संवेदनशील गर्मी: अवधारणा, सूत्र और हल किए गए अभ्यास - शारीरिक - 2025

समझदार गर्मी तापीय ऊर्जा वृद्धि करने के लिए अपने तापमान से एक वस्तु की आपूर्ति की है। यह अव्यक्त ऊष्मा के विपरीत है, जिसमें तापीय ऊर्जा तापमान में वृद्धि नहीं करती है, लेकिन एक चरण परिवर्तन को बढ़ावा देती है, उदाहरण के लिए ठोस से तरल तक।

एक उदाहरण अवधारणा को स्पष्ट करता है। मान लीजिए कि हमारे पास 20 डिग्री सेल्सियस के कमरे के तापमान पर पानी का एक बर्तन है। जब हम इसे स्टोव पर रखते हैं, तो आपूर्ति की गई गर्मी पानी का तापमान धीरे-धीरे बढ़ाती है जब तक कि यह 100 डिग्री सेल्सियस (समुद्र के स्तर पर पानी का उबलता हुआ तापमान) तक नहीं पहुंच जाता। आपूर्ति की गई गर्मी को समझदार गर्मी कहा जाता है।

हाथों को गर्म करने वाली गर्मी समझदार गर्मी है। स्रोत: पिक्साबे

एक बार जब पानी उबलते बिंदु तक पहुंच जाता है, तो बर्नर द्वारा आपूर्ति की जाने वाली गर्मी अब पानी का तापमान नहीं बढ़ाती है, जो 100 डिग्री सेल्सियस पर रहता है। इस मामले में आपूर्ति की गई तापीय ऊर्जा को पानी को वाष्पित करने में निवेश किया जाता है। आपूर्ति की गई गर्मी अव्यक्त है, क्योंकि इसने तापमान को नहीं बढ़ाया, बल्कि तरल चरण से गैस चरण में बदलाव का कारण बना।

यह एक प्रायोगिक तथ्य है कि तापमान में एक निश्चित भिन्नता प्राप्त करने के लिए आवश्यक समझदार ऊष्मा उस भिन्नता और वस्तु के द्रव्यमान के सीधे आनुपातिक होती है।

संकल्पना और सूत्र

यह देखा गया है कि द्रव्यमान और तापमान अंतर के अलावा, समझदार गर्मी भी सामग्री पर निर्भर करती है। इस कारण से, समझदार गर्मी और द्रव्यमान और तापमान अंतर के उत्पाद के बीच आनुपातिकता के निरंतरता को विशिष्ट गर्मी कहा जाता है।

आपूर्ति की गई समझदार गर्मी की मात्रा इस बात पर भी निर्भर करती है कि प्रक्रिया कैसे की जाती है। उदाहरण के लिए, यह अलग है अगर प्रक्रिया निरंतर दबाव की तुलना में निरंतर मात्रा में की जाती है।

एक आइसोबैरिक प्रक्रिया में समझदार गर्मी का सूत्र, जो निरंतर दबाव पर कहना है, निम्नलिखित है:

क्यू = सी.पी. m (T f - T i)

उपरोक्त समीकरण में Q, द्रव्यमान m की वस्तु को आपूर्ति की गई समझदार ऊष्मा है, जिसने इसके प्रारंभिक तापमान T _i को अंतिम मान Tf तक बढ़ा दिया है । पिछले समीकरण में भी cp दिखाई देता है, जो निरंतर दबाव पर सामग्री की विशिष्ट गर्मी है क्योंकि इस तरह से प्रक्रिया को अंजाम दिया गया है।

ध्यान दें कि समझदार ऊष्मा धनात्मक होती है जब वह वस्तु द्वारा सोख ली जाती है और तापमान में वृद्धि का कारण बनती है।

इस मामले में कि एक कठोर कंटेनर में संलग्न गैस को गर्मी की आपूर्ति की जाती है, प्रक्रिया इसोचोरिक होगी, अर्थात स्थिर मात्रा में; और समझदार ऊष्मा का सूत्र इस तरह लिखा जाएगा:

क्यू = सी वी। म। (टी एफ - टी आई)

एडियाबेटिक गुणांक co

स्थिर दाब पर विशिष्ट ऊष्मा और एक ही पदार्थ या पदार्थ के लिए निरंतर आयतन पर विशिष्ट ऊष्मा के बीच भाग को एडिबैटिक गुणांक कहा जाता है, जिसे आमतौर पर ग्रीक अक्षर गामा specific द्वारा निरूपित किया जाता है।

ऐडियोबैटिक गुणांक एकता से अधिक है। एक ग्राम शरीर के तापमान को एक डिग्री तक बढ़ाने के लिए आवश्यक ऊष्मा एक समद्विबाहु की तुलना में एक आइसोबैरिक प्रक्रिया में अधिक होती है।

इसका कारण यह है कि पहले मामले में गर्मी का उपयोग यांत्रिक कार्यों को करने के लिए किया जाता है।

