गर्मी क्षमता की गणना कैसे करें

यदि आप एक जमे हुए तालाब की सतह को असामान्य रूप से गर्म सर्दियों की दोपहर में धीरे-धीरे पिघलते हुए देखते हैं, और उसी चीज़ को देखते हैं पास के अच्छे आकार के जमे हुए पोखर की सतह पर, आप देख सकते हैं कि प्रत्येक में बर्फ लगभग उसी समय पानी में बदल जाती है। मूल्यांकन करें।

लेकिन क्या होगा अगर तालाब की उजागर सतह पर पड़ने वाली सारी धूप, शायद एक एकड़ आकार में, एक साथ पोखर की सतह पर केंद्रित हो?

आपका अंतर्ज्ञान शायद आपको बताता है कि पोखर की सतह न केवल बहुत जल्दी पानी में पिघल जाएगी, बल्कि पूरा पोखर लगभग तुरंत ही जलवाष्प बन सकता है, तरल अवस्था को दरकिनार कर पानी जैसा हो सकता है गैस। लेकिन भौतिक विज्ञान की दृष्टि से ऐसा क्यों होना चाहिए?

वही अंतर्ज्ञान संभवतः आपको बता रहा है कि गर्मी, द्रव्यमान और बर्फ, पानी या दोनों के तापमान में परिवर्तन के बीच एक संबंध है।

जैसा कि होता है, यह मामला है और विचार अन्य पदार्थों तक भी फैला हुआ है, जिनमें से प्रत्येक अलग है गर्मी के लिए "प्रतिरोध", जैसा कि अलग-अलग तापमान में प्रकट होता है, यदि दी गई राशि के जवाब में जोड़ा जाता है तपिश। ये विचार की अवधारणाओं की पेशकश करने के लिए गठबंधन करते हैं विशिष्ट ताप तथा ताप की गुंजाइश।

गर्मी भौतिक विज्ञान में ऊर्जा के रूप में ज्ञात मात्रा के अनगिनत रूपों में से एक है। ऊर्जा में बल समय दूरी, या न्यूटन-मीटर की इकाइयाँ होती हैं, लेकिन इसे आमतौर पर जूल (J) कहा जाता है। कुछ अनुप्रयोगों में, कैलोरी, 4.18 J के बराबर, मानक इकाई है; अभी भी दूसरों में, बीटीयू, या ब्रिटिश थीम इकाई, दिन पर शासन करती है।

गर्मी गर्म से ठंडे क्षेत्रों में "स्थानांतरित" होती है, अर्थात उन क्षेत्रों में जहां वर्तमान में कम गर्मी है। जबकि गर्मी को धारण या देखा नहीं जा सकता है, इसके परिमाण में परिवर्तन तापमान में परिवर्तन के माध्यम से मापा जा सकता है।

तापमान अणुओं के एक समूह की औसत गतिज ऊर्जा का एक माप है, जैसे पानी का बीकर या गैस का एक कंटेनर। गर्मी जोड़ने से यह आणविक गतिज ऊर्जा बढ़ जाती है, और इसलिए तापमान कम करते हुए तापमान को कम करता है।

एक जूल 4.18 कैलोरी के बराबर क्यों होता है? क्योंकि कैलोरी (कैलोरी), जबकि गर्मी की एसआई इकाई नहीं, मीट्रिक इकाइयों से ली गई है और एक तरह से मौलिक है: यह है गर्मी की मात्रा कमरे के तापमान पर एक ग्राम पानी को 1 K या 1 °C बढ़ाने के लिए आवश्यक है। (केल्विन पैमाने पर 1-डिग्री परिवर्तन सेल्सियस पैमाने पर 1-डिग्री परिवर्तन के समान है; हालांकि, दोनों लगभग 273 डिग्री से ऑफसेट हैं, जैसे कि 0 K = 273.15 °C।)

• खाद्य लेबल पर "कैलोरी" वास्तव में एक किलोकैलोरी (केकेसी) है जिसका अर्थ है कि शर्करा सोडा के 12-औंस में लगभग 150,000 सच्ची कैलोरी होती है।

जिस तरह से पानी या किसी अन्य पदार्थ का प्रयोग करके प्रयोग के माध्यम से कोई ऐसी चीज निर्धारित कर सकता है, उसके दिए गए द्रव्यमान को एक में रखना है कंटेनर, किसी भी पदार्थ या गर्मी को असेंबली से बचने की अनुमति दिए बिना दी गई मात्रा में गर्मी जोड़ें, और परिवर्तन को मापें तापमान।

चूंकि आप पदार्थ के द्रव्यमान को जानते हैं, और यह मान सकते हैं कि गर्मी और तापमान पूरे क्षेत्र में एक समान हैं, तो आप साधारण विभाजन द्वारा निर्धारित कर सकते हैं कि एक इकाई मात्रा, जैसे 1 ग्राम, उसी से कितनी गर्मी बदलेगी तापमान।

ताप क्षमता सूत्र विभिन्न रूपों में आता है, लेकिन वे सभी एक ही मूल समीकरण के बराबर होते हैं:

क्यू = एमसीΔटी

यह समीकरण केवल यह बताता है कि एक बंद प्रणाली (एक तरल, गैस या ठोस) की गर्मी क्यू में परिवर्तन सामग्री) नमूना समय के द्रव्यमान एम के बराबर है तापमान परिवर्तन ΔT बार एक पैरामीटर सी बुला हुआ विशिष्ट गर्मी की क्षमता, या केवल विशिष्ट ताप. C का मान जितना अधिक होगा, एक ही तापमान वृद्धि को बनाए रखते हुए एक प्रणाली उतनी ही अधिक गर्मी अवशोषित कर सकती है।

