भौतिकी में, "गर्मी" की अवधारणा विभिन्न निकायों के बीच तापीय ऊर्जा के हस्तांतरण से जुड़ी है। इन प्रक्रियाओं के कारण, पिंडों का गर्म होना और ठंडा होना, साथ ही साथ उनके एकत्रीकरण की अवस्था में भी बदलाव होता है। आइए अधिक विस्तार से विचार करें कि गर्मी क्या है।
अवधारणा अवधारणा
गर्मी क्या है? प्रत्येक व्यक्ति इस प्रश्न का उत्तर रोज़मर्रा के दृष्टिकोण से दे सकता है, जिसका अर्थ है कि अवधारणा के तहत परिवेश का तापमान बढ़ने पर उसकी संवेदनाएँ होती हैं। भौतिकी में, इस घटना को शरीर बनाने वाले अणुओं और परमाणुओं की अराजक गति की तीव्रता में परिवर्तन से जुड़ी ऊर्जा हस्तांतरण की प्रक्रिया के रूप में समझा जाता है।
सामान्य तौर पर, हम कह सकते हैं कि शरीर का तापमान जितना अधिक होता है, उतनी ही अधिक आंतरिक ऊर्जा उसमें संग्रहित होती है, और उतनी ही अधिक ऊष्मा अन्य वस्तुओं को दे सकती है।
गर्मी और तापमान
गर्मी क्या है इस सवाल का जवाब जानने के बाद, कई लोग सोच सकते हैं कि यह अवधारणा "तापमान" की अवधारणा के समान है, लेकिन ऐसा नहीं है। ऊष्मा गतिज ऊर्जा है, तापमान इसका एक माप हैऊर्जा। तो, गर्मी हस्तांतरण की प्रक्रिया पदार्थ के द्रव्यमान पर, इसे बनाने वाले कणों की संख्या पर, साथ ही इन कणों के प्रकार और उनके आंदोलन की औसत गति पर निर्भर करती है। बदले में, तापमान केवल सूचीबद्ध मापदंडों में से अंतिम पर निर्भर करता है।
यदि आप एक साधारण प्रयोग करते हैं तो गर्मी और तापमान के बीच के अंतर को समझना आसान है: आपको दो बर्तनों में पानी डालना होगा ताकि एक बर्तन भरा हो और दूसरा केवल आधा भरा हो। दोनों बर्तनों को आग पर रखकर देखा जा सकता है कि जिस बर्तन में पानी कम है वह पहले उबलने लगता है। दूसरे बर्तन को उबलने के लिए आग से कुछ और गर्मी की आवश्यकता होगी। जब दोनों बर्तन उबल रहे हों, तो आप उनका तापमान माप सकते हैं, यह समान होगा (100 oC), लेकिन पानी को उबालने के लिए एक पूर्ण बर्तन में अधिक गर्मी की आवश्यकता होती है।
हीट यूनिट
भौतिकी में ऊष्मा की परिभाषा के अनुसार, यह अनुमान लगाया जा सकता है कि इसे ऊर्जा या कार्य के समान इकाइयों में मापा जाता है, अर्थात जूल (J) में। गर्मी की मुख्य इकाई के अलावा, रोजमर्रा की जिंदगी में आप अक्सर कैलोरी (केकेसी) के बारे में सुन सकते हैं। इस अवधारणा को गर्मी की मात्रा के रूप में समझा जाता है जिसे एक ग्राम पानी में स्थानांतरित करने की आवश्यकता होती है ताकि इसका तापमान 1 केल्विन (के) बढ़ जाए। एक कैलोरी 4.184 J के बराबर होती है। आप बड़ी और छोटी कैलोरी के बारे में भी सुन सकते हैं, जो क्रमशः 1 किलो कैलोरी और 1 कैलोरी होती हैं।
ताप क्षमता की अवधारणा
ऊष्मा क्या है, यह जानते हुए, आइए एक भौतिक मात्रा पर विचार करें जो सीधे तौर पर इसकी विशेषता बताती है - ऊष्मा क्षमता। इस अवधारणा के तहत,भौतिकी का अर्थ है ऊष्मा की वह मात्रा जो किसी पिंड के तापमान में 1 केल्विन (K) बदलने के लिए दी जानी चाहिए या ली जानी चाहिए।
किसी विशेष पिंड की ताप क्षमता 2 मुख्य कारकों पर निर्भर करती है:
- रासायनिक संरचना और एकत्रीकरण की स्थिति पर जिसमें शरीर प्रस्तुत किया जाता है;
- उसके द्रव्यमान का।
इस विशेषता को किसी वस्तु के द्रव्यमान से स्वतंत्र बनाने के लिए, ऊष्मा के भौतिकी में एक और मात्रा पेश की गई - विशिष्ट ऊष्मा क्षमता, जो किसी दिए गए पिंड द्वारा प्रति 1 किलोग्राम ऊष्मा की मात्रा को हस्तांतरित या ली गई ऊष्मा की मात्रा निर्धारित करती है। इसका द्रव्यमान जब तापमान 1 K.
