विशिष्ट गर्मी: इसमें क्या होता है, इसकी गणना कैसे की जाती है और उदाहरण - रसायन विज्ञान - 2025

विशिष्ट ऊष्मा ऊर्जा की मात्रा उसके तापमान को बढ़ाने के लिए एक पदार्थ की एक ग्राम अवशोषित किया जा रहा है द्वारा एक डिग्री सेल्सियस। यह एक गहन भौतिक संपत्ति है, क्योंकि यह द्रव्यमान पर निर्भर नहीं करता है क्योंकि यह केवल एक ग्राम पदार्थ के लिए व्यक्त किया जाता है; हालांकि, यह कणों की संख्या और उनके दाढ़ द्रव्यमान से संबंधित है, साथ ही साथ उन्हें बाँधने वाली अंतर-आणविक बल भी है।

पदार्थ द्वारा अवशोषित ऊर्जा की मात्रा जूल (जे) की इकाइयों में व्यक्त की जाती है, और कम सामान्यतः कैलोरी (कैल) में। आमतौर पर, यह माना जाता है कि ऊर्जा गर्मी के माध्यम से अवशोषित होती है; हालाँकि, ऊर्जा किसी अन्य स्रोत से आ सकती है, जैसे कि पदार्थ पर किया गया कार्य (कठोर सरगर्मी, उदाहरण के लिए)।

उबलता पानी। स्रोत: पिक्साबे

ऊपर की छवि एक केतली दिखाती है जिसमें से इसके हीटिंग द्वारा उत्पन्न पानी के वाष्प जारी किए जाते हैं। पानी को गर्म करने के लिए, केतली के नीचे स्थित लौ से गर्मी को अवशोषित करना चाहिए। इस प्रकार, जैसे-जैसे समय बीतता है, और आग की तीव्रता पर निर्भर करता है, पानी उबलते बिंदु तक पहुंच जाएगा।

विशिष्ट गर्मी यह स्थापित करती है कि प्रत्येक डिग्री itsC के लिए कितना ऊर्जा पानी की खपत होती है कि उसका तापमान बढ़ जाता है। यह मूल्य स्थिर है यदि एक ही केतली में पानी के विभिन्न संस्करणों को गर्म किया जाता है, क्योंकि शुरुआत में कहा गया था, यह एक गहन संपत्ति है।

क्या भिन्न होता है गर्म पानी के प्रत्येक द्रव्यमान द्वारा अवशोषित ऊर्जा की कुल मात्रा, जिसे ताप क्षमता के रूप में भी जाना जाता है। गर्म होने के लिए पानी का द्रव्यमान जितना बड़ा (2, 4, 10, 20 लीटर), उसकी ताप क्षमता उतनी ही अधिक होगी; लेकिन इसकी विशिष्ट गर्मी समान रहती है।

यह संपत्ति दबाव, तापमान और मात्रा पर निर्भर करती है; हालांकि, सरल समझ के लिए, उनके अनुरूप बदलाव छोड़ दिए जाते हैं।

विशिष्ट ऊष्मा क्या है?

किसी दिए गए पदार्थ के लिए विशिष्ट गर्मी का क्या अर्थ है। हालांकि, इसका सही अर्थ इसके सूत्र के साथ बेहतर रूप से व्यक्त किया गया है, जो इसकी इकाइयों के माध्यम से स्पष्ट करता है जो कि यह स्पष्टता है कि इसमें वे चर शामिल हैं, जिन पर यह निर्भर करता है। इसका सूत्र है:

सीई = क्यू / =T मी

जहां Q अवशोषित गर्मी है, ΔT तापमान में परिवर्तन, और m पदार्थ का द्रव्यमान है; कि परिभाषा के अनुसार एक ग्राम से मेल खाती है। हमारे पास इसकी इकाइयों का विश्लेषण करना:

