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सरल ऊष्मा-इंजन का मॉडल बनाओ

ऊष्मा-इंजन गर्मी को गति में बदलता है। सरल हवा-इंजन में लौ फ्लास्क की हवा को गरम करती है। गरम हवा फैलकर पिस्टन को ऊपर धकेलती है और भार उठता है। यही कार्य है। ठंडा करने पर पिस्टन लौट आता है। गर्मी का केवल एक हिस्सा कार्य बनता है, बाक़ी निकल जाता है। दक्षता = निकला कार्य ÷ ली गई ऊष्मा।

🎬 कदम-दर-कदम कहानी

  1. भाग: लौ, हवा भरा फ्लास्क, नली, पिस्टन और भार। सब कुछ ठंडा है।
  2. लौ जलाई। हवा गरम हुई और कण तेज़ दौड़ने लगे। पिस्टन रुका हुआ है, इसलिए दबाव बढ़ता है।
  3. पिस्टन छोड़ा। गरम हवा फैली, पिस्टन को ऊपर धकेला और भार उठा। यही कार्य है।
  4. लौ हटाई। हवा ठंडी हुई और पिस्टन नीचे आया। गरम करो, उठाओ, ठंडा करो: यह एक चक्र है।
  5. सारी गर्मी कार्य नहीं बनती। बहुत-सी हवा और दीवारों में निकल जाती है। यहाँ लगभग 15% कार्य बना।
  6. अब खेलो: लौ का स्लाइडर चलाओ और देखो भार कितना ऊपर उठता है।

टिप: 3D दृश्य को घुमाने के लिए खींचें। ज़ूम के लिए दो उंगलियाँ इस्तेमाल करें।

🤔 आम शंकाएँ और उनके जवाब

ऊर्जा कौन-सा भाग देता है?

लौ। वह गर्मी देती है और इंजन उसके एक भाग को कार्य में बदलता है।

गरम होने पर कण तेज़ क्यों चलते हैं?

ऊष्मा ऊर्जा कणों की गति में जाती है। गरम गैस यानी तेज़ कण और ज़्यादा दबाव।

गरम हवा भार कैसे उठाती है?

तेज़ कण पिस्टन पर ज़्यादा ज़ोर लगाते हैं। गैस फैलती है और पिस्टन व भार ऊपर जाते हैं।

पिस्टन वापस नीचे क्यों आता है?

ठंडा होने पर कण धीमे पड़ते हैं और दबाव घटता है। भार पिस्टन को नीचे दबा देता है।

बाक़ी गर्मी कहाँ जाती है?

दीवारों, आसपास की हवा और घर्षण में। यह व्यर्थ ऊष्मा है, इसीलिए दक्षता 100% से कम होती है।

ऊष्मा-इंजन क्या करता है

ऊष्मा-इंजन ईंधन की आंतरिक ऊर्जा (गर्मी) को यांत्रिक ऊर्जा (गति) में बदलता है। चरण: ईंधन जलाकर गर्मी पाओ, गैस को गरम करो ताकि वह फैले, फैलती गैस से पिस्टन या टरबाइन चलाओ, फिर गैस को ठंडा करके दोबारा शुरू करो। यह गैस कार्यकारी पदार्थ है।

हवा-इंजन का मॉडल बनाओ

चाहिए: एक छेद वाले रबर के ढक्कन की छोटी काँच या धातु की बोतल, पतली नली या स्ट्रॉ, 20 mL की प्लास्टिक सिरिंज (सुई के बिना), छोटे भार (सिक्के या क्लिप), गरम पानी का कटोरा (मोमबत्ती ज़्यादा मज़ेदार है, पर बड़े की मदद लो)।

  1. नली को ढक्कन के छेद में डालो और ढक्कन बोतल पर कसकर लगाओ।
  2. नली का दूसरा सिरा सिरिंज से जोड़ो। सिरिंज सीधी खड़ी रखो और प्लंजर पर हल्का भार रखो।
  3. बोतल को गरम पानी में रखो या हल्के से गरम करो। अंदर की हवा फैलकर प्लंजर को ऊपर धकेलती है।
  4. बोतल को ठंडे पानी में ले जाओ। प्लंजर नीचे आता है।