ऊष्मा क्षमता किसी वस्तु के तापमान को एक निश्चित मात्रा (आमतौर पर 1 K) बढ़ाने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा है, इसलिए SI इकाइयाँ J/K हैं। वस्तु एक समान हो सकती है, या नहीं भी हो सकती है। मिट्टी जैसे पदार्थों के मिश्रण की ऊष्मा क्षमता का मोटे तौर पर निर्धारण करना संभव होगा यदि आप इसके द्रव्यमान को जानता था और इसे किसी सीलबंद डिवाइस में गर्म करने के जवाब में इसके तापमान परिवर्तन को मापता था क्रमबद्ध करें

रसायन विज्ञान, भौतिकी और इंजीनियरिंग में एक अधिक उपयोगी मात्रा है विशिष्ट ताप क्षमता C, प्रति इकाई द्रव्यमान ताप की इकाइयों में मापा जाता है। विशिष्ट ताप क्षमता इकाइयाँ आमतौर पर जूल प्रति ग्राम-केल्विन, या J/g⋅K होती हैं, भले ही किलोग्राम (किलो) द्रव्यमान की SI इकाई है। विशिष्ट ऊष्मा उपयोगी होने का एक कारण यह है कि यदि आपके पास एक समान पदार्थ का ज्ञात द्रव्यमान है और उसकी ऊष्मा ज्ञात है क्षमता, आप कुछ प्रायोगिक में आग के जोखिम से बचने के लिए "हीट सिंक" के रूप में सेवा करने के लिए इसकी फिटनेस का न्याय कर सकते हैं स्थितियां।

पानी में वास्तव में बहुत अधिक ताप क्षमता होती है। इस बात को ध्यान में रखते हुए कि मानव शरीर पृथ्वी की वजह से महत्वपूर्ण मात्रा में गर्मी के जोड़ या घटाव को सहन करने में सक्षम होना चाहिए अलग-अलग परिस्थितियों में, यह किसी भी जैविक इकाई की एक बुनियादी आवश्यकता होगी जो कि ज्यादातर पानी से बनी होती है, क्योंकि लगभग सभी बड़े जीव चिज़े हैं।

कल्पना कीजिए कि एक स्पोर्ट्स स्टेडियम में १००,००० लोग बैठते हैं, और दूसरे शहर में ५०,००० लोग बैठते हैं। एक नज़र में, यह स्पष्ट है कि पहले स्टेडियम की पूर्ण "सीट क्षमता" दूसरे की तुलना में दोगुनी है। लेकिन यह भी सोचिए कि दूसरा स्टेडियम इस तरह से बनाया गया है कि वह ऊपर ही उठ जाए एक चौथाई पहले की मात्रा से।

यदि आप बीजगणित करते हैं, तो आप पाते हैं कि छोटे स्टेडियम में वास्तव में दोगुने लोगों के बैठने की जगह होती है प्रति इकाई स्थान बड़ा वाला, इसे "विशिष्ट सीट" मान से दोगुना देता है।

इस सादृश्य में, व्यक्तिगत दर्शकों को समान परिमाण की ऊष्मा की इकाइयों के रूप में सोचें, जो स्टेडियम में और बाहर बहती हैं। जबकि बड़ा स्टेडियम कुल मिलाकर दोगुना "हीट" धारण कर सकता है, छोटे स्टेडियम में वास्तव में प्रति यूनिट स्पेस "हीट" के इस संस्करण को "स्टोर" करने की क्षमता दोगुनी है।

यदि दोनों स्टेडियम के प्रत्येक समान आकार के खंड को पूर्ण होने पर खेल के बाद के कचरे की समान मात्रा का उत्पादन करने के लिए माना जाता है, चाहे कितने भी लोग हों, तो छोटा वाला कूड़े को कम करने में दोगुना प्रभावी होगा का व्यक्ति दर्शक; इसके बारे में सोचें कि जोड़ा गया ताप की प्रति यूनिट तापमान में दो बार लचीला होने के कारण।

इससे, आप देख सकते हैं कि यदि एक ही विशिष्ट ऊष्मा वाली दो वस्तुओं का द्रव्यमान अलग-अलग है, तो बड़े वाले की ऊष्मा क्षमता उस मात्रा से अधिक होगी जो कि यह कितना अधिक विशाल है। विभिन्न द्रव्यमानों और विभिन्न विशिष्ट तापों की वस्तुओं की तुलना करते समय, स्थिति अधिक जटिल हो जाती है।

धातु तांबे में 0.386 J/g⋅K की विशिष्ट ऊष्मा होती है। तांबे के 1 किलो (1,000 ग्राम, या 2.2 पाउंड) के तापमान को 0 डिग्री सेल्सियस से 100 डिग्री सेल्सियस तक बढ़ाने के लिए कितनी गर्मी की आवश्यकता होती है?
क्यू = (एम)(सी)(ΔT) = (1,000 ग्राम)(०.३८६ जे/जी⋅के)(१०० के) = ३८,६०० जे = ३८.६ केजे।

क्या है ताप की गुंजाइश तांबे के इस टुकड़े का? पूरे द्रव्यमान को १०० K तक बढ़ाने के लिए आपको ३८,६०० J की आवश्यकता है, इसलिए इसे १ K तक बढ़ाने के लिए आपको इसके १/१००वें भाग की आवश्यकता होगी। इस प्रकार इस आकार में तांबे की ताप क्षमता 386 J है।