طبیعیات کے بنیادی سبق

تھرمامیٹر اور درجہ حرارت کے پیمانے کے بارے میں مضمون

1. تھرمامیٹر

درجہ حرارت کی پیمائش کے لیے ڈیزائن کیا گیا ٹول تھرمامیٹر ہے۔ تھرمامیٹر کی بہت سی قسمیں ہیں، لیکن کام کرنے کا اصول ایک ہی ہے۔ عام طور پر، ہم تھرمامیٹرک اشیاء استعمال کرتے ہیں، مادے کی نوعیت جو درجہ حرارت کے ساتھ بدلتی ہے۔ اگر آبجیکٹ کا درجہ حرارت بدل جائے تو اس کی شکل اور سائز بھی بدل جاتا ہے۔ زیادہ تر تھرمامیٹر ایسی اشیاء استعمال کرتے ہیں جو درجہ حرارت میں تبدیلی کے وقت پھیل یا سکڑ سکتی ہیں۔ تھرمامیٹر جو اکثر استعمال ہوتے ہیں شیشے کی ٹیوبوں پر مشتمل ہوتے ہیں، جہاں ٹیوب کے بیچ میں الکحل یا پارا ہوتا ہے۔ جب درجہ حرارت بڑھتا ہے تو، کنٹینر میں الکحل یا پارا پھیلتا ہے تاکہ الکحل یا پارے کے کالم کی لمبائی بڑھ جائے۔ اس کے برعکس، جب درجہ حرارت کم ہوتا ہے، الکحل یا پارے کے کالم کی لمبائی کم ہو جاتی ہے۔ شیشے کی ٹیوب کے باہر، ایسے نمبر ہیں جو تھرمامیٹر کا پیمانہ ہیں۔ الکحل یا پارے کے کالم کے اوپری سرے سے دکھائی جانے والی تعداد اس چیز کے درجہ حرارت کی قدر بتاتی ہے جس کی پیمائش کی جا رہی ہے۔

مزید پڑھ

تھرموڈینامکس کے زیروتھ قانون کے بارے میں مضمون

اب تک، ہم نے رابطے میں رہنے والی دو اشیاء کے ذریعے صرف تھرمل توازن کا مشاہدہ کیا ہے۔

تھرمل توازن کے تصور کو مزید گہرائی میں سمجھنے کے لیے، آئیے تین اشیاء کا جائزہ لیتے ہیں (کہیں آبجیکٹ A، آبجیکٹ B، اور آبجیکٹ C)۔ مثال کے طور پر، آبجیکٹ B اور آبجیکٹ C ایک دوسرے کو نہیں چھوتے، لیکن آبجیکٹ A آبجیکٹ B کے ساتھ رابطے میں ہے اور آبجیکٹ A آبجیکٹ C کے ساتھ رابطے میں ہے۔ نیچے دی گئی تصویر کو دیکھیں۔ کیونکہ آبجیکٹ A اور آبجیکٹ B کے علاوہ ہر ایک کے ساتھ رابطے میں تھرمل توازن میں ہیں، اسی طرح آبجیکٹ A اور آبجیکٹ C بھی تھرمل توازن میں ہیں۔ کیا ایسی اشیاء B اور C ہیں جو ایک دوسرے کو نہیں چھوتی ہیں وہ حرارتی توازن میں بھی ہیں؟ اگر ہم صرف منطق کا استعمال کریں، تو ہم کہہ سکتے ہیں کہ آبجیکٹ B اور آبجیکٹ C بھی تھرمل توازن میں ہیں، حالانکہ وہ رابطے میں نہیں ہیں۔ آبجیکٹ A اور آبجیکٹ B تھرمل توازن میں ہیں، یعنی آبجیکٹ A کا درجہ حرارت = آبجیکٹ B کا درجہ حرارت۔

مزید پڑھ

درجہ حرارت اور حرارتی توازن کی تعریف کے بارے میں مضمون

درجہ حرارت کی تعریف

کیا آپ نے کبھی برف کو چھوا ہے؟ جب آپ کے ہاتھ برف کو چھوتے ہیں تو آپ کو کیا محسوس ہوتا ہے؟ اگر آپ جس چیز کو چھوتے ہیں وہ آگ ہے؟ برف کو چھوتے وقت آپ کے ہاتھ ٹھنڈے محسوس ہوتے ہیں، جب آپ آگ کو چھوتے ہیں تو آپ کے ہاتھ گرم محسوس ہوتے ہیں۔ گرم، گرم، ٹھنڈا، ٹھنڈا کیا ہوتا ہے؟