से बदलता है
विभिन्न पदार्थों के लिए विशिष्ट ताप क्षमता में अंतर स्पष्ट रूप से दिखाने के लिए, उदाहरण के लिए, 1 ग्राम पानी, 1 ग्राम लोहा और 1 ग्राम सूरजमुखी तेल लें और उन्हें गर्म करें। लोहे के नमूने के लिए तापमान सबसे तेजी से बदलेगा, फिर तेल की बूंद के लिए, और पानी के लिए अंतिम।
ध्यान दें कि विशिष्ट ऊष्मा क्षमता न केवल पदार्थ की रासायनिक संरचना पर निर्भर करती है, बल्कि इसके एकत्रीकरण की स्थिति पर भी निर्भर करती है, साथ ही बाहरी भौतिक स्थितियों पर भी निर्भर करती है जिसके तहत इसे माना जाता है (निरंतर दबाव या स्थिर आयतन).
गर्मी हस्तांतरण प्रक्रिया का मुख्य समीकरण
गर्मी क्या है, इस सवाल से निपटने के बाद, किसी को मुख्य गणितीय अभिव्यक्ति देनी चाहिए जो किसी भी स्थिति में किसी भी निकाय के लिए इसके हस्तांतरण की प्रक्रिया की विशेषता है। इस अभिव्यक्ति का रूप है: क्यू=सीएमΔT, जहां क्यू स्थानांतरित (प्राप्त) गर्मी की मात्रा है, सी प्रश्न में वस्तु की विशिष्ट गर्मी है, एम -इसका द्रव्यमान, T पूर्ण तापमान में परिवर्तन है, जिसे अंत में और गर्मी हस्तांतरण प्रक्रिया की शुरुआत में शरीर के तापमान में अंतर के रूप में परिभाषित किया जाता है।
यह समझना महत्वपूर्ण है कि उपरोक्त सूत्र हमेशा मान्य होगा, जब विचाराधीन प्रक्रिया के दौरान, वस्तु अपनी एकत्रीकरण की स्थिति को बनाए रखती है, अर्थात यह तरल, ठोस या गैस बनी रहती है। अन्यथा, समीकरण का उपयोग नहीं किया जा सकता।
पदार्थ के एकत्रीकरण की स्थिति में परिवर्तन
जैसा कि आप जानते हैं, 3 मुख्य समुच्चय अवस्थाएँ हैं जिनमें पदार्थ हो सकता है:
- गैस;
- तरल;
- ठोस शरीर।
एक अवस्था से दूसरी अवस्था में संक्रमण होने के लिए, शरीर को इसकी सूचना देना या गर्मी को दूर करना आवश्यक है। भौतिकी में ऐसी प्रक्रियाओं के लिए, पिघलने (क्रिस्टलीकरण) और उबलने (संघनन) के विशिष्ट तापों की अवधारणाओं को पेश किया गया था। ये सभी मात्राएं एकत्रीकरण की स्थिति को बदलने के लिए आवश्यक गर्मी की मात्रा निर्धारित करती हैं, जो शरीर के वजन के 1 किलो को छोड़ती या अवशोषित करती है। इन प्रक्रियाओं के लिए, समीकरण मान्य है: Q=Lm, जहाँ L पदार्थ की अवस्थाओं के बीच संबंधित संक्रमण की विशिष्ट ऊष्मा है।
एकत्रीकरण की स्थिति को बदलने की प्रक्रियाओं की मुख्य विशेषताएं नीचे दी गई हैं:
- ये प्रक्रियाएं स्थिर तापमान पर होती हैं, जैसे उबलना या पिघलना।
