हर व्यक्ति को हर दिन तापमान की अवधारणा का सामना करना पड़ता है। यह शब्द हमारे दैनिक जीवन में मजबूती से प्रवेश कर गया है: हम माइक्रोवेव में खाना गर्म करते हैं या ओवन में खाना बनाते हैं, हम बाहर के मौसम में रुचि रखते हैं या यह पता लगाते हैं कि क्या नदी का पानी ठंडा है - यह सब इस अवधारणा से निकटता से संबंधित है। और तापमान क्या है, इस भौतिक पैरामीटर का क्या अर्थ है, इसे किस प्रकार मापा जाता है? हम लेख में इन और अन्य सवालों के जवाब देंगे।
भौतिक मात्रा
आइए विचार करें कि थर्मोडायनामिक संतुलन में एक पृथक प्रणाली के दृष्टिकोण से तापमान क्या है। यह शब्द लैटिन भाषा से आया है और इसका अर्थ है "उचित मिश्रण", "सामान्य अवस्था", "आनुपातिकता"। यह मान किसी भी मैक्रोस्कोपिक सिस्टम के थर्मोडायनामिक संतुलन की स्थिति को दर्शाता है। मामले में जब एक पृथक प्रणाली संतुलन से बाहर होती है, समय के साथ अधिक गर्म वस्तुओं से कम गर्म वस्तुओं में ऊर्जा का संक्रमण होता है। परिणाम पूरे सिस्टम में तापमान का एक समीकरण (परिवर्तन) है। यह ऊष्मागतिकी का पहला अभिधारणा (शून्य सिद्धांत) है।
तापमान निर्धारित करता हैऊर्जा स्तरों और वेगों द्वारा प्रणाली के घटक कणों का वितरण, पदार्थों के आयनीकरण की डिग्री, निकायों के संतुलन विद्युत चुम्बकीय विकिरण के गुण, विकिरण का कुल आयतन घनत्व। चूंकि एक प्रणाली के लिए जो थर्मोडायनामिक संतुलन में है, सूचीबद्ध पैरामीटर समान हैं, उन्हें आमतौर पर सिस्टम का तापमान कहा जाता है।
प्लाज्मा
संतुलन निकायों के अलावा, ऐसी प्रणालियाँ हैं जिनमें राज्य को कई तापमान मानों की विशेषता होती है जो एक दूसरे के बराबर नहीं होते हैं। प्लाज्मा एक अच्छा उदाहरण है। इसमें इलेक्ट्रॉन (प्रकाश आवेशित कण) और आयन (भारी आवेशित कण) होते हैं। जब वे टकराते हैं, तो ऊर्जा इलेक्ट्रॉन से इलेक्ट्रॉन में और आयन से आयन में तेजी से स्थानांतरित होती है। लेकिन विषमांगी तत्वों के बीच धीमी गति से संक्रमण होता है। प्लाज्मा ऐसी स्थिति में हो सकता है जिसमें इलेक्ट्रॉन और आयन व्यक्तिगत रूप से संतुलन के करीब हों। इस मामले में, प्रत्येक प्रकार के कणों के लिए अलग-अलग तापमान लिया जा सकता है। हालांकि, ये पैरामीटर एक दूसरे से अलग होंगे।
चुंबक
उन पिंडों में जिनमें कणों का चुंबकीय क्षण होता है, ऊर्जा हस्तांतरण आमतौर पर धीरे-धीरे होता है: अनुवाद से लेकर चुंबकीय स्वतंत्रता की डिग्री तक, जो पल की दिशाओं को बदलने की संभावना से जुड़े होते हैं। यह पता चला है कि ऐसी अवस्थाएँ हैं जिनमें शरीर को एक ऐसे तापमान की विशेषता होती है जो गतिज पैरामीटर से मेल नहीं खाता है। यह प्राथमिक कणों की अनुवाद गति से मेल खाती है। चुंबकीय तापमान आंतरिक ऊर्जा का हिस्सा निर्धारित करता है। यह या तो सकारात्मक हो सकता है यानकारात्मक। संरेखण प्रक्रिया के दौरान, ऊर्जा को उच्च मान वाले कणों से कम तापमान मान वाले कणों में स्थानांतरित किया जाएगा यदि वे सकारात्मक या नकारात्मक दोनों हैं। अन्यथा, यह प्रक्रिया विपरीत दिशा में आगे बढ़ेगी - नकारात्मक तापमान सकारात्मक तापमान से "अधिक" होगा।
यह क्यों जरूरी है?
