు అనుపాతంలో ఉంటుంది. నీరు ఎంత ఎక్కువగా ఉంటే, దాని ఉష్ణోగ్రతను పెంచడానికి అంత ఎక్కువ ఉష్ణం అవసరం.
Q α m —– పోలిక 2
ఉష్ణం (Q) మరియు వస్తువు రకం (c) మధ్య సంబంధం
ఒక వస్తువు యొక్క ఉష్ణోగ్రతను పెంచడానికి అవసరమైన ఉష్ణం ఆ వస్తువు రకానికి అనుపాతంలో ఉంటుంది.
Q α c —– పోలిక 3
పైన పేర్కొన్న మూడు పోలికలను కలిపి ఒక సమీకరణంగా రూపొందించారు:
Q α mc ΔT
Q = mc ΔT
ఇది ఉష్ణ సమీకరణం.
వివరణ: Q = ఉష్ణం (జౌల్), m = వస్తువు ద్రవ్యరాశి (కిలోగ్రాములు), c = విశిష్ట ఉష్ణం (J / kg C o లేదా K)