- वे प्रतिवर्ती हैं। उदाहरण के लिए, किसी दिए गए शरीर को पिघलने के लिए अवशोषित गर्मी की मात्रा उस गर्मी की मात्रा के बराबर होगी जो पर्यावरण में जारी की जाएगी यदि यह शरीर फिर से गुजरता हैएक ठोस अवस्था में।
थर्मल संतुलन
यह "गर्मी" की अवधारणा से संबंधित एक और महत्वपूर्ण मुद्दा है जिस पर विचार करने की आवश्यकता है। यदि अलग-अलग तापमान वाले दो निकायों को संपर्क में लाया जाता है, तो कुछ समय बाद पूरे सिस्टम में तापमान समान हो जाएगा और समान हो जाएगा। थर्मल संतुलन प्राप्त करने के लिए, उच्च तापमान वाले शरीर को सिस्टम को गर्मी देना चाहिए, और कम तापमान वाले शरीर को इस गर्मी को स्वीकार करना चाहिए। इस प्रक्रिया का वर्णन करने वाले ऊष्मा भौतिकी के नियमों को मुख्य ऊष्मा अंतरण समीकरण और उस समीकरण के संयोजन के रूप में व्यक्त किया जा सकता है जो पदार्थ की समग्र अवस्था (यदि कोई हो) में परिवर्तन को निर्धारित करता है।
थर्मल संतुलन की सहज स्थापना की प्रक्रिया का एक आकर्षक उदाहरण एक लाल-गर्म लोहे की पट्टी है जिसे पानी में फेंक दिया जाता है। इस मामले में, गर्म लोहा पानी को तब तक गर्मी देगा जब तक कि उसका तापमान तरल के तापमान के बराबर न हो जाए।
गर्मी हस्तांतरण के बुनियादी तरीके
मनुष्य को ज्ञात सभी प्रक्रियाएं जो तापीय ऊर्जा के आदान-प्रदान के साथ होती हैं, तीन अलग-अलग तरीकों से होती हैं:
- तापीय चालकता। इस तरह से हीट एक्सचेंज होने के लिए अलग-अलग तापमान वाले दो निकायों के बीच संपर्क आवश्यक है। स्थानीय आणविक स्तर पर संपर्क क्षेत्र में, गतिज ऊर्जा को गर्म शरीर से ठंडे शरीर में स्थानांतरित किया जाता है। इस गर्मी हस्तांतरण की दर गर्मी के संचालन में शामिल निकायों की क्षमता पर निर्भर करती है। तापीय चालकता का एक उल्लेखनीय उदाहरण हैमानव एक धातु की छड़ को छू रहा है।
- संवहन। इस प्रक्रिया में पदार्थ की गति की आवश्यकता होती है, इसलिए यह केवल तरल पदार्थ और गैसों में देखा जाता है। संवहन का सार इस प्रकार है: जब गैस या तरल परतों को गर्म किया जाता है, तो उनका घनत्व कम हो जाता है, इसलिए वे ऊपर की ओर बढ़ते हैं। तरल या गैस की मात्रा में वृद्धि के दौरान, वे गर्मी स्थानांतरित करते हैं। संवहन का एक उदाहरण केतली में पानी उबालने की प्रक्रिया है।
- विकिरण। गर्मी हस्तांतरण की यह प्रक्रिया एक गर्म शरीर द्वारा विभिन्न आवृत्तियों के विद्युत चुम्बकीय विकिरण के उत्सर्जन के कारण होती है। सूर्य का प्रकाश विकिरण का एक प्रमुख उदाहरण है।