درجہ حرارت کا تصور گرمی اور سردی سے شروع ہوتا ہے جس کا تجربہ ہمارے رابطے کے احساس سے ہوتا ہے۔ چھونے کے احساس سے جو محسوس ہوتا ہے اس کی بنیاد پر، ہم کہتے ہیں کہ کوئی چیز دوسری چیز سے زیادہ گرم ہے یا کوئی چیز دوسری چیز سے ٹھنڈی ہے۔ گرم اشیاء کا درجہ حرارت زیادہ ہوتا ہے جبکہ ٹھنڈی اشیاء کا درجہ حرارت کم ہوتا ہے۔ کوئی چیز جتنی ٹھنڈی ہوگی، درجہ حرارت اتنا ہی کم ہوگا۔ اس کے برعکس، کوئی چیز جتنی گرم ہوگی، درجہ حرارت اتنا ہی زیادہ ہوگا۔ کسی چیز کی حرارت یا سردی کی پیمائش کو درجہ حرارت کہتے ہیں۔ گیس کائنےٹک تھیوری کے موضوع میں، آپ درجہ حرارت کی تعریف کو زیادہ گہرائی سے سمجھیں گے۔ کسی چیز کے مالیکیولز کے ساتھ کیا ہوتا ہے تاکہ وہ گرم، گرم، ٹھنڈا یا ٹھنڈا محسوس کر سکے۔

مزید پڑھ

مادے کے مراحل کے بارے میں مضمون (خرد کی خصوصیات پر مبنی)

روزمرہ کی زندگی میں، ہم اکثر مادے کے تین مختلف مراحل کا سامنا کرتے ہیں۔ ٹھوس مادے (مثلاً، پتھر، لوہا، وغیرہ)، مائعات (پانی، پٹرول وغیرہ) اور گیس کے مادے (ہوا وغیرہ) ہیں۔ ان مادوں کے تین مراحل کو ان کی شکل اور سائز کو برقرار رکھنے کی صلاحیت کی بنیاد پر پہچانا جا سکتا ہے۔

ٹھوس عام طور پر ایک مقررہ شکل اور حجم کو برقرار رکھتے ہیں۔ مائع ایک منسلک شکل نہیں رکھتا ہے، لیکن اس کے راستے کو کنٹینر تک ایڈجسٹ کرتا ہے جس پر قبضہ کیا جاتا ہے. مثال کے طور پر اگر ہم گلاس میں پانی ڈالیں تو شیشے کی طرح شکل بدل جاتی ہے۔ اگر باتھ ٹب میں پانی ڈالا جائے تو شکل باتھ ٹب کی طرح بدل جاتی ہے۔ مائع کا حجم عام طور پر ہمیشہ طے ہوتا ہے۔ ایک گلاس پانی اگر غسل میں رکھا جائے تو پانی کی مقدار گلاس میں رہ جاتی ہے۔ پانی کی شکل بدل سکتی ہے، لیکن سائز کبھی نہیں بدلتا۔ ذہن میں رکھیں کہ ٹھوس اور مائعات کی تعداد تبدیل ہو سکتی ہے اگر کافی قوت دی جائے۔

مزید پڑھ

اٹامک تھیوری اور کائنےٹک تھیوری کے بارے میں مضمون

جوہری نظریہ

ہزاروں سالوں سے قدیم یونانیوں کا خیال تھا کہ ہر خالص مادہ (جیسے سونا، لوہا وغیرہ) ایٹموں پر مشتمل ہوتا ہے۔ ان کے مطابق اگر کسی خالص چیز کو چھوٹے چھوٹے ٹکڑوں میں کاٹا جائے تو چھوٹے چھوٹے حصوں کو دوبارہ کاٹ دیا جائے، پھر دوبارہ کاٹ دیا جائے… وغیرہ وغیرہ، تو پھر چھوٹے چھوٹے ٹکڑے ہوں گے جو دوبارہ نہیں کاٹے جا سکتے۔ سب سے چھوٹے ٹکڑے جو دوبارہ نہیں کاٹے جاسکتے ہیں وہ ایٹم کہلاتے ہیں۔ ایٹم کا مطلب ہے "تقسیم نہیں کیا جا سکتا" (یونانی زبان)