भाप-इंजन का मॉडल भी ऐसे ही चलता है, पर उबलते पानी से: भाप छोटे पिस्टन को धकेलती है या हल्की चरखी घुमाती है। इसे केवल बड़े की मदद और पूरी सावधानी से करो क्योंकि भाप ख़तरनाक है।

सावधानी: थोड़ा ही गरम पानी लो, गरम बोतल को पूरी तरह बंद मत करो और भाप से चेहरा दूर रखो।

कार्य और दक्षता

भार उठाने में किया गया कार्य W = m × g × h है (g लगभग 10 m/s²)। 50 ग्राम का भार 2 सेमी उठे तो W = 0.05 × 10 × 0.02 = 0.01 J।

ली गई गर्मी का केवल एक भाग कार्य बनता है। बाक़ी बोतल, हवा और मेज़ को गरम करता है। दक्षता η = निकला कार्य ÷ ली गई ऊष्मा। ली गई ऊष्मा = कार्य + व्यर्थ ऊष्मा। कोई ऊष्मा-इंजन 100% दक्ष नहीं हो सकता।

इसे बेहतर बनाओ

करके देखो: एक मिनट में कितने ऊपर-नीचे चक्र मिलते हैं और भार कितना उठता है, गिनो। एक बार में एक ही चीज़ बदलो।

मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ

हल किए गए उदाहरण

1. 50 ग्राम का भार 2 सेमी उठा। किया गया कार्य ज्ञात करो (g = 10 m/s²)।

m = 0.05 kg, h = 0.02 m। W = 0.05 × 10 × 0.02 = 0.01 J।

2. एक इंजन 1000 J ऊष्मा लेकर 150 J कार्य करता है। उसकी दक्षता ज्ञात करो।

η = 150 ÷ 1000 = 0.15 = 15%।

3. उसी इंजन में कितनी ऊष्मा व्यर्थ गई?

व्यर्थ = 1000 − 150 = 850 J।

4. 30% दक्षता वाला इंजन 2000 J लेता है। कार्य ज्ञात करो।

W = 0.30 × 2000 = 600 J।

5. 200 ग्राम का भार 5 सेमी उठा। कार्य ज्ञात करो।

W = 0.2 × 10 × 0.05 = 0.1 J।

6. एक इंजन 5000 J लेता है और 4000 J व्यर्थ करता है। दक्षता ज्ञात करो।

W = 5000 − 4000 = 1000 J। η = 1000 ÷ 5000 = 20%।

आम गलतियाँ

अभ्यास क्विज़

1. ऊष्मा-इंजन गर्मी को बदलता है:
2. फ्लास्क की हवा गरम होने पर:
3. दक्षता = ?
4. 100 ग्राम का भार 0.1 m उठने पर कार्य (g = 10):
5. ऊष्मा-इंजन के लिए कौन-सा कथन सही है?

अभ्यास: खुद जवाब दो

अपना जवाब लिखो या चुनो, फिर जाँचें दबाओ। अटको तो संकेत देखो; जवाब देने के बाद पूरा हल दिखेगा।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

सरल ऊष्मा-इंजन कैसे काम करता है?

गर्मी से गैस फैलती है। गैस पिस्टन को धकेलती है और भार उठता है। ठंडा करने पर पिस्टन लौटता है और चक्र दोहराता है।

दक्षता हमेशा 100% से कम क्यों होती है?

कुछ गर्मी हमेशा आसपास में और घर्षण में निकल जाती है। उसे कार्य में नहीं बदला जा सकता।

क्या भाप-इंजन का मॉडल बनाना सुरक्षित है?

केवल बड़े की मदद और पूरी सावधानी से। पहली बार कटोरे में गरम पानी वाला हवा-इंजन ज़्यादा सुरक्षित है।

यह कहाँ पढ़ाया जाता है

चीन九年级(初三)Ch.14 Using internal energy

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