ऊष्मा q कैसे मापी जाती है. ऊष्मा की मात्रा, विशिष्ट ऊष्मा

>> भौतिकी: गर्मी की मात्रा

न केवल काम करने से, बल्कि गैस को गर्म करने से भी सिलेंडर में गैस की आंतरिक ऊर्जा को बदलना संभव है।
यदि आप पिस्टन को ठीक करते हैं ( चित्र 13.5), तो गर्म होने पर गैस का आयतन नहीं बदलता है और काम नहीं किया जाता है। लेकिन गैस का तापमान और इसलिए इसकी आंतरिक ऊर्जा बढ़ जाती है।

बिना कार्य किये एक पिंड से दूसरे पिंड में ऊर्जा के स्थानान्तरण की प्रक्रिया कहलाती है गर्मी विनिमयया गर्मी का हस्तांतरण।
ऊष्मा विनिमय के दौरान आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन की मात्रात्मक माप को कहा जाता है गर्मी की मात्रा... ऊष्मा की मात्रा को वह ऊर्जा भी कहते हैं जो शरीर ऊष्मा विनिमय की प्रक्रिया में छोड़ देता है।
गर्मी हस्तांतरण की आणविक तस्वीर
ऊष्मा विनिमय के दौरान, ऊर्जा का एक रूप से दूसरे रूप में परिवर्तन नहीं होता है, गर्म शरीर की आंतरिक ऊर्जा का कुछ हिस्सा ठंडे शरीर में स्थानांतरित हो जाता है।
गर्मी मात्रा और गर्मी क्षमता।आप पहले से ही जानते हैं कि किसी पिंड को द्रव्यमान से गर्म करना एमतापमान से टी 1तापमान के लिए टी 2उसे गर्मी की मात्रा को स्थानांतरित करना आवश्यक है:

जब शरीर ठंडा हो जाता है, तो उसका अंतिम तापमान टी 2प्रारंभिक तापमान से कम निकला टी 1और शरीर द्वारा दी जाने वाली ऊष्मा की मात्रा ऋणात्मक होती है।
गुणक सीसूत्र (13.5) में कहा जाता है विशिष्ट ऊष्मापदार्थ। विशिष्ट ऊष्मा एक ऐसा मान है जो संख्यात्मक रूप से 1 किलो वजन वाले पदार्थ द्वारा प्राप्त या दी गई ऊष्मा की मात्रा के बराबर होता है, जब इसका तापमान 1 K से बदल जाता है।
विशिष्ट गर्मी क्षमता न केवल पदार्थ के गुणों पर निर्भर करती है, बल्कि उस प्रक्रिया पर भी निर्भर करती है जिसमें गर्मी हस्तांतरण किया जाता है। यदि गैस को स्थिर दाब पर गर्म किया जाता है, तो यह फैलकर कार्य करेगी। किसी गैस को स्थिर दाब पर 1 ° C तक गर्म करने के लिए, उसे स्थिर आयतन पर गर्म करने की तुलना में अधिक ऊष्मा स्थानांतरित करने की आवश्यकता होती है, जब गैस केवल गर्म होगी।
तरल पदार्थ और ठोस गर्म करने पर थोड़ा फैलते हैं। स्थिर आयतन और स्थिर दबाव पर उनकी विशिष्ट ऊष्मा क्षमताएँ बहुत कम होती हैं।
वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा।उबलने के दौरान किसी तरल को वाष्प में बदलने के लिए, उसमें एक निश्चित मात्रा में ऊष्मा को स्थानांतरित करना आवश्यक होता है। उबलने के दौरान तरल का तापमान नहीं बदलता है। एक स्थिर तापमान पर एक तरल के वाष्प में परिवर्तन से अणुओं की गतिज ऊर्जा में वृद्धि नहीं होती है, बल्कि उनकी बातचीत की संभावित ऊर्जा में वृद्धि होती है। आखिरकार, गैस के अणुओं के बीच की औसत दूरी तरल अणुओं की तुलना में बहुत अधिक है।
संख्यात्मक रूप से 1 किलो वजन वाले तरल के भाप में परिवर्तन के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा के बराबर मात्रा कहलाती है वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा... यह मान अक्षर द्वारा निरूपित किया जाता है आरऔर जूल प्रति किलोग्राम (जे / किग्रा) में व्यक्त किए जाते हैं।
पानी के वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा बहुत अधिक होती है: आर एच2ओ= २.२५६ १० ६ जे / किग्रा १०० डिग्री सेल्सियस के तापमान पर। अन्य तरल पदार्थों के लिए, उदाहरण के लिए, शराब, ईथर, पारा, मिट्टी के तेल, वाष्पीकरण की विशिष्ट गर्मी पानी की तुलना में 3-10 गुना कम होती है।
एक द्रव्यमान के साथ एक तरल को बदलने के लिए एमभाप को किसके बराबर ऊष्मा की आवश्यकता होती है:

जब भाप संघनित होती है, तो उतनी ही मात्रा में ऊष्मा निकलती है:

संलयन की विशिष्ट ऊष्मा।जब एक क्रिस्टलीय पिंड पिघलता है, तो उसे आपूर्ति की जाने वाली सारी गर्मी अणुओं की संभावित ऊर्जा को बढ़ाने के लिए जाती है। अणुओं की गतिज ऊर्जा में परिवर्तन नहीं होता है, क्योंकि गलनांक स्थिर तापमान पर होता है।
पिघलने के तापमान पर 1 किलो वजन वाले क्रिस्टलीय पदार्थ को तरल में बदलने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा के बराबर संख्यात्मक रूप से मात्रा को संलयन की विशिष्ट ऊष्मा कहा जाता है।
जब 1 किलो वजन का पदार्थ क्रिस्टलीकृत होता है, तो ठीक उतनी ही मात्रा में ऊष्मा निकलती है जितनी पिघलने के दौरान अवशोषित होती है।
बर्फ के पिघलने की विशिष्ट ऊष्मा काफी अधिक होती है: 3.34 10 5 J/kg। 18वीं शताब्दी में आर. ब्लेक ने लिखा, "अगर बर्फ में पिघलने की बड़ी गर्मी नहीं होती," तो वसंत ऋतु में बर्फ के पूरे द्रव्यमान को कुछ मिनटों या सेकंड में पिघलना होगा, क्योंकि गर्मी लगातार स्थानांतरित होती है हवा से बर्फ करने के लिए। इसके परिणाम भयानक होंगे; आखिरकार, वर्तमान स्थिति में भी, बड़ी बाढ़ और पानी का तेज प्रवाह तब होता है जब बर्फ या बर्फ की बड़ी मात्रा पिघल जाती है।"
एक क्रिस्टलीय पिंड को द्रव्यमान के साथ पिघलाने के लिए एम, आपको इसके बराबर गर्मी की मात्रा चाहिए:

शरीर के क्रिस्टलीकरण के दौरान निकलने वाली ऊष्मा की मात्रा बराबर होती है:

किसी पिंड की आंतरिक ऊर्जा गर्म करने और ठंडा करने के दौरान, वाष्पीकरण और संघनन के दौरान, पिघलने और क्रिस्टलीकरण के दौरान बदल जाती है। सभी मामलों में, एक निश्चित मात्रा में गर्मी शरीर में स्थानांतरित या हटा दी जाती है।

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1. मात्रा किसे कहते हैं गरमाहट?
2. किसी पदार्थ की विशिष्ट ऊष्मा क्या निर्धारित करती है?
3. वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा को क्या कहते हैं?
4. संलयन की विशिष्ट ऊष्मा को क्या कहते हैं?
5. किन मामलों में गर्मी की मात्रा एक सकारात्मक मूल्य है, और किन मामलों में यह नकारात्मक है?

G.Ya. Myakishev, B.B. Bukhovtsev, N.N. Sotsky, भौतिकी ग्रेड 10

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गर्मी की मात्रा की इकाइयों के बारे में। गर्मी की मात्रा की इकाई - "छोटी" कैलोरी - हमने ऊपर परिभाषित गर्मी की मात्रा के रूप में की है जो वायुमंडलीय दबाव पर पानी के तापमान को 1 K तक बढ़ाने के लिए आवश्यक है। लेकिन चूंकि अलग-अलग तापमान पर पानी की गर्मी क्षमता अलग-अलग होती है, इसलिए उस तापमान पर सहमत होना जरूरी है जिस पर यह एक डिग्री अंतराल चुना जाता है।

यूएसएसआर में, तथाकथित बीस-डिग्री कैलोरी को अपनाया गया है, जिसके लिए 19.5 से 20.5 डिग्री सेल्सियस के अंतराल को अपनाया जाता है। कुछ देशों में, पंद्रह-डिग्री कैलोरी का उपयोग किया जाता है (अंतराल उनमें से पहला जे है, दूसरा जे है। कभी-कभी औसत कैलोरी का उपयोग किया जाता है, जो पानी को गर्म करने के लिए आवश्यक गर्मी की मात्रा के सौवें हिस्से के बराबर होता है।

गर्मी की मात्रा का मापन।शरीर द्वारा दी गई या प्राप्त गर्मी की मात्रा के प्रत्यक्ष माप के लिए, विशेष उपकरणों का उपयोग किया जाता है - कैलोरीमीटर।

अपने सरलतम रूप में, एक कैलोरीमीटर एक पदार्थ से भरा एक बर्तन होता है जिसकी गर्मी क्षमता अच्छी तरह से जानी जाती है, उदाहरण के लिए, पानी (विशिष्ट ताप क्षमता)

किसी न किसी रूप में ऊष्मा की मापी गई मात्रा को कैलोरीमीटर में स्थानांतरित कर दिया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप इसका तापमान बदल जाता है। तापमान में इस परिवर्तन को मापने से हमें ऊष्मा प्राप्त होती है

जहाँ c कैलोरीमीटर भरने वाले पदार्थ की विशिष्ट ऊष्मा है, उसका द्रव्यमान।

यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि गर्मी को न केवल कैलोरीमीटर पदार्थ में स्थानांतरित किया जाता है, बल्कि बर्तन और उसमें रखे जा सकने वाले विभिन्न उपकरणों को भी स्थानांतरित किया जाता है। इसलिए, मापने से पहले, कैलोरीमीटर के तथाकथित थर्मल समकक्ष को निर्धारित करना आवश्यक है - गर्मी की मात्रा जो "खाली" कैलोरीमीटर को एक डिग्री तक गर्म करती है। कभी-कभी यह सुधार पानी के द्रव्यमान में एक अतिरिक्त द्रव्यमान जोड़कर पेश किया जाता है, जिसकी ऊष्मा क्षमता बर्तन और कैलोरीमीटर के अन्य भागों की ऊष्मा क्षमता के बराबर होती है। तब हम यह मान सकते हैं कि ऊष्मा का स्थानान्तरण जल के बराबर द्रव्यमान में होता है। मान को कैलोरीमीटर का जल तुल्यांक कहते हैं।

