कण मॉडल क्या है?
मॉडल एक सरल चित्र है जो चीज़ों को समझाने में मदद करता है। कण मॉडल कहता है:
- हर द्रव्य बहुत छोटे कणों (परमाणु, अणु या आयन) से बना है। ये आँख से नहीं दिखते।
- कण हमेशा गति में रहते हैं।
- कणों के बीच आकर्षण बल (खिंचाव) होता है। पास होने पर यह खिंचाव मज़बूत होता है।
- गैस के कणों के बीच ख़ाली जगह होती है, हवा नहीं।
हम कणों को छोटी गेंदों की तरह बनाते हैं। विसरण (कमरे में ख़ुशबू का फैलना, पानी में स्याही का फैलना) इस बात का सबूत है कि कण अपने-आप चलते हैं।
ठोस, द्रव और गैस
| ठोस | द्रव | गैस | |
|---|---|---|---|
| व्यवस्था | पास-पास, नियमित कतारें | पास-पास, कोई पैटर्न नहीं | दूर-दूर, बेतरतीब |
| गति | जगह पर काँपना | एक-दूसरे पर फिसलना | तेज़, सीधी रेखा में, हर दिशा |
| आकर्षण बल | प्रबल | मध्यम | बहुत कम |
| आकार / आयतन | निश्चित आकार, निश्चित आयतन | बर्तन का आकार, निश्चित आयतन | पूरा बर्तन भरती है |
| दबाया जा सकता है? | नहीं | लगभग नहीं | हाँ, आसानी से |
घनत्व (Density)
घनत्व बताता है कि हर घन मीटर में कितना द्रव्यमान भरा है: ρ = m ÷ V (kg/m³)। ठोस और द्रव में कण पास होते हैं, इसलिए घनत्व ज़्यादा। गैस में कण दूर होते हैं, इसलिए घनत्व कम। पानी लगभग 1000 kg/m³, हवा लगभग 1.2 kg/m³।
गरम करना: तापमान, आंतरिक ऊर्जा और अवस्था परिवर्तन
आंतरिक ऊर्जा सभी कणों की कुल ऊर्जा है: गति की ऊर्जा (गतिज) + आपसी खिंचाव में जमा ऊर्जा (स्थितिज)। गरम करने से आंतरिक ऊर्जा बढ़ती है। दो में से एक बात होती है:
- तापमान बढ़ता है: कण तेज़ चलते हैं। ऊर्जा E = m × c × ΔT, जहाँ c विशिष्ट ऊष्मा धारिता है (1 kg को 1 °C गरम करने की ऊर्जा)।
- अवस्था बदलती है (पिघलना, उबलना): तापमान वही रहता है। ऊर्जा कणों का खिंचाव तोड़ती है। E = m × L, जहाँ L विशिष्ट गुप्त ऊष्मा है।
नाम: गलन (ठोस → द्रव), हिमीकरण (द्रव → ठोस), क्वथन/वाष्पन (द्रव → गैस), संघनन (गैस → द्रव), ऊर्ध्वपातन (ठोस → सीधे गैस, जैसे कपूर)। अवस्था परिवर्तन भौतिक परिवर्तन है: द्रव्यमान वही रहता है और यह उलटा हो सकता है।
वाष्पीकरण किसी भी तापमान पर सतह से होता है; सबसे तेज़ कण निकल जाते हैं, इसलिए बचा द्रव ठंडा होता है (पसीना, मिट्टी का मटका)।
गैस दाब और तापमान
गैस के कण बर्तन की दीवारों से लगातार टकराते हैं। हर टक्कर एक छोटा धक्का है। हर वर्ग मीटर पर लाखों धक्के मिलकर दाब बनाते हैं।
- गैस ज़्यादा गरम, आयतन वही: कण तेज़ चलते हैं, ज़्यादा बार और ज़ोर से टकराते हैं, दाब बढ़ता है।
- आयतन कम, तापमान वही: टक्करें ज़्यादा बार होती हैं, दाब बढ़ता है। स्थिर तापमान पर p × V स्थिर रहता है।
परम शून्य (−273 °C या 0 K) वह तापमान है जहाँ कणों की गति सबसे कम होती है। केल्विन = °C + 273।
घर पर करके देखो
एक गिलास ठंडे पानी और एक गिलास गरम पानी में खाने के रंग की कुछ बूँदें डालो। हिलाओ मत। पहले अंदाज़ा लगाओ, फिर देखो कि रंग कहाँ जल्दी फैलता है। (गरम पानी में, क्योंकि कण तेज़ हैं।)
मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ
- घनत्व: ρ = m / V (kg/m³)
- अवस्था बदले बिना गरम करना: E = m c ΔT
- अवस्था परिवर्तन: E = m L (विशिष्ट गुप्त ऊष्मा)
- स्थिर तापमान पर गैस: p₁V₁ = p₂V₂
- केल्विन = °C + 273
हल किए गए उदाहरण
1. एक गुटके का द्रव्यमान 2.7 kg और आयतन 0.001 m³ है। घनत्व बताओ।
ρ = m / V = 2.7 / 0.001 = 2700 kg/m³ (यह ऐल्युमिनियम है)।
2. गैस को दबाया जा सकता है पर ठोस को नहीं, क्यों?
गैस के कणों के बीच बहुत ख़ाली जगह है, दबाने पर वे पास आ जाते हैं। ठोस के कण पहले से सटे हैं, हटाने को जगह ही नहीं।
3. 2 kg पानी को 20 °C से 70 °C करने में कितनी ऊर्जा? (c = 4200 J/kg °C)
E = m c ΔT = 2 × 4200 × 50 = 420 000 J = 420 kJ।
4. 0 °C पर 0.5 kg बर्