विशिष्ट गर्मी के अलावा, एक शरीर की गर्मी क्षमता को भी आमतौर पर परिभाषित किया जाता है। यह उस शरीर का तापमान एक डिग्री सेंटीग्रेड बढ़ाने के लिए आवश्यक गर्मी की मात्रा है।

ताप क्षमता C

हीट कैपिटल को कैपिटल C से दर्शाया जाता है, जबकि एक छोटे सी द्वारा विशिष्ट हीट। दोनों राशियों का संबंध है:

C = c⋅ m

जहां m शरीर का द्रव्यमान है।

मोलर विशिष्ट गर्मी का भी उपयोग किया जाता है, जिसे एक डिग्री सेल्सियस या केल्विन द्वारा एक पदार्थ के एक तापमान को बढ़ाने के लिए आवश्यक समझदार गर्मी की मात्रा के रूप में परिभाषित किया गया है।

ठोस पदार्थ, तरल पदार्थ और गैसों में विशिष्ट गर्मी

अधिकांश ठोस पदार्थों की मोलर विशिष्ट गर्मी का मान 3 गुना R के करीब होता है, जहां R सार्वभौमिक गैस स्थिरांक है। आर = 8.314472 जे / (मोल *)।

उदाहरण के लिए, एल्यूमीनियम में मोलर विशिष्ट ऊष्मा 24.2 J / (mol ℃), तांबा 24.5 J / (mol ℃), सोना 25.4 J / (mol ℃) और नरम लोहा 25.1 है। जे / (मोल ℃)। ध्यान दें कि ये मान 3R = 24.9 J / (mol ℃) के करीब हैं।

इसके विपरीत, अधिकांश गैसों के लिए दाढ़ की विशिष्ट ऊष्मा n (R / 2) के करीब होती है, जहाँ n एक पूर्णांक होता है और R सार्वभौमिक गैस स्थिरांक होता है। पूर्णांक n, गैस बनाने वाले अणु की स्वतंत्रता की डिग्री की संख्या से संबंधित है।

उदाहरण के लिए, एक मोनोअटोमिक आदर्श गैस में, जिसके अणु में केवल स्वतंत्रता के तीन अनुवादकीय डिग्री हैं, निरंतर मात्रा में दाढ़ की विशिष्ट गर्मी 3 (आर / 2) है। लेकिन अगर यह एक डायटोमिक आदर्श गैस है, तो इसके अतिरिक्त दो घूर्णी डिग्री हैं, इसलिए cv = 5 (R / 2)।

आदर्श गैसों में, दाब विशिष्ट ताप पर स्थिर दबाव और स्थिर आयतन के बीच निम्न संबंध है: cp = cv + R.

पानी एक विशेष उल्लेख के योग्य है। 25 ℃ पर एक तरल अवस्था में, पानी में cp = 4.1813 J / (g ℃), 100 डिग्री सेल्सियस पर जलवाष्प में cp = 2.080 J / (g ℃) और शून्य डिग्री सेल्सियस पर पानी की बर्फ cp है = 2,050 जे / (जी *)।

अव्यक्त गर्मी के साथ अंतर

द्रव्य तीन अवस्थाओं में हो सकता है: ठोस, तरल और गैस। राज्य को बदलने के लिए ऊर्जा की आवश्यकता होती है, लेकिन प्रत्येक पदार्थ अपनी आणविक और परमाणु विशेषताओं के अनुसार एक अलग तरीके से प्रतिक्रिया करता है।

जब एक ठोस पिघल रहा होता है या एक तरल वाष्पित हो रहा होता है, तब तक वस्तु का तापमान स्थिर रहता है जब तक कि सभी कणों ने अपनी स्थिति नहीं बदल ली।

इस कारण से, यह संभव है कि एक पदार्थ दो चरणों में संतुलन में है: उदाहरण के लिए ठोस - तरल या तरल - वाष्प। पदार्थ की एक मात्रा को थोड़ा गर्म जोड़कर या हटाकर एक राज्य से दूसरे राज्य में स्थानांतरित किया जा सकता है, जबकि तापमान स्थिर रहता है।

किसी सामग्री को आपूर्ति की जाने वाली ऊष्मा उसके कणों को तेजी से कंपन करती है और उनकी गतिज ऊर्जा को बढ़ाती है। इससे तापमान में वृद्धि होती है।

यह संभव है कि वे जो ऊर्जा प्राप्त करते हैं वह इतनी महान हो कि वे अब अपने संतुलन की स्थिति में वापस न आएं और उनके बीच अलगाव बढ़ जाए। जब ऐसा होता है तो तापमान नहीं बढ़ता है, लेकिन पदार्थ ठोस से तरल या तरल से गैस में चला जाता है।

ऐसा होने के लिए आवश्यक गर्मी को अव्यक्त गर्मी के रूप में जाना जाता है। इसलिए, अव्यक्त गर्मी वह गर्मी है जिसके द्वारा एक पदार्थ चरण बदल सकता है।

यहाँ समझदार गर्मी के साथ अंतर है। एक पदार्थ जो समझदार गर्मी को अवशोषित करता है वह अपना तापमान बढ़ाता है और उसी अवस्था में रहता है।

अव्यक्त गर्मी की गणना कैसे करें?