गर्मी क्षमता माप।कैलोरीमीटर का उपयोग ताप क्षमता को मापने के लिए भी किया जाता है। इस मामले में, आपूर्ति (या हटाई गई) गर्मी की मात्रा को ठीक से जानना आवश्यक है। यदि ज्ञात हो, तो विशिष्ट ताप क्षमता की गणना समानता से की जाती है

जांच किए गए शरीर का द्रव्यमान कहां है, और इसके तापमान में गर्मी के कारण परिवर्तन होता है

एक कैलोरीमीटर में शरीर को गर्मी की आपूर्ति की जाती है, जिसे डिजाइन किया जाना चाहिए ताकि आपूर्ति की गई गर्मी केवल अध्ययन के तहत शरीर में स्थानांतरित हो (और निश्चित रूप से, कैलोरीमीटर तक), लेकिन आसपास के स्थान में खो न जाए। इस बीच, इस तरह के गर्मी के नुकसान हमेशा कुछ हद तक होते हैं, और कैलोरीमीटर माप में उनका लेखा-जोखा मुख्य चिंता का विषय है।

गैसों की ऊष्मा क्षमता का मापन इस तथ्य से जटिल है कि, उनके कम घनत्व के कारण, कैलोरीमीटर में रखे जा सकने वाले गैस के द्रव्यमान की ऊष्मा क्षमता कम होती है। सामान्य तापमान पर, यह एक खाली कैलोरीमीटर की गर्मी क्षमता के बराबर हो सकता है, जो अनिवार्य रूप से माप सटीकता को कम करता है। यह विशेष रूप से स्थिर मात्रा में ताप क्षमता के मापन पर लागू होता है। निर्धारण में, कैलोरीमीटर (नीचे देखें) के माध्यम से गैस की जांच प्रवाह (निरंतर दबाव पर) करके इस कठिनाई को दरकिनार किया जा सकता है।

मापस्थिर आयतन पर गैस की ऊष्मा क्षमता को सीधे मापने की लगभग एकमात्र विधि जोली (1889) द्वारा प्रस्तावित विधि है। इस विधि का एक आरेख अंजीर में दिखाया गया है। 41.

कैलोरीमीटर में एक कक्ष K होता है, जिसमें दो समान खोखली तांबे की गेंदें नीचे से प्लेटों और ऊपर से परावर्तकों से सुसज्जित सटीक संतुलन के घुमाव भुजा के सिरों पर निलंबित होती हैं। गेंदों में से एक को खाली कर दिया जाता है, दूसरे को परीक्षण गैस से भर दिया जाता है। गैस में एक प्रशंसनीय ताप क्षमता होने के लिए, इसे महत्वपूर्ण दबाव में पेश किया जाता है। शुरू की गई गैस का द्रव्यमान संतुलन का उपयोग करके निर्धारित किया जाता है, वजन के साथ गैस की शुरूआत से परेशान संतुलन को बहाल करता है।

गेंदों और कक्ष के बीच थर्मल संतुलन स्थापित होने के बाद, जल वाष्प कक्ष में प्रवेश किया जाता है (भाप प्रवेश और आउटलेट के लिए पाइप कक्ष के सामने और पीछे की दीवारों पर स्थित होते हैं और चित्र 41 में नहीं दिखाए जाते हैं)। भाप दोनों गेंदों पर संघनित होती है, उन्हें गर्म करती है, और ट्रे में प्रवाहित होती है। लेकिन अधिक तरल गैस से भरे गोले पर संघनित होता है, क्योंकि इसकी विशिष्ट ऊष्मा अधिक होती है। गेंदों में से एक पर अधिक घनीभूत होने के कारण, गेंदों का संतुलन फिर से गड़बड़ा जाएगा। तराजू को संतुलित करके, हम गेंद में गैस की उपस्थिति के कारण संघनित तरल के अतिरिक्त द्रव्यमान को पहचानते हैं। यदि पानी का यह अतिरिक्त द्रव्यमान बराबर है, तो इसे पानी के संघनन की गर्मी से गुणा करके, हम प्रारंभिक तापमान से जल वाष्प के तापमान तक गैस को गर्म करने में लगने वाली गर्मी की मात्रा पाते हैं। इस अंतर को थर्मामीटर से मापा जाता है, हम पाते हैं:

जहां विशिष्ट ऊष्मा गैस है। विशिष्ट ताप क्षमता को जानने के बाद, हम पाते हैं कि दाढ़ ताप क्षमता

