थर्मल भौतिकी: एक सिंहावलोकन

आप शायद थर्मामीटर से परिचित हैं और तापमान ले रहे हैं, गर्म और ठंडा महसूस कर रहे हैं, और पानी उबालने में क्या लगता है। अब समय आ गया है कि आप गर्मी और तापमान के बारे में अपनी सहज समझ का विस्तार करें और जानें कि भौतिक विज्ञानी इसे कैसे करते हैं।

ऊष्मीय भौतिकी के इस परिचय में आप सीखेंगे कि ऊष्मा और तापमान क्या हैं और साथ ही भौतिकी की यह शाखा किन परिघटनाओं पर लागू होती है।

ऊष्मीय भौतिकी का अध्ययन है गर्मी और तापमान. ऊष्मा को ऊर्जा के रूप में परिभाषित किया जाता है जो विभिन्न तापमानों की दो वस्तुओं के बीच स्थानांतरित होती है - गर्म वस्तु से ठंडी वस्तु की ओर बढ़ना।

तपिश एक प्रकार की तापीय ऊर्जा है। ऊष्मीय ऊर्जा किसी वस्तु के भीतर आणविक गति से जुड़ी ऊर्जा है। किसी भी वस्तु के अंदर, अणु बस स्थिर नहीं रहते; भले ही आप गति को स्पष्ट रूप से नहीं देख सकते हैं, वे सभी इधर-उधर उछल-कूद कर रहे हैं और एक-दूसरे से टकरा रहे हैं।

तापमान प्रति अणु औसत गतिज ऊर्जा का एक माप है। आप इसे डिग्री फ़ारेनहाइट या सेल्सियस में मापने से परिचित हो सकते हैं, लेकिन वैज्ञानिक जिस एसआई इकाई को पसंद करते हैं वह केल्विन है।

संपूर्ण आंतरिक ऊर्जा किसी वस्तु का द्रव्यमान, तापमान और पर निर्भर करता है विशिष्ट गर्मी की क्षमता. विशिष्ट ऊष्मा क्षमता एक माप है कि एक इकाई द्रव्यमान के तापमान को 1 डिग्री तक बढ़ाने के लिए कितनी ऊष्मा ऊर्जा की आवश्यकता होती है। विभिन्न सामग्रियों में अलग-अलग विशिष्ट ऊष्मा क्षमताएँ होती हैं, और किसी विशेष सामग्री की ऊष्मा क्षमता को आमतौर पर एक तालिका में देखा जा सकता है।

ऊष्मा एक वस्तु से दूसरी वस्तु में तीन प्राथमिक तरीकों से स्थानांतरित हो सकती है। ये:

• प्रवाहकत्त्व
• कंवेक्शन
• विकिरण

चालन में, दो वस्तुएँ भौतिक संपर्क में होती हैं, और ऊष्मा ऊर्जा वस्तुओं में अणुओं के बीच सीधे टकराव से गर्म वस्तु से ठंडी वस्तु की ओर चलती है।

संवहन में ऊष्मा का स्थानांतरण संवहन धाराओं द्वारा होता है। ऐसा तब होता है जब आप चूल्हे पर पानी उबालते हैं। पैन के नीचे का पानी पहले गर्म होता है, और जैसे-जैसे यह गर्म होता है, यह फैलता है, कम घना होता जाता है। कम घना होने के कारण, यह कड़ाही के ऊपर तक बढ़ जाता है क्योंकि ठंडा पानी डूब जाता है और फिर गर्म हो जाता है।

विकिरण में, ऊष्मा ऊर्जा को विद्युत चुम्बकीय विकिरण के माध्यम से स्थानांतरित किया जाता है। इस तरह आपको सूर्य से ऊर्जा मिलती है। वह ऊर्जा अंतरिक्ष के निर्वात से विकिरण के रूप में यात्रा करती है, जो तब पृथ्वी को गर्म करती है जब वह हम तक पहुँचती है।

जैसे ही सामग्री में ऊष्मा ऊर्जा जोड़ी जाती है, वे तापमान में वृद्धि करते हैं। कुछ बिंदुओं पर, कहा जाता है चरण संक्रमण, सामग्री चरण बदलता है। सामग्री ठोस से तरल में और तरल से गैस में और यहां तक ​​कि गैस से प्लाज्मा में भी बदल सकती है।

जिस तापमान पर एक चरण परिवर्तन होता है वह सामग्री और दबाव की स्थितियों पर निर्भर करता है। इसका अध्ययन एक चरण आरेख का उपयोग करके किया जाता है।

किसी सामग्री के चरण को बदलने के लिए आवश्यक ऊर्जा की मात्रा उस सामग्री की गुप्त गर्मी पर निर्भर करती है। किसी पदार्थ के संलयन की गुप्त ऊष्मा उस पदार्थ के एक इकाई द्रव्यमान को ठोस से तरल में बदलने के लिए आवश्यक ऊष्मा ऊर्जा की मात्रा है। किसी पदार्थ के वाष्पन की गुप्त ऊष्मा, द्रव से गैस में बदलने के लिए आवश्यक ऊष्मा ऊर्जा की मात्रा है।

थर्मल भौतिकी अंततः ऊष्मप्रवैगिकी के अध्ययन की ओर ले जाती है, जो भौतिकी की शाखा है जो गतिज सिद्धांत और सांख्यिकीय यांत्रिकी का उपयोग करके बदलते थर्मल सिस्टम का अध्ययन करती है।

थर्मोडायनामिक्स के तीन नियम हैं जो थर्मोडायनामिक प्रक्रियाओं को नियंत्रित करते हैं। इन्हें ऊष्मप्रवैगिकी का पहला नियम, ऊष्मागतिकी का दूसरा नियम और ऊष्मप्रवैगिकी का तीसरा नियम कहा जाता है। जब आप पहली बार इन कानूनों के बारे में जानेंगे, तो आप आमतौर पर सीखेंगे कि वे एक आदर्श गैस पर कैसे लागू होते हैं और आदर्श गैस कानून का उपयोग कैसे करते हैं।

थर्मोडायनामिक्स आपको यह समझने में मदद कर सकता है कि स्टीम इंजन, रेफ्रिजरेटर, हीट पंप और इसी तरह की अन्य वस्तुएं कैसे काम करती हैं।