अव्यक्त ऊष्मा की गणना समीकरण द्वारा की जाती है:

जहाँ L वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा या संलयन की ऊष्मा हो सकती है। L की इकाइयाँ ऊर्जा / द्रव्यमान हैं।

वैज्ञानिकों ने गर्मी के कई नाम दिए हैं, जो प्रतिक्रिया के प्रकार पर निर्भर करता है जिसमें यह भाग लेता है। उदाहरण के लिए, प्रतिक्रिया की गर्मी, दहन की गर्मी, ठोसकरण की गर्मी, समाधान की गर्मी, उच्च बनाने की क्रिया की गर्मी, और कई अन्य हैं।

विभिन्न पदार्थों के लिए इन प्रकार की गर्मी के कई मान सारणीबद्ध हैं।

हल किया हुआ व्यायाम

उदाहरण 1

मान लीजिए कि एल्यूमीनियम का द्रव्यमान 3 किलोग्राम है। शुरू में यह 20 ° C पर होता है और आप इसका तापमान 100 ° C तक बढ़ाना चाहते हैं। आवश्यक समझदार गर्मी की गणना करें।

उपाय

सबसे पहले हमें एल्यूमीनियम की विशिष्ट गर्मी को जानना होगा

cp = 0.897 J / (g ° C)

फिर एल्यूमीनियम के टुकड़े को गर्म करने के लिए आवश्यक गर्मी की मात्रा होगी

Q = cpm (Tf - Ti) = 0.897 * 3000 * (100 - 20) J

क्यू = 215 280 जे

उदाहरण 2

समुद्र तल पर 25 डिग्री सेल्सियस से 100 डिग्री सेल्सियस तक 1 लीटर पानी गर्म करने के लिए आवश्यक गर्मी की मात्रा की गणना करें। परिणाम को किलोकलरीज में भी व्यक्त करें।

उपाय

याद रखने वाली पहली बात यह है कि 1 लीटर पानी का वजन 1 किलो है, यानी 1000 ग्राम।

Q = cpm (Tf - Ti) = 4.1813 J / (g ℃) * 1000 g * (100 ℃ - 25 ℃) = 313597.5 J

कैलोरी ऊर्जा की एक इकाई है जिसे पानी के एक ग्राम सेल्सियस से ऊपर उठाने के लिए आवश्यक समझदार गर्मी के रूप में परिभाषित किया गया है। इसलिए, 1 कैलोरी 4.1813 जूल के बराबर होता है।

Q = 313597.5 J * (1 cal / 4.1813 J) = 75000 cal = 75 kcal।

उदाहरण 3

एक 360.16 ग्राम सामग्री 37 ℃ से 140 ℃ तक गरम की जाती है। आपूर्ति की जाने वाली तापीय ऊर्जा 1150 कैलोरी है।

नमूना गरम करना। स्रोत: स्व बनाया

सामग्री की विशिष्ट गर्मी का पता लगाएं।

उपाय

हम विशिष्ट गर्मी को समझदार गर्मी, द्रव्यमान और तापमान भिन्नता के सूत्र के अनुसार लिख सकते हैं:

cp = Q / (m)T)

हमारे पास निम्नलिखित डेटा को प्रतिस्थापित करना:

cp = 1150 cal / (360.16 g * (140 ℃ - 37 ℃)) = 0.0310 cal / (g ℃)

लेकिन चूंकि एक कैलोरी 4.1813 जे के बराबर होता है, इसलिए परिणाम को भी व्यक्त किया जा सकता है

cp = 0.130 J / (g ℃)

संदर्भ

1. जियानकोली, डी। 2006. भौतिकी: आवेदन के साथ सिद्धांत। 6 ^ठ । एड। प्रेंटिस हॉल। 400 - 410।
2. किर्कपैट्रिक, एल। 2007. भौतिकी: दुनिया पर एक नज़र। 6 ^टा संपादन संक्षिप्त। सेनगेज लर्निंग। 156-164।
3. टिपन्स, पी। 2011. भौतिकी: अवधारणाओं और अनुप्रयोग। 7। संशोधित संस्करण। मैकग्रा हिल। 350 - 368।
4. रेक्स, ए। 2011. बुनियादी बातों के भौतिकी। पियर्सन। 309-332।
5. सियर्स, ज़ेमानस्की। 2016. आधुनिक भौतिकी के साथ विश्वविद्यालय भौतिकी। 14 ^वें । वॉल्यूम 1। 556-553।
6. सेरवे, आर।, वुल्ले, सी। 2011. बुनियादी बातों के भौतिकी। 9 ^ना सेंगेज लर्निंग। 362-374।