मापहम पहले ही उल्लेख कर चुके हैं कि स्थिर दबाव पर ताप क्षमता को मापने के लिए, परीक्षण गैस को कैलोरीमीटर के माध्यम से बहने के लिए मजबूर किया जाता है। गर्मी और हीटिंग की आपूर्ति के बावजूद, निरंतर गैस दबाव सुनिश्चित करने का यही एकमात्र तरीका है, जिसके बिना गर्मी क्षमता को मापा नहीं जा सकता है। इस तरह की एक विधि के उदाहरण के रूप में, हम यहां क्लासिक रेग्नॉल्ट प्रयोग का विवरण प्रस्तुत करते हैं (उपकरण चित्र 42 में दिखाया गया है।

जलाशय A से परीक्षण गैस को किसी ताप स्रोत द्वारा गर्म किए गए तेल B वाले बर्तन में रखे गए कुंडल के माध्यम से एक नल के माध्यम से पारित किया जाता है। गैस के दबाव को एक वाल्व द्वारा नियंत्रित किया जाता है और इसकी स्थिरता को एक दबाव नापने का यंत्र द्वारा नियंत्रित किया जाता है। कुंडल में एक लंबा रास्ता पार करते हुए, गैस तेल के तापमान पर ले जाती है, जिसे थर्मामीटर द्वारा मापा जाता है।

कुंडल में गर्म की गई गैस फिर पानी के कैलोरीमीटर से होकर गुजरती है, उसमें थर्मामीटर द्वारा मापे गए एक निश्चित तापमान तक ठंडी हो जाती है और बाहर चली जाती है। प्रयोग के आरंभ में और अंत में जलाशय ए में गैस के दबाव को मापकर (इसके लिए, एक दबाव नापने का यंत्र का उपयोग किया जाता है, हम उपकरण के माध्यम से पारित गैस के द्रव्यमान का पता लगाते हैं।

गैस द्वारा कैलोरीमीटर को दी जाने वाली ऊष्मा की मात्रा उसके तापमान में परिवर्तन से कैलोरीमीटर के बराबर पानी के गुणनफल के बराबर होती है जहाँ कैलोरीमीटर का प्रारंभिक तापमान होता है।

§ १ गर्मी की मात्रा

हम इलेक्ट्रिक हीटर को ठंडे कमरे में चालू करते हैं, और हवा का तापमान बढ़ना शुरू हो जाता है। या, सर्दियों की सैर के बाद, हम एक गर्म घर में लौट आते हैं और गर्मी महसूस करते हैं। ये उदाहरण गर्मी हस्तांतरण को संदर्भित करते हैं।

गर्मी हस्तांतरण यांत्रिक कार्य किए बिना आंतरिक ऊर्जा को एक शरीर से दूसरे शरीर में स्थानांतरित करने की एक घटना है। हीट एक्सचेंज की प्रक्रिया में, ऊर्जा या, जैसा कि वे कहते हैं, गर्मी प्रवेश करती है (एक इलेक्ट्रिक हीटर के साथ कमरे को गर्म करना) या पर्यावरण में जारी किया जाता है (कटोरे में गर्म पानी को ठंडा करना)।

उदाहरण के लिए, एक कमरे को गर्म करने या किसी उपकरण को ठंडा करने के लिए, किसी तंत्र को अति ताप से बचाने के लिए, गणना करना आवश्यक है, जिसका अर्थ है कि एक पैरामीटर दर्ज किया जाना चाहिए जो आने वाली या की मात्रा की जल्दी और कुशलता से गणना करने में सक्षम होगा। बाहर जाने वाली गर्मी।

ऊष्मा की मात्रा ऊष्मा विनिमय के दौरान एक पिंड से दूसरे पिंड में स्थानांतरित होने वाली ऊर्जा है।

आप एक कैलोरीमीटर देखते हैं - गर्मी की मात्रा को मापने के लिए एक उपकरण। सबसे सरल कैलोरीमीटर में दो गिलास होते हैं: एक आंतरिक एल्यूमीनियम और एक बाहरी प्लास्टिक, जो एक हवा के अंतराल से अलग होते हैं।

इसे व्यवहार में कैसे लागू किया जाता है? अंदर के गिलास में 200 ग्राम पानी डालें। आइए इसका तापमान मापें: 20 ° । आइए हम एक गर्म पिंड - एक धातु सिलेंडर - को पानी में विसर्जित करें।

कैलोरीमीटर के अंदर हीट एक्सचेंज शुरू हो जाएगा, और एक निश्चित मात्रा में गर्मी सिलेंडर से पानी में स्थानांतरित हो जाएगी, जिसके परिणामस्वरूप इसका तापमान बढ़ जाएगा और 60 डिग्री सेल्सियस के बराबर हो जाएगा। आप तापमान में परिवर्तन की गणना कर सकते हैं, जिससे यह पता लगाया जा सकता है कि कैलोरीमीटर में पानी का तापमान कितने डिग्री बढ़ गया है:

यह ज्ञात है कि पानी का द्रव्यमान 200 ग्राम है, एक हीटिंग इंजीनियर समझाएगा कि पानी को 200 ग्राम · 40 ° C = 4000 कैलोरी ऊष्मा प्राप्त हुई, लेकिन भौतिकी में ऊष्मा की मात्रा जूल में मापी जाती है। सूत्र इस तरह दिखता है:

ऊष्मा की मात्रा पदार्थ की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता के गुणनफल के बराबर होती है, जो पदार्थ के द्रव्यमान और उसके तापमान परिवर्तन से होती है, जहाँ