Ce = J / =C · g

जिसे निम्नलिखित तरीकों से भी व्यक्त किया जा सकता है:

सीई = केजे / के जी

Ce = J / =C · Kg

उनमें से पहला सबसे सरल है, और यह वह है जिसके साथ निम्नलिखित वर्गों में उदाहरणों का संपर्क किया जाएगा।

सूत्र स्पष्ट रूप से एक डिग्री.C में पदार्थ के एक ग्राम द्वारा अवशोषित (J) ऊर्जा की मात्रा को इंगित करता है। यदि हम ऊर्जा की इस राशि को खाली करना चाहते हैं, तो हमें समीकरण J को एक तरफ छोड़ना होगा:

J = Ce · ·C · g

यह अधिक उपयुक्त तरीके से व्यक्त किया गया और चर के अनुसार होगा:

क्यू = सीई =T एम

विशिष्ट गर्मी की गणना कैसे की जाती है?

एक संदर्भ के रूप में पानी

उपरोक्त सूत्र में 'm' पदार्थ के एक ग्राम का प्रतिनिधित्व नहीं करता है, क्योंकि यह पहले से ही अंतर्निहित रूप से Ce में पाया जाता है। यह सूत्र कैलोरीमीटर के माध्यम से विभिन्न पदार्थों के विशिष्ट हीट की गणना के लिए बहुत उपयोगी है।

कैसे? कैलोरी की परिभाषा का उपयोग करना, जो 14.5 से 15.5ºC तक पानी की एक ग्राम को गर्म करने के लिए आवश्यक ऊर्जा की मात्रा है; यह 4,184 J के बराबर है।

पानी की विशिष्ट गर्मी असामान्य रूप से अधिक है, और इस संपत्ति का उपयोग 4.14% जे के मूल्य को जानने वाले अन्य पदार्थों के विशिष्ट हीट को मापने के लिए किया जाता है।

विशिष्ट ऊष्मा के उच्च होने का क्या अर्थ है? यह अपने तापमान को बढ़ाने के लिए काफी प्रतिरोध प्रदान करता है, इसलिए इसे अधिक ऊर्जा को अवशोषित करना चाहिए; अर्थात्, पानी को अन्य पदार्थों की तुलना में अधिक समय तक गर्म करने की आवश्यकता होती है, जो एक ऊष्मा स्रोत के आसपास के क्षेत्र में लगभग तुरंत गर्म हो जाता है।

इस कारण से, पानी का उपयोग कैलोरीमीटर माप में किया जाता है, क्योंकि यह रासायनिक प्रतिक्रियाओं से जारी ऊर्जा को अवशोषित करते समय तापमान में अचानक परिवर्तन का अनुभव नहीं करता है; या, इस मामले के लिए, किसी अन्य गर्म सामग्री के संपर्क से।

थर्मल संतुलन

चूंकि पानी को अपने तापमान को बढ़ाने के लिए बहुत अधिक गर्मी को अवशोषित करने की आवश्यकता होती है, उदाहरण के लिए, गर्मी एक गर्म धातु से आ सकती है। पानी और धातु के द्रव्यमान को ध्यान में रखते हुए, जब तक थर्मल संतुलन नहीं कहा जाता है, तब तक उनके बीच एक हीट एक्सचेंज होगा।

जब ऐसा होता है, तो पानी और धातु का तापमान बराबर हो जाता है। गर्म धातु द्वारा दिया गया ताप, पानी द्वारा अवशोषित के बराबर है।

गणितीय विकास

यह जानते हुए, और Q के लिए अंतिम सूत्र के साथ, हमारे पास वर्णित है:

क्यू _पानी = -Q _धातु

नकारात्मक संकेत इंगित करता है कि गर्म शरीर (धातु) से कूलर शरीर (पानी) तक जारी किया जाता है। प्रत्येक पदार्थ की अपनी विशिष्ट ऊष्मा सी होती है, और उसका द्रव्यमान, इसलिए इस अभिव्यक्ति को निम्नानुसार विकसित किया जाना चाहिए:

Q _पानी = Ce _पानी · ·T _पानी · m _पानी = - (Ce _धातु · CeT _धातु · m _धातु)

अज्ञात सी _{धातु है}, क्योंकि थर्मल संतुलन में पानी और धातु दोनों के लिए अंतिम तापमान समान है; इसके अलावा, पानी और धातु के प्रारंभिक तापमान संपर्क करने से पहले और साथ ही साथ उनके द्रव्यमान के रूप में जाने जाते हैं। इसलिए, सी _धातु को साफ किया जाना चाहिए:

Ce _Metal = (Ce _Water · · T _Water · m _Water) / (-MetalT _धातु · m _धातु)

यह भूलकर कि Ce _Water 4.184 J / gC · g है। यदि weT _वाटर और MetalT _मेटल विकसित होते हैं, तो हमारे पास क्रमशः (T _f - T _वाटर) और (T _f - T _Metal) होंगे। पानी ठंडा होता है, जबकि धातु ठंडा होता है, और यही कारण है कि नकारात्मक संकेत MetalT _{धातु को} कई गुना बढ़ा देता है , (टी _धातु - टी _एफ)। अन्यथा, isT _{धातु का} नकारात्मक मान होगा क्योंकि यह T _{धातु की} तुलना में T _f छोटा (ठंडा) है ।

तब समीकरण को इस तरह से व्यक्त किया जाता है:

Ce _Metal = Ce _Water · (T _f - T _Water) · m _Water / (T _Metal - T _f) · m _धातु

और इसके साथ विशिष्ट हीट्स की गणना की जाती है।

गणना उदाहरण

एक अजीब धातु का एक गोला होता है जिसका वजन 130g होता है, और इसका तापमान 90.C होता है। यह एक कैलोरीमीटर के अंदर 25,C पर 100g कंटेनर पानी में डूब जाता है। थर्मल संतुलन पर पहुंचने पर, कंटेनर का तापमान 40 ° C हो जाता है। धातु की सीमा की गणना करें।

अंतिम तापमान, टी _एफ, 40 डिग्री सेल्सियस है। अन्य आंकड़ों को जानने के बाद, CE को सीधे निर्धारित किया जा सकता है:

Ce _Metal = (4,184 J / =C · g · (40 - 25) (C · 100g) / (90 - 40) ·C · 130g

Ce _Metal = 0.965 J / ·C · g

ध्यान दें कि पानी की विशिष्ट गर्मी धातु के लगभग चार गुना (4.184 / 0.965) है।

जब Ce बहुत छोटा होता है, तो उसके गर्म होने की प्रवृत्ति अधिक होती है; जो इसकी तापीय चालकता और प्रसार से संबंधित है। एक उच्च सीई के साथ एक धातु कम गर्मी के साथ एक अन्य धातु की तुलना में, किसी अन्य सामग्री के संपर्क में आने पर अधिक गर्मी छोड़ना या खोना होगा।

उदाहरण

विभिन्न पदार्थों के लिए विशिष्ट हीट नीचे दिखाए गए हैं।

पानी

पानी की विशिष्ट गर्मी, जैसा कि कहा गया है, 4.184 J / ° C · g है।

इस मूल्य के लिए धन्यवाद, यह समुद्र में बहुत अधिक सूरज प्राप्त कर सकता है और पानी शायद ही एक प्रशंसनीय डिग्री तक वाष्पित हो जाएगा। इससे थर्मल अंतर होता है जो समुद्री जीवन को प्रभावित नहीं करता है। उदाहरण के लिए, जब आप तैरने के लिए समुद्र तट पर जाते हैं, भले ही वह बाहर धूप हो, पानी एक कम, ठंडा तापमान महसूस करता है।