اس وقت، ایٹم کو مزید تقسیم نہیں سمجھا جاتا ہے۔ لیکن بعد میں کچھ سائنس دانوں نے الیکٹران اور ایٹم نیوکلیائی (پروٹون اور نیوٹران) کو دریافت کیا تاکہ یہ قیاس غلط تھا کہ ایٹموں کو ذیلی تقسیم نہیں کیا جا سکتا۔ لہذا، ایٹم الیکٹران (منفی چارج شدہ) اور جوہری نیوکلی پر مشتمل ہوتے ہیں۔ الیکٹران نیوکلئس کے گرد چکر لگاتے ہیں۔ نیوکلئس کے اندر، پروٹون (مثبت چارج شدہ) اور نیوٹران (غیر جانبدار یا چارج نہیں) ہوتے ہیں۔

مزید پڑھ

مرحلے کے اہم درجہ حرارت کی تبدیلیوں کے بارے میں مضمون ٹرپل پوائنٹ

مثالی گیس قانون کی بحث میں، یہ وضاحت کی گئی ہے کہ مثالی گیس کا قانون حقیقی گیس کے رویے کو صرف اسی صورت میں بیان کرتا ہے جب حقیقی گیس کا دباؤ اور کثافت بہت زیادہ نہ ہو۔ اگر پریشر اور حقیقی گیس کی کثافت کافی زیادہ ہے، تو گیس کا مثالی قانون غلط نتائج فراہم کرتا ہے، اسی طرح، جب حقیقی گیس کا درجہ حرارت ابلتے ہوئے نقطہ کے قریب پہنچتا ہے۔ اس کا تعلق گیس کے حقیقی مالیکیولز کے درمیان ہونے والے تعامل سے ہے۔ گیس کا دباؤ گیس کے حجم کے الٹا متناسب ہے۔ جب گیس کا پریشر کافی بڑا ہو تو گیس کا حجم چھوٹا ہو جاتا ہے۔ گیس کا حجم کم ہونے کی وجہ سے گیس کے مالیکیولز کے درمیان فاصلہ قریب تر ہو جاتا ہے۔ جب مالیکیولز کے درمیان فاصلہ قریب ہو جاتا ہے تو مالیکیول ایک دوسرے کو اپنی طرف متوجہ کرتے ہیں۔ یہ ایسا ہی ہے جب آپ لوہے کا ٹکڑا مقناطیس پر رکھتے ہیں۔ اگر مقناطیس اور لوہے کے درمیان فاصلہ کافی ہو تو مقناطیس لوہے کو نہیں کھینچ سکتا۔ لیکن اگر مقناطیس اور لوہے کے درمیان فاصلہ قریب ہو تو لوہا قریب آ جاتا ہے۔

مزید پڑھ

وان ڈیر والز ایک ڈچ طبیعیات دان جے ڈی وین ڈیر والز (1837-1923) کا نام ہے۔ ریاست کی وان ڈیر والس مساوات گیس کی حالت کی مساوات ہے، مثالی گیس کی حالت کی مساوات کی طرح۔ فرق یہ ہے کہ اگر حقیقی گیس کا دباؤ اور کثافت کافی زیادہ ہو تو مثالی گیس کی حالت کی مساوات درست نتائج نہیں دے سکتی۔ جبکہ The Van der Waals Equation of State زیادہ درست نتائج دے سکتی ہے۔

اس مساوات کا وجود وان ڈیر والز سے شروع ہوا، جس نے ایک مثالی ریاست کی مساوات کی حدود کو محسوس کیا۔ والز، مثالی گیس کی حالت کی مساوات میں ترمیم کرتے ہیں، کئی عوامل کو شامل کرکے جو حقیقی گیس کی حالت پر بھی اثر انداز ہوتے ہیں، جب اصلی گیس کا دباؤ اور کثافت زیادہ ہو۔