इस सूत्र में एक भौतिक मात्रा दिखाई दी - विशिष्ट ताप क्षमता।

किसी पदार्थ की विशिष्ट ऊष्मा एक भौतिक अदिश मान है जो दर्शाता है कि इस पदार्थ के 1 (एक) किग्रा के तापमान को 1 ° C से बदलने के लिए कितनी ऊष्मा की आवश्यकता है।

यह मान सारणीबद्ध है।

सभी पदार्थों की विशिष्ट ऊष्मा धारिता को मापा गया है और विशेष तालिकाओं में दर्ज किया गया है। उदाहरण के लिए, तरल अवस्था में पानी के लिए c = 4200 J / (kg ° C)। भौतिक अर्थ से पता चलता है कि 1 किलो पानी को 1 ° C गर्म करने के लिए 4200 J ऊष्मा की आवश्यकता होती है। अन्यथा: प्रत्येक किलोग्राम पानी 1 ° C तक ठंडा हो जाता है, जिससे आसपास के पिंडों को 4200 J तापीय ऊर्जा मिलती है। हमारे उदाहरण पर लौटते हुए, चूंकि कैलोरीमीटर के अंदर पानी है, हम तालिका में डेटा का उपयोग करेंगे और इसका मान लिखेंगे: c = 4200 J / (kg ° C)

आइए उपरोक्त सूत्र का उपयोग करें और जूल में पानी द्वारा प्राप्त गर्मी की मात्रा की गणना करें:

§ गर्मी की मात्रा के माप की 2 इकाइयाँ

काम की सुविधा और विशिष्टता के लिए, गर्मी की मात्रा की गैर-प्रणालीगत इकाइयों का उपयोग किया जाता है - कैलोरी।

कैलोरी 1 ग्राम पानी को 1 डिग्री सेल्सियस (19.5 से 20.5 डिग्री सेल्सियस) तक गर्म करने के लिए आवश्यक गर्मी की मात्रा है।

या उपयोग करें:

1kJ = 1000J

1MJ = 1000000J

इस सूत्र का उपयोग न केवल तब किया जाता है जब पदार्थ गर्म हो जाता है, बल्कि तब भी जब यह ठंडा होने पर गर्मी छोड़ देता है।

कैलोरीमीट्रिक माप से पता चलता है कि गर्मी हस्तांतरण हमेशा इस तरह से होता है कि कुछ निकायों की आंतरिक ऊर्जा में कमी हमेशा गर्मी हस्तांतरण में भाग लेने वाले अन्य निकायों की आंतरिक ऊर्जा की समान आपूर्ति के साथ होती है। यह ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के नियम की अभिव्यक्तियों में से एक है।

ऊष्मा की मात्रा की गणना करने के लिए, एक सूत्र का उपयोग किया जाता है जो किसी पदार्थ की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता, शरीर द्रव्यमान और तापमान परिवर्तन को जोड़ता है, जिसका उपयोग किसी पदार्थ को गर्म करते समय और ठंडा करते समय गणना के लिए किया जाता है। SI प्रणाली में ऊष्मा की मात्रा को मापने की इकाई जूल है। हमने विभिन्न पदार्थों के लिए सारणीबद्ध मान भी ज्ञात किया - विशिष्ट ऊष्मा

प्रयुक्त साहित्य की सूची:

1. भौतिक विज्ञान। ग्रेड 8: शैक्षणिक संस्थानों के लिए पाठ्यपुस्तक / ए.वी. पेरीश्किन। - एम।: बस्टर्ड, 2010।
2. भौतिकी 7-9 पाठ्यपुस्तक I.V. क्रिवचेंको।
3. भौतिकी हैंडबुक। का। कबार्डिन। - एम।: एएसटी-प्रेस, 2010।

उपयोग की गई छवियां:

जब हम किसी घर को गर्म करने के तरीकों, गर्मी के रिसाव को कम करने के विकल्पों पर चर्चा करते हैं, तो हमें यह समझना चाहिए कि गर्मी क्या है, इसे किन इकाइयों में मापा जाता है, इसे कैसे प्रसारित किया जाता है और यह कैसे खो जाता है। यह पृष्ठ उपरोक्त सभी मुद्दों को हल करने के लिए आवश्यक भौतिकी पाठ्यक्रम से मूलभूत जानकारी प्रदान करेगा।

ऊष्मा ऊर्जा को स्थानांतरित करने के तरीकों में से एक है

पर्यावरण के साथ ऊष्मा विनिमय की प्रक्रिया में शरीर जो ऊर्जा प्राप्त करता है या खो देता है उसे ऊष्मा की मात्रा या केवल ऊष्मा कहते हैं।