गर्म पानी को भी खुद को ठंडा करने के लिए बहुत सारी ऊर्जा जारी करने की आवश्यकता होती है। इस प्रक्रिया में, यह सर्द हवा के द्रव्यमान को गर्म करता है, जो शीतोष्ण क्षेत्रों के दौरान कुछ हद तक तापमान (शीतोष्ण) बढ़ाता है।

एक और दिलचस्प उदाहरण यह है कि अगर हम पानी से नहीं बने होते, तो धूप में एक दिन जानलेवा हो सकता है, क्योंकि हमारे शरीर का तापमान तेजी से बढ़ेगा।

सीम का यह अनूठा मूल्य इंटरमॉलिक्युलर हाइड्रोजन बॉन्ड के कारण है। ये टूटने के लिए ऊष्मा को अवशोषित करते हैं, इसलिए वे ऊर्जा का भंडारण करते हैं। जब तक वे टूट नहीं जाते हैं, तब तक पानी के अणु औसत गतिज ऊर्जा में वृद्धि करने में सक्षम नहीं होंगे, जो तापमान में वृद्धि में परिलक्षित होता है।

बर्फ

बर्फ की विशिष्ट गर्मी 2,090 J / gC · g है। पानी की तरह, इसका असामान्य रूप से उच्च मूल्य है। इसका मतलब है कि एक हिमशैल, उदाहरण के लिए, अपने तापमान को बढ़ाने के लिए भारी मात्रा में गर्मी को अवशोषित करने की आवश्यकता होगी। हालाँकि, कुछ हिमखंडों ने आज भी पिघलने के लिए आवश्यक ऊष्मा को अवशोषित कर लिया है (संलयन के अव्यक्त ताप)।

अल्युमीनियम

एल्यूमीनियम की विशिष्ट गर्मी 0.900 J / gC · g है। यह गोले में धातु की तुलना में थोड़ा कम है (0.965 J / gC · g)। यहां गर्मी को उनके क्रिस्टलीय संरचनाओं में एल्यूमीनियम के धातु परमाणुओं को कंपन करने के लिए अवशोषित किया जाता है, और न कि व्यक्तिगत अणुओं को एक साथ अंतर-आणविक बलों द्वारा आयोजित किया जाता है।

लोहा

लोहे का विशिष्ट ताप 0.444 J / gC · g है। एल्यूमीनियम से कम होने का मतलब है कि यह गर्म होने पर कम प्रतिरोध प्रदान करता है; अर्थात्, आग से पहले लोहे का एक टुकड़ा एल्यूमीनियम के टुकड़े की तुलना में बहुत पहले लाल गर्म हो जाएगा।

एल्युमीनियम हीटिंग के प्रति अधिक प्रतिरोधी होने के कारण, भोजन को अधिक समय तक गर्म रखता है जब स्नैक्स को लपेटने के लिए प्रसिद्ध एल्यूमीनियम पन्नी का उपयोग किया जाता है।

वायु

हवा की विशिष्ट गर्मी लगभग 1.003 J / gC · g है। यह मान अत्यधिक दबाव और तापमान के अधीन है क्योंकि इसमें गैसीय मिश्रण होता है। यहाँ गर्मी नाइट्रोजन, ऑक्सीजन, कार्बन डाइऑक्साइड, आर्गन, आदि के अणुओं को कंपन करने के लिए अवशोषित होती है।

चांदी

अंत में, चांदी के लिए विशिष्ट गर्मी 0.234 J / gC · g है। उल्लेख किए गए सभी पदार्थों में से, इसका सबसे कम सीई मूल्य है। इसका मतलब है कि जब लोहे और एल्यूमीनियम का सामना करना पड़ता है, तो चांदी का एक टुकड़ा उसी समय अन्य दो धातुओं की तुलना में बहुत अधिक गर्मी करेगा। वास्तव में, यह इसकी उच्च तापीय चालकता के साथ सामंजस्य करता है।

संदर्भ

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