مزید پڑھ

کائنےٹک تھیوری کا استعمال کرتے ہوئے بخارات کے عمل کی وضاحت کی جا سکتی ہے۔ گیس کے مالیکیولز کی طرح پانی کے مالیکیول بھی حرکت کرتے ہیں۔ فرق یہ ہے کہ پانی کے مالیکیول بکھرے نہیں جا سکتے کیونکہ مالیکیولز کے درمیان کشش اب بھی انہیں ایک ساتھ رکھ سکتی ہے۔ اس کے برعکس، گیس کے مالیکیولز کے درمیان کشش نازک ہوتی ہے، تاکہ گیس کے مالیکیول فیوز نہ ہو سکیں۔ حرکت کرتے وقت پانی کے مالیکیول کی رفتار ہوتی ہے۔ پانی کے مالیکیولز ہیں جن کی رفتار تیز ہے۔ پانی کے مالیکیول بھی ہوتے ہیں جن کی رفتار کم ہوتی ہے۔ پانی کے مالیکیول کی رفتار کی تقسیم میکسویل کی تقسیم سے مشابہت رکھتی ہے۔

تبخیر تب ہوتا ہے جب پانی کے مالیکیولز کی رفتار اتنی زیادہ ہوتی ہے کہ پانی کے مالیکیولز کے درمیان کشش اسے ایک ساتھ رکھنے سے قاصر رہتی ہے۔ خلا میں منتقل ہونے والے راکٹوں کی طرح، راکٹ کی رفتار اتنی زیادہ ہوتی ہے کہ زمین کی کشش ثقل اسے زمین پر رہنے کے لیے نہیں روک سکتی۔ نوٹ کریں کہ صرف بڑی رفتار والے مالیکیول ہی مالیکیولز کے درمیان کشش سے بچ سکتے ہیں۔ چھوٹی رفتار والے مالیکیول پانی کی طرح ایک ساتھ رہتے ہیں۔

مزید پڑھ

ابلنا مائع کو گیس میں تبدیل کرنے کا عمل ہے۔ ابلنا اس وقت ہوتا ہے جب سیر شدہ بخارات کا دباؤ ہوا کے دباؤ کے برابر ہوتا ہے (ہوا کا دباؤ = وایمنڈلیی دباؤ)۔ ہم صرف ابلتے ہوئے پانی پر بات کرتے ہیں۔ پانی کا سیر شدہ بخارات کا دباؤ پانی کے درجہ حرارت کے براہ راست متناسب ہے، پانی کا درجہ حرارت جتنا زیادہ ہوگا، سیر شدہ بخارات کا دباؤ اتنا ہی زیادہ ہوگا۔ جب ہم پانی کو گرم کرتے ہیں تو عام طور پر کنٹینر کے نیچے چھوٹے بلبلے نمودار ہوتے ہیں۔ بلبلوں کا وجود مائع کی گیس میں تبدیلی کی نشاندہی کرتا ہے۔ اگر بلبلے میں سیر شدہ بخارات کا دباؤ باہر کے ہوا کے دباؤ سے کم ہے تو، سطح پر پہنچنے سے پہلے بلبلہ سکڑ جائے گا اور بکھر جائے گا۔ بلبلوں کو تباہ کر دیا جاتا ہے کیونکہ بیرونی ہوا کی زور کی طاقت بلبلے کے اندر بھاپ کے زور کی طاقت سے زیادہ ہوتی ہے۔ بیرونی ہوا کا دباؤ بلبلے میں بخارات کے دباؤ سے زیادہ ہوتا ہے تاکہ باہر کی ہوا میں زیادہ اہم قوت ہو (P = F/A)۔

مزید پڑھ

نمی ہوا میں پانی کے بخارات کی مقدار بتاتی ہے۔ جب بارش ہوتی ہے تو ماحول بہت مرطوب ہوتا ہے کیونکہ ہوا میں پانی کے بخارات بہت زیادہ ہوتے ہیں۔ اس کے برعکس، اگر ہوا میں پانی کے بخارات بہت کم ہوں تو ہوا بنجر ہے۔ ہوا میں پانی کے بخارات کی مقدار نسبتا نمی سے ظاہر ہوتی ہے۔

رشتہ دار نمی ایک خاص درجہ حرارت پر پانی کے سیر شدہ بخارات کے دباؤ سے بھاپ کے جزوی دباؤ کا تناسب ہے (بھاپ آبی بخارات ہے)۔ رشتہ دار نمی فیصد میں ظاہر کی جاتی ہے، ریاضی کے مطابق:

مزید پڑھ