सख्त अर्थ में, गर्मी ऊर्जा को स्थानांतरित करने के तरीकों में से एक है, और केवल सिस्टम को हस्तांतरित ऊर्जा की मात्रा का भौतिक अर्थ है, लेकिन "गर्मी" शब्द ऐसी अच्छी तरह से स्थापित वैज्ञानिक अवधारणाओं में शामिल है जैसे गर्मी प्रवाह, गर्मी क्षमता, चरण संक्रमण की गर्मी, एक रासायनिक प्रतिक्रिया की गर्मी, तापीय चालकता, आदि। इसलिए, जहां ऐसा उपयोग भ्रामक नहीं है, "गर्मी" और "गर्मी की मात्रा" की अवधारणाएं समानार्थी हैं। हालांकि, इन शब्दों का उपयोग केवल इस शर्त के तहत किया जा सकता है कि उन्हें एक सटीक परिभाषा दी गई है, और किसी भी मामले में "गर्मी की मात्रा" को प्रारंभिक अवधारणाओं की संख्या के लिए संदर्भित नहीं किया जा सकता है जिन्हें परिभाषा की आवश्यकता नहीं है। गलतियों से बचने के लिए, "गर्मी" की अवधारणा को ऊर्जा हस्तांतरण की विधि के रूप में समझा जाना चाहिए, और इस विधि द्वारा स्थानांतरित ऊर्जा की मात्रा को "गर्मी की मात्रा" की अवधारणा द्वारा दर्शाया गया है। "ऊष्मा ऊर्जा" शब्द से बचने की सिफारिश की जाती है।

ऊष्मा किसी पदार्थ की आंतरिक ऊर्जा का गतिज भाग है, जो इस पदार्थ को बनाने वाले अणुओं और परमाणुओं की तीव्र अराजक गति से निर्धारित होता है। तापमान अणुओं की गति की तीव्रता का एक माप है। किसी दिए गए तापमान पर किसी पिंड में जितनी गर्मी होती है, वह उसके द्रव्यमान पर निर्भर करती है; उदाहरण के लिए, एक ही तापमान पर, एक बड़े कप पानी में एक छोटे से अधिक गर्मी होती है, और ठंडे पानी की एक बाल्टी में एक कप गर्म पानी की तुलना में अधिक गर्मी हो सकती है (हालांकि बाल्टी में पानी का तापमान कम होता है) .

ऊष्मा ऊर्जा का एक रूप है और इसलिए इसे ऊर्जा की इकाइयों में मापा जाना चाहिए। SI अंतर्राष्ट्रीय प्रणाली में, ऊर्जा की इकाई जूल (J) है। इसे गर्मी की मात्रा की एक गैर-प्रणालीगत इकाई का उपयोग करने की भी अनुमति है - कैलोरी: अंतर्राष्ट्रीय कैलोरी 4.1868 जे है।

गर्मी हस्तांतरण और गर्मी हस्तांतरण

ताप अंतरण तापमान के अंतर के कारण शरीर के भीतर या एक शरीर से दूसरे शरीर में गर्मी स्थानांतरित करने की प्रक्रिया है। गर्मी हस्तांतरण की तीव्रता पदार्थ के गुणों, तापमान अंतर पर निर्भर करती है और प्रकृति के प्रयोगात्मक रूप से स्थापित नियमों का पालन करती है। कुशल हीटिंग या कूलिंग सिस्टम, विभिन्न मोटर्स, पावर प्लांट, थर्मल इंसुलेशन सिस्टम बनाने के लिए, आपको हीट ट्रांसफर के सिद्धांतों को जानना होगा। कुछ मामलों में, हीट एक्सचेंज अवांछनीय है (गलने वाली भट्टियों, अंतरिक्ष यान आदि का थर्मल इन्सुलेशन), जबकि अन्य में यह जितना संभव हो उतना बड़ा होना चाहिए (भाप बॉयलर, हीट एक्सचेंजर्स, रसोई के बर्तन)। गर्मी हस्तांतरण के तीन मुख्य प्रकार हैं: चालन, संवहन और उज्ज्वल गर्मी हस्तांतरण।

ऊष्मीय चालकता

यदि शरीर के अंदर तापमान में अंतर होता है, तो ऊष्मा ऊर्जा गर्म भाग से ठंडे भाग में स्थानांतरित हो जाती है। इस प्रकार का ऊष्मा स्थानांतरण, तापीय गति और अणुओं के टकराव के कारण, तापीय चालकता कहलाता है। रॉड की तापीय चालकता का अनुमान है ऊष्मा का बहाव, जो तापीय चालकता गुणांक पर निर्भर करता है, क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र जिसके माध्यम से गर्मी स्थानांतरित होती है और तापमान प्रवणता (रॉड के सिरों पर तापमान अंतर का अनुपात उनके बीच की दूरी)। ऊष्मा प्रवाह की इकाई वाट है।

कुछ पदार्थों और सामग्रियों की तापीय चालकता
पदार्थ और सामग्री तापीय चालकता, डब्ल्यू / (एम ^ 2 * के)
धातुओं
एल्युमिनियम ___________205
कांस्य _____________________105
टंगस्टन ____________159
आयरन ______________________67
कॉपर _______________________389
निकेल ______________________58
लीड _______________________35
जिंक __________________________113
अन्य सामग्री
अभ्रक _______________________ 0.08
कंक्रीट ________________________ 0.59
वायु _______________________ 0.024
ईडरडाउन (ढीला) ______ 0.008
लकड़ी (अखरोट) ________________ 0.209
चूरा _______________________ 0.059
रबड़ (स्पंजी) ____________ 0.038
ग्लास _______________ 0.75