विरोधाभासी इस तथ्य में निहित है कि औसत व्यक्ति, दैनिक जीवन और उद्योग दोनों में माप प्रक्रिया को पूरा करने के लिए, यह जानने की भी आवश्यकता नहीं है कि तापमान क्या है। उसके लिए यह समझना पर्याप्त होगा कि यह किसी वस्तु या वातावरण के गर्म होने की डिग्री है, खासकर जब से हम बचपन से इन शब्दों से परिचित हैं। दरअसल, इस पैरामीटर को मापने के लिए डिज़ाइन किए गए अधिकांश व्यावहारिक उपकरण वास्तव में पदार्थों के अन्य गुणों को मापते हैं जो हीटिंग या कूलिंग के स्तर के साथ बदलते हैं। उदाहरण के लिए, दबाव, विद्युत प्रतिरोध, आयतन, आदि। इसके अलावा, ऐसे रीडिंग मैन्युअल रूप से या स्वचालित रूप से वांछित मान में परिवर्तित हो जाते हैं।
यह पता चला है कि तापमान निर्धारित करने के लिए भौतिकी का अध्ययन करने की आवश्यकता नहीं है। हमारे ग्रह की अधिकांश जनसंख्या इसी सिद्धांत पर रहती है। यदि टीवी चालू है, तो अर्धचालक उपकरणों की क्षणिक प्रक्रियाओं को समझने की आवश्यकता नहीं है, यह अध्ययन करने के लिए कि आउटलेट में बिजली कहाँ से आती है या उपग्रह डिश पर सिग्नल कैसे आता है। लोगों को इस तथ्य की आदत है कि हर क्षेत्र में ऐसे विशेषज्ञ होते हैं जो सिस्टम को ठीक या डिबग कर सकते हैं। आम आदमी अपने दिमाग पर दबाव नहीं डालना चाहता, क्योंकि सोप ओपेरा या फ़ुटबॉल को "बॉक्स" पर घूंटते समय देखना बेहतर कहाँ हैठंडी बियर.
मैं जानना चाहता हूँ
लेकिन ऐसे लोग हैं, ज्यादातर छात्र, जो या तो अपनी जिज्ञासा की सीमा तक या आवश्यकता से बाहर, भौतिकी का अध्ययन करने और यह निर्धारित करने के लिए मजबूर होते हैं कि वास्तव में तापमान क्या है। नतीजतन, अपनी खोज में वे थर्मोडायनामिक्स के जंगल में गिर जाते हैं और इसके शून्य, पहले और दूसरे कानूनों का अध्ययन करते हैं। इसके अलावा, एक जिज्ञासु मन को कार्नोट चक्र और एन्ट्रापी को समझना होगा। और अपनी यात्रा के अंत में, वह निश्चित रूप से स्वीकार करेगा कि एक प्रतिवर्ती तापीय प्रणाली के एक पैरामीटर के रूप में तापमान की परिभाषा, जो काम करने वाले पदार्थ के प्रकार पर निर्भर नहीं करती है, इस अवधारणा की भावना में स्पष्टता नहीं जोड़ेगी। और फिर भी, दिखाई देने वाला हिस्सा कुछ डिग्री होगा जो अंतर्राष्ट्रीय इकाइयों की प्रणाली (एसआई) द्वारा स्वीकार किया जाता है।
तापमान गतिज ऊर्जा के रूप में
अधिक "मूर्त" वह दृष्टिकोण है जिसे आणविक-गतिज सिद्धांत कहा जाता है। यह इस विचार को बनाता है कि गर्मी को ऊर्जा के रूपों में से एक माना जाता है। उदाहरण के लिए, अणुओं और परमाणुओं की गतिज ऊर्जा, बेतरतीब ढंग से चलने वाले कणों की एक बड़ी संख्या पर औसतन एक पैरामीटर, एक शरीर का तापमान कहलाता है। इस प्रकार, एक गर्म प्रणाली के कण ठंडे की तुलना में तेजी से चलते हैं।
चूंकि विचाराधीन शब्द कणों के समूह की औसत गतिज ऊर्जा से निकटता से संबंधित है, इसलिए जूल को तापमान की एक इकाई के रूप में उपयोग करना काफी स्वाभाविक होगा। हालांकि, ऐसा नहीं होता है, जिसे इस तथ्य से समझाया जाता है कि प्राथमिक की तापीय गति की ऊर्जाकण जूल के सापेक्ष बहुत छोटे होते हैं। इसलिए, इसका उपयोग असुविधाजनक है। थर्मल गति को एक विशेष रूपांतरण कारक के माध्यम से जूल से प्राप्त इकाइयों में मापा जाता है।
तापमान इकाइयाँ
आज इस पैरामीटर को प्रदर्शित करने के लिए तीन बुनियादी इकाइयों का उपयोग किया जाता है। हमारे देश में तापमान आमतौर पर डिग्री सेल्सियस में मापा जाता है। माप की यह इकाई पानी के हिमांक - एक निरपेक्ष मान पर आधारित है। वह शुरुआती बिंदु है। यानी जिस पानी पर बर्फ बनना शुरू होती है उसका तापमान शून्य होता है। इस मामले में, पानी एक अनुकरणीय उपाय के रूप में कार्य करता है। यह कन्वेंशन सुविधा के लिए अपनाया गया है। दूसरा निरपेक्ष मान भाप का तापमान है, यानी वह क्षण जब पानी एक तरल अवस्था से गैसीय अवस्था में बदल जाता है।
