कैलोरीमेट्री - गर्मी दुनिया को हिलाती है और हमारे अस्तित्व के लिए भी आवश्यक है। इसका प्रमाण अग्नि है, इसके बिना हम न तो खा सकते हैं और न ही गर्म रख सकते हैं।
गर्मी, अन्य रूपों में, हमारे दैनिक जीवन के लिए अपरिहार्य है। उष्मामिति इन घटनाओं का अध्ययन करता है।
सूची
उष्मामिति यह उन परिघटनाओं का अध्ययन है जो तापीय ऊर्जा विनिमय से संबंधित हैं। ऊष्मीय ऊर्जा के इस पारगमन को ऊष्मा कहा जाता है और यह पिंडों के बीच तापमान के कारण होता है।
ऊष्मा एक पिंड से दूसरे पिंड में स्थानांतरित होने वाली ऊर्जा है, केवल अंतर पिंडों के बीच के तापमान का है। ऊष्मा के रूप में ऊर्जा का यह स्थानांतरण उच्चतम तापमान वाले शरीर से न्यूनतम तापमान वाले शरीर में होता है।
जब निकायों को बाहर से थर्मल रूप से इन्सुलेट किया जाता है, तो स्थानांतरण तब तक होता है जब तक कि निकायों के बराबर तापमान तक नहीं पहुंच जाता, यानी थर्मल संतुलन।
एक शरीर में आंतरिक ऊर्जा होती है न कि स्वयं ऊष्मा। इसलिए जब ऊर्जा का संचार हो रहा है, तभी गर्मी का अस्तित्व होगा।
ऊर्जा, जो ऊष्मा के रूप में होती है, शरीर के तापमान में परिवर्तन उत्पन्न करती है जिसे संवेदी ऊष्मा कहते हैं। जब शरीर की भौतिक अवस्था में परिवर्तन होता है, तो इस ऊर्जा को गुप्त ऊष्मा कहते हैं।
पारगमन में तापीय ऊर्जा का परिमाण ऊष्मा की मात्रा (Q) कहलाता है। अंतर्राष्ट्रीय प्रणाली (SI) के अनुसार ऊष्मा की मात्रा की इकाई जूल (j) है।
व्यवहार में कैलोरी (cal) नामक इकाई का भी प्रयोग किया जाता है। होना:
1 कैल = 4.1868 जे
विशिष्ट ऊष्मा (c) के मूल समीकरण के अनुपात का स्थिरांक होगी उष्मामिति. यह मान सीधे अध्ययन के लिए शरीर में मौजूद पदार्थ पर निर्भर करता है।
लोहे की विशिष्ट ऊष्मा 0.00 cal/gº C होती है। तरल पानी की विशिष्ट ऊष्मा 1 cal/gº C होती है।
ऊष्मीय क्षमता वह मात्रा है जिसमें शरीर के द्रव्यमान और पदार्थ की गणना की जाती है।
सी = एम.सी
यह कि
सी = थर्मल क्षमता (जे / डिग्री सेल्सियस या कैल / डिग्री सेल्सियस)
एम = द्रव्यमान (किलो या जी)
c = विशिष्ट ऊष्मा (J/kgº C या चूना/gº C)
एक पैन में कमरे के तापमान (20ºC) पर 1.5 किलो पानी रखा गया था। गर्म करने पर पानी का तापमान 85°C तक बढ़ जाता है। इस बात को ध्यान में रखते हुए कि विशिष्ट ऊष्मा 1 cal/gº C है।
इस तापमान तक पहुंचने के लिए पानी द्वारा प्राप्त गर्मी की मात्रा और पानी के उस हिस्से की तापीय क्षमता की गणना की जाती है। इस मामले को हल करने के लिए, हमें सभी मूल्यों को मौलिक समीकरण में बदलने की जरूरत है उष्मामिति.
