मान लीजिए आपने दो अलग-अलग बीकरों में एक निश्चित मात्रा में पानी डाला। एक बीकर लंबा और संकरा होता है, और दूसरा बीकर लंबा और चौड़ा होता है। यदि प्रत्येक बीकर में डाला गया पानी समान है, तो आप संकीर्ण बीकर में पानी का स्तर अधिक होने की उम्मीद करेंगे।
इन बाल्टियों की चौड़ाई विशिष्ट ताप क्षमता की अवधारणा के अनुरूप है। इस सादृश्य में, बाल्टी में डाले जा रहे पानी को दो अलग-अलग सामग्रियों में ऊष्मा ऊर्जा के रूप में जोड़ा जा सकता है। बाल्टियों के स्तर में वृद्धि तापमान में परिणामी वृद्धि के अनुरूप है।
विशिष्ट ताप क्षमता क्या है?
किसी सामग्री की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता उस सामग्री के एक इकाई द्रव्यमान को 1 केल्विन (या डिग्री सेल्सियस) बढ़ाने के लिए आवश्यक ऊष्मा ऊर्जा की मात्रा है। विशिष्ट ऊष्मा क्षमता की SI इकाइयाँ J/kgK (जूल प्रति किलोग्राम × केल्विन) हैं।
विशिष्ट ऊष्मा किसी सामग्री के भौतिक गुणों के आधार पर भिन्न होती है। जैसे, यह वह मान है जिसे आप आमतौर पर किसी तालिका में देखते हैं। गर्मीक्यूद्रव्यमान की सामग्री में जोड़ा गयामविशिष्ट ताप क्षमता के साथसीएक तापमान परिवर्तन में परिणामटीनिम्नलिखित संबंध द्वारा निर्धारित:
क्यू=एमसी\डेल्टा टी
पानी की विशिष्ट ऊष्मा
ग्रेनाइट की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता 790 J/kgK है, सीसे की 128 J/kgK है, कांच की 840 J/kgK है, तांबे की 386 J/kgK है और पानी की 4,186 J/kgK है। ध्यान दें कि सूची में अन्य पदार्थों की तुलना में पानी की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता कितनी अधिक है। यह पता चला है कि पानी में किसी भी पदार्थ की उच्चतम विशिष्ट ताप क्षमता होती है।
बड़ी विशिष्ट ऊष्मा क्षमता वाले पदार्थों में अधिक स्थिर तापमान हो सकता है। यानी जब आप ऊष्मीय ऊर्जा जोड़ते या हटाते हैं तो उनके तापमान में उतना उतार-चढ़ाव नहीं होगा। (इस लेख की शुरुआत में बीकर सादृश्य के बारे में सोचें। यदि आप चौड़े और संकरे बीकर में समान मात्रा में द्रव जोड़ते और घटाते हैं, तो चौड़े बीकर में स्तर बहुत कम बदलता है।)
इसका कारण यह है कि तटीय शहरों में अंतर्देशीय शहरों की तुलना में अधिक समशीतोष्ण जलवायु होती है। पानी के इतने बड़े पिंड के करीब होने से उनका तापमान स्थिर हो जाता है।
पानी की बड़ी विशिष्ट ऊष्मा क्षमता इसलिए भी है, जब आप ओवन से पिज्जा निकालते हैं, तब भी सॉस आपको क्रस्ट के ठंडा होने के बाद भी जला देगा। पानी से युक्त सॉस को क्रस्ट की तुलना में तापमान में गिरावट आने से पहले बहुत अधिक ऊष्मा ऊर्जा का उत्सर्जन करना पड़ता है।
विशिष्ट ताप क्षमता का उदाहरण
मान लीजिए कि 1 किलो रेत में 10,000 J ऊष्मा ऊर्जा मिलाई जाती है (सीरों = 840 J/kgK) शुरू में 20 डिग्री सेल्सियस पर, जबकि उतनी ही मात्रा में ऊष्मा ऊर्जा को 0.5 किलोग्राम रेत और 0.5 किलोग्राम पानी के मिश्रण में जोड़ा जाता है, वह भी शुरू में 20 C पर। रेत का अंतिम तापमान रेत/पानी के मिश्रण के अंतिम तापमान की तुलना कैसे करता है?
समाधान:सबसे पहले, के लिए गर्मी सूत्र को हल करेंटीप्राप्त करने के लिए:
\डेल्टा टी=\frac{Q}{एमसी}
रेत के लिए, आपको तापमान में निम्नलिखित परिवर्तन मिलता है:
\Delta T=\frac{10,000}{1\बार 840}=11.9 \text{ डिग्री}
जो 31.9 C का अंतिम तापमान देता है।
रेत और पानी के मिश्रण के लिए, यह थोड़ा अधिक जटिल है। आप गर्मी ऊर्जा को पानी और रेत के बीच समान रूप से विभाजित नहीं कर सकते। वे एक साथ मिश्रित होते हैं, इसलिए उन्हें समान तापमान परिवर्तन से गुजरना होगा।
जब आप कुल ऊष्मा ऊर्जा जानते हैं, तो आप नहीं जानते कि प्रत्येक को पहले कितना मिलता है। लश्करक्यूरोंगर्मी से प्राप्त ऊर्जा की मात्रा हो जो रेत को मिलती है औरक्यूवूपानी को मिलने वाली ऊर्जा की मात्रा हो। अब इस तथ्य का उपयोग करें किक्यू = क्यूरों + क्यूवूनिम्नलिखित प्राप्त करने के लिए:
Q=Q_s+Q_w=m_sc_s\Delta T+m_wc_w\Delta T=(m_sc_s+m_wc_w)\Delta T
अब इसे हल करना आसान हैटी:
\डेल्टा टी = \frac{Q}{m_sc_s+m_wc_w}
संख्याओं में प्लगिंग तब देता है:
\डेल्टा टी = \frac{10,000}{0.5\बार 840+0.5\गुना 4,186} = 4 \पाठ{डिग्री}
मिश्रण केवल ४ सी तक बढ़ जाता है, २४ सी के अंतिम तापमान के लिए, शुद्ध रेत की तुलना में काफी कम!