अगली इकाई केल्विन है। इस प्रणाली के संदर्भ बिंदु को निरपेक्ष शून्य का बिंदु माना जाता है। तो, एक डिग्री केल्विन एक डिग्री सेल्सियस के बराबर है। अंतर केवल उलटी गिनती की शुरुआत है। हम पाते हैं कि केल्विन में शून्य शून्य से 273.16 डिग्री सेल्सियस नीचे के बराबर होगा। 1954 में, वजन और माप पर सामान्य सम्मेलन में, तापमान की इकाई के लिए "डिग्री केल्विन" शब्द को "केल्विन" से बदलने का निर्णय लिया गया।
माप की तीसरी सामान्य इकाई फारेनहाइट है। 1960 तक, वे सभी अंग्रेजी बोलने वाले देशों में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते थे। हालांकि, आज संयुक्त राज्य अमेरिका में रोजमर्रा की जिंदगी में इस इकाई का उपयोग करें। प्रणाली मूल रूप से ऊपर वर्णित लोगों से अलग है। प्रारंभिक बिंदु के रूप में लिया गयानमक, अमोनिया और पानी के मिश्रण का हिमांक 1:1:1 के अनुपात में होता है। तो, फ़ारेनहाइट पैमाने पर, पानी का हिमांक प्लस 32 डिग्री है, और क्वथनांक प्लस 212 डिग्री है। इस प्रणाली में, एक डिग्री इन तापमानों के बीच के अंतर के 1/180 के बराबर होती है। तो, 0 से +100 डिग्री फ़ारेनहाइट की सीमा -18 से +38 सेल्सियस की सीमा से मेल खाती है।
पूर्ण शून्य तापमान
आइए समझते हैं इस पैरामीटर का क्या मतलब है। निरपेक्ष शून्य वह सीमित तापमान है जिस पर एक निश्चित आयतन पर एक आदर्श गैस का दबाव गायब हो जाता है। यह प्रकृति में सबसे कम मूल्य है। जैसा कि मिखाइलो लोमोनोसोव ने भविष्यवाणी की थी, "यह ठंड की सबसे बड़ी या आखिरी डिग्री है।" अवोगाद्रो का रासायनिक नियम इस प्रकार है: समान तापमान और दबाव पर समान मात्रा में गैसों में अणुओं की संख्या समान होती है। इससे क्या होता है? गैस का न्यूनतम तापमान होता है जिस पर उसका दबाव या आयतन गायब हो जाता है। यह निरपेक्ष मान शून्य केल्विन या 273 डिग्री सेल्सियस से मेल खाता है।
सौर मंडल के बारे में कुछ रोचक तथ्य
सूर्य की सतह पर तापमान 5700 केल्विन तक पहुंच जाता है, और कोर के केंद्र में - 15 मिलियन केल्विन। सौरमंडल के ग्रह ताप के स्तर की दृष्टि से एक दूसरे से बहुत भिन्न हैं। तो, हमारी पृथ्वी के कोर का तापमान लगभग उतना ही है जितना कि सूर्य की सतह पर। बृहस्पति को सबसे गर्म ग्रह माना जाता है। इसके केंद्र के केंद्र का तापमान सूर्य की सतह की तुलना में पांच गुना अधिक है। और यहाँ पैरामीटर का निम्नतम मान हैचंद्रमा की सतह पर दर्ज - यह केवल 30 केल्विन था। यह मान प्लूटो की सतह से भी कम है।
पृथ्वी के तथ्य
1. एक व्यक्ति द्वारा दर्ज किया गया उच्चतम तापमान 4 अरब डिग्री सेल्सियस था। यह मान सूर्य के क्रोड के तापमान से 250 गुना अधिक है। न्यू यॉर्क ब्रुकहेवन नेचुरल लेबोरेटरी द्वारा आयन कोलाइडर में रिकॉर्ड स्थापित किया गया था, जो लगभग 4 किलोमीटर लंबा है।
2. हमारे ग्रह पर तापमान भी हमेशा आदर्श और आरामदायक नहीं होता है। उदाहरण के लिए, याकूतिया के वेरखनोयांस्क शहर में, सर्दियों में तापमान शून्य से 45 डिग्री सेल्सियस नीचे चला जाता है। लेकिन इथियोपिया के शहर दलोल में स्थिति उलट है। वहाँ, औसत वार्षिक तापमान प्लस 34 डिग्री है।
3. दक्षिण अफ्रीका में सोने की खदानों में लोगों के काम करने की सबसे चरम स्थिति दर्ज की गई है। खनिक तीन किलोमीटर की गहराई पर 65 डिग्री सेल्सियस से अधिक के तापमान पर काम करते हैं।