एकता पर ध्यान देना बहुत जरूरी है। पानी का द्रव्यमान किलोग्राम में बताया गया है। चूंकि विशिष्ट ऊष्मा इकाई cal/gº C में होती है।
एक शरीर को प्राप्त या हस्तांतरित गर्मी की मात्रा की गणना करना संभव है जिसने अपनी भौतिक स्थिति बदल दी है।
जबकि यह शरीर इस ऊर्जा को प्राप्त कर रहा है, चरण बदल रहा है, इसका तापमान स्थिर है। यह गुप्त ऊष्मा निम्न सूत्र है:
क्यू = एम। ली
क्यू = गर्मी की मात्रा (जे या चूना)
एम = द्रव्यमान (किलो या जी)
एल = गुप्त गर्मी (जे/किलोग्राम या कैल/जी)
0°C पर 600 किग्रा बर्फ के टुकड़े को उस तापमान पर पानी में बदलने के लिए कितनी ऊष्मा की आवश्यकता होती है? यह माना जाना चाहिए कि पिघलने वाली बर्फ की गुप्त गर्मी 80 कैलोरी/जी है।
इस गणना के लिए, सूत्र मानों को बदलें, इकाइयों को बदलना न भूलें:
मी = ६०० किग्रा = ६०० ००० ग्राम
एल = 80 कैलोरी/जीº सी
क्यू = 600 000। ८० = ४८ ००० ००० कैलोरी = ४८ ००० किलो कैलोरी
जब दो या दो से अधिक पिंड ऊष्मा का आदान-प्रदान करते हैं, तो यह ऊष्मा हस्तांतरण इस तरह से होगा कि उच्च तापमान वाला शरीर इस ऊष्मा ऊर्जा को कम तापमान वाले शरीर में स्थानांतरित कर देगा।
पृथक थर्मल सिस्टम में, ये हीट एक्सचेंज तब तक होंगे जब तक उनके बीच थर्मल संतुलन स्थापित नहीं हो जाता। अंतिम तापमान निकायों के बीच समान होगा। और जब यह अवस्था पहुँच जाती है, तो कुल ऊर्जा संरक्षित हो जाती है।
यह वह समय है जब एक शरीर से दूसरे शरीर में ऊष्मा का स्थानांतरण होता है।
ऊष्मा का प्रसार तीन अलग-अलग तरीकों से होता है:
कैलोरीमेट्री में अध्ययन किया गया थर्मल चालन तब होता है जब थर्मल आंदोलन के माध्यम से गर्मी का प्रसार होता है जो परमाणुओं और अणुओं में होता है।
जब तक उनके बीच तापमान में अंतर होता है, तब तक यह आंदोलन शरीर में चला जाता है। इस बात पर जोर देना महत्वपूर्ण है कि ऊष्मीय ऊर्जा के इस संचरण के लिए, यानी गर्मी, कंडक्टर होने के लिए एक सामग्री की आवश्यकता होती है। वे आमतौर पर ठोस या तरल पदार्थ होते हैं।
ऐसी सामग्रियां हैं जो इस चालन को आसान बनाती हैं। इनमें धातुएं हैं। थर्मल इंसुलेटर भी हैं, जो अपूर्ण रूप से गर्मी का संचालन करते हैं। वे लकड़ी, काग और स्टायरोफोम होंगे।
इस चालन गर्मी का एक उदाहरण एक एल्यूमीनियम चम्मच के साथ एक आग पैन होगा। चम्मच बहुत जल्दी गर्म हो जाता है, इससे हमारा हाथ भी जल सकता है।
इसलिए जलने से बचने के लिए चम्मच में लकड़ी या विशिष्ट सामग्री होती है जहां हम उन्हें रखते हैं।
तापीय संवहन घनत्व में अंतर के कारण गर्म सामग्री के परिवहन के दौरान गर्मी का हस्तांतरण है। यह तरल और गैसीय निकायों (गैसों) में होता है।
जब पदार्थ को गर्म किया जाता है, तो इस शरीर का घनत्व कम हो जाता है। शरीर के घनत्व में यह परिवर्तन गैसीय या तरल पिंड के अंदर एक हलचल पैदा करता है।
जो हिस्सा गर्म किया गया है वह ऊपर उठेगा और शरीर का सघन हिस्सा उतरेगा, इस प्रकार तरल या गैस के भीतर गति पैदा होगी। इसे संवहन धाराएँ कहते हैं।
यह एक बर्तन में पानी के गर्म होने की सटीक व्याख्या करता है। इन संवहन धाराओं के माध्यम से, सबसे गर्म पानी ऊपर उठता है और सबसे ठंडा, जो सबसे घना होगा, उतरता है।
थर्मल विकिरण विद्युत चुम्बकीय तरंगों के माध्यम से गर्मी स्थानांतरित करता है। इस ऊर्जा को प्राप्त करने के लिए ऊष्मीय ऊर्जा के संचरण को निकायों के लिए भौतिक माध्यम की आवश्यकता नहीं होती है।
इसका एक उदाहरण हमारे ग्रह पर सौर विकिरण है, यहां पिंड संपर्क में नहीं हैं।
जब कोई पिंड मारा जाता है, तो कुछ विकिरण अवशोषित हो जाता है और यह भाग परावर्तित हो जाता है। अवशोषित विकिरण की मात्रा शरीर के अणुओं की गतिज ऊर्जा को बढ़ाएगी।
जब शरीर अंधेरा होता है, तो वे अधिक विकिरण को अवशोषित करते हैं जो उन पर होता है। जबकि प्रकाश पिंडों में इस विकिरण को परावर्तित करने की प्रवृत्ति होती है।
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