कंवेक्शन

संवहन वायु या तरल के द्रव्यमान की गति के कारण ऊष्मा विनिमय है। जब किसी तरल या गैस को ऊष्मा की आपूर्ति की जाती है, तो अणुओं की गति की तीव्रता बढ़ जाती है, और परिणामस्वरूप, दबाव बढ़ जाता है। यदि तरल या गैस मात्रा में सीमित नहीं है, तो वे फैलते हैं; तरल (गैस) का स्थानीय घनत्व कम हो जाता है, और उछाल (आर्किमिडियन) बलों के कारण, माध्यम का गर्म हिस्सा ऊपर की ओर बढ़ता है (इसीलिए कमरे में गर्म हवा बैटरी से छत तक उठती है)। एक पाइप के माध्यम से द्रव प्रवाह या एक सपाट सतह के चारों ओर प्रवाह के साधारण मामलों में, संवहन गर्मी हस्तांतरण गुणांक की गणना सैद्धांतिक रूप से की जा सकती है। हालांकि, माध्यम के अशांत प्रवाह के लिए संवहन समस्या का विश्लेषणात्मक समाधान खोजना अभी तक संभव नहीं हो पाया है।

गर्मी विकिरण

तीसरे प्रकार का गर्मी हस्तांतरण - उज्ज्वल गर्मी हस्तांतरण - गर्मी चालन से भिन्न होता है और उस गर्मी में संवहन इस मामले में वैक्यूम के माध्यम से स्थानांतरित किया जा सकता है। गर्मी हस्तांतरण के अन्य तरीकों के साथ इसकी समानता यह है कि यह तापमान अंतर के कारण भी है। थर्मल विकिरण एक प्रकार का विद्युत चुम्बकीय विकिरण है।

सूर्य तापीय ऊर्जा का एक शक्तिशाली रेडिएटर है; यह 150 मिलियन किमी की दूरी पर भी पृथ्वी को गर्म करता है। सौर विकिरण की तीव्रता लगभग 1.37 W / m2 है।

चालन और संवहन द्वारा गर्मी हस्तांतरण की तीव्रता तापमान के समानुपाती होती है, और उज्ज्वल गर्मी प्रवाह तापमान की चौथी शक्ति के समानुपाती होता है।

ताप की गुंजाइश

विभिन्न पदार्थों में गर्मी भंडारण के विभिन्न गुण होते हैं; यह उनकी आणविक संरचना और घनत्व पर निर्भर करता है। किसी पदार्थ के इकाई द्रव्यमान के तापमान को एक डिग्री (1 डिग्री सेल्सियस या 1 के) बढ़ाने के लिए आवश्यक गर्मी की मात्रा को इसकी विशिष्ट ताप क्षमता कहा जाता है। ताप क्षमता को J / (kg K) में मापा जाता है।

आमतौर पर, ताप क्षमता को स्थिर आयतन पर पहचाना जाता है ( सीवी) और निरंतर दबाव पर ताप क्षमता ( सी पी), अगर हीटिंग प्रक्रिया के दौरान शरीर की मात्रा या दबाव को क्रमशः स्थिर रखा जाता है। उदाहरण के लिए, एक गुब्बारे में एक ग्राम हवा को 1 K तक गर्म करने के लिए, कठोर दीवारों वाले एक सीलबंद बर्तन में समान हीटिंग की तुलना में अधिक गर्मी की आवश्यकता होती है, क्योंकि गुब्बारे को दी गई ऊर्जा का कुछ हिस्सा हवा के विस्तार पर खर्च किया जाता है। , और इसे गर्म करने पर नहीं। जब स्थिर दबाव पर गरम किया जाता है, तो गर्मी का एक हिस्सा शरीर के विस्तार के काम के उत्पादन में चला जाता है, और हिस्सा अपनी आंतरिक ऊर्जा को बढ़ाने के लिए जाता है, जबकि एक स्थिर मात्रा में गर्म होने पर, सारी गर्मी आंतरिक ऊर्जा को बढ़ाने पर खर्च होती है; इसकी वजह से सी पीहमेशा से ज्यादा सीवी... तरल और ठोस के लिए, के बीच का अंतर सी पीतथा सीवीअपेक्षाकृत छोटा।

हीट मशीन

ऊष्मा इंजन वे उपकरण हैं जो ऊष्मा को उपयोगी कार्य में परिवर्तित करते हैं। ऐसी मशीनों के उदाहरणों में कम्प्रेसर, टर्बाइन, भाप, गैसोलीन और जेट इंजन शामिल हैं। सबसे प्रसिद्ध ताप इंजनों में से एक आधुनिक ताप विद्युत संयंत्रों में प्रयुक्त भाप टरबाइन है। ऐसे बिजली संयंत्र का सरलीकृत आरेख चित्र 1 में दिखाया गया है।

चावल। 1. जीवाश्म ईंधन भाप टरबाइन बिजली संयंत्र का सरलीकृत आरेख।

काम कर रहे तरल पदार्थ - पानी - जीवाश्म ईंधन (कोयला, तेल या प्राकृतिक गैस) को जलाकर गर्म किए गए भाप बॉयलर में सुपरहिटेड भाप में परिवर्तित हो जाता है। उच्च दबाव वाली भाप भाप टरबाइन के शाफ्ट को घुमाती है, जो बिजली उत्पन्न करने के लिए एक जनरेटर चलाती है। बहते पानी से ठंडा होने पर अपशिष्ट भाप संघनित हो जाती है, जो कुछ ऊष्मा को अवशोषित कर लेती है। फिर पानी को कूलिंग टॉवर (कूलिंग टॉवर) में पहुँचाया जाता है, जहाँ से गर्मी का कुछ हिस्सा वायुमंडल में छोड़ा जाता है। कंडेनसेट को पंप के माध्यम से भाप बॉयलर में वापस कर दिया जाता है, और पूरे चक्र को दोहराया जाता है।

ताप इंजन का एक अन्य उदाहरण एक घरेलू रेफ्रिजरेटर है, जिसका आरेख अंजीर में दिखाया गया है। 2.

रेफ्रिजरेटर और घरेलू एयर कंडीशनर में इसे प्रदान करने के लिए बाहर से ऊर्जा की आपूर्ति की जाती है। कंप्रेसर रेफ्रिजरेटर के काम करने वाले पदार्थ - फ़्रीऑन, अमोनिया या कार्बन डाइऑक्साइड के तापमान और दबाव को बढ़ाता है। सुपरहीटेड गैस को कंडेनसर को खिलाया जाता है, जहां इसे ठंडा और संघनित किया जाता है, जिससे पर्यावरण को गर्मी मिलती है। कंडेनसर पाइप से निकलने वाला तरल थ्रॉटलिंग वाल्व से बाष्पीकरणकर्ता तक जाता है, और इसका एक हिस्सा वाष्पित हो जाता है, जो तापमान में तेज गिरावट के साथ होता है। बाष्पीकरणकर्ता रेफ्रिजरेटर कक्ष से गर्मी को हटाता है, जो पाइप में काम कर रहे तरल पदार्थ को गर्म करता है; इस तरल को कंप्रेसर द्वारा कंडेनसर को आपूर्ति की जाती है और चक्र फिर से दोहराया जाता है।

ऊष्मीय ऊर्जा गर्मी को मापने की एक प्रणाली है जिसका आविष्कार और उपयोग दो सदियों पहले किया गया था। इस मूल्य के साथ काम करने का मूल नियम यह था कि तापीय ऊर्जा संरक्षित होती है और यह आसानी से गायब नहीं हो सकती है, लेकिन किसी अन्य प्रकार की ऊर्जा में जा सकती है।

कई आम तौर पर स्वीकार किए जाते हैं ऊष्मा ऊर्जा के मापन की इकाइयाँ... वे मुख्य रूप से औद्योगिक क्षेत्रों में उपयोग किए जाते हैं जैसे कि। नीचे सबसे आम हैं:

माप की किसी भी SI इकाई का उद्देश्य किसी दिए गए प्रकार की ऊर्जा की कुल मात्रा का निर्धारण करना होता है, जैसे कि ऊष्मा या बिजली। माप समय और मात्रा इन मूल्यों को प्रभावित नहीं करते हैं, यही वजह है कि उनका उपयोग खपत और पहले से ही खपत ऊर्जा दोनों के लिए किया जा सकता है। इसके अलावा, किसी भी ट्रांसमिशन और रिसेप्शन, साथ ही नुकसान की गणना भी इतनी मात्रा में की जाती है।

ऊष्मीय ऊर्जा के मापन की इकाइयाँ कहाँ उपयोग की जाती हैं?

ऊर्जा इकाइयाँ ऊष्मा में परिवर्तित होती हैं

उदाहरण के तौर पर, थर्मल ऊर्जा के साथ विभिन्न लोकप्रिय एसआई संकेतकों की तुलना नीचे दी गई है:

• 1 GJ 0.24 Gcal के बराबर है, जो कि विद्युत समकक्ष में 3400 मिलियन kWh प्रति घंटे के बराबर है। तापीय ऊर्जा समतुल्य में, 1 GJ = 0.44 टन भाप;
• वहीं, 1 Gcal = 4.1868 GJ = 16,000 मिलियन kW प्रति घंटा = 1.9 टन भाप;
• 1 टन भाप 2.3 GJ = 0.6 Gcal = 8200 kW प्रति घंटे के बराबर होती है।

इस उदाहरण में, रिपोर्ट किए गए भाप मूल्य को पानी के वाष्पीकरण के रूप में लिया जाता है जब यह 100 डिग्री सेल्सियस तक पहुंच जाता है।

गर्मी की मात्रा की गणना करने के लिए, निम्नलिखित सिद्धांत का उपयोग किया जाता है: गर्मी की मात्रा पर डेटा प्राप्त करने के लिए, इसका उपयोग तरल को गर्म करने में किया जाता है, जिसके बाद पानी के द्रव्यमान को अंकुरित तापमान से गुणा किया जाता है। यदि एसआई में एक तरल का द्रव्यमान किलोग्राम में मापा जाता है, और तापमान अंतर डिग्री सेल्सियस में होता है, तो इस तरह की गणना का परिणाम किलोकलरीज में गर्मी की मात्रा होगी।

यदि थर्मल ऊर्जा को एक भौतिक शरीर से दूसरे में स्थानांतरित करने की आवश्यकता है, और आप संभावित नुकसान जानना चाहते हैं, तो यह वृद्धि के तापमान से पदार्थ की प्राप्त गर्मी के द्रव्यमान को गुणा करने के लायक है, और फिर पता लगाएं पदार्थ की "विशिष्ट गर्मी" द्वारा प्राप्त मूल्य का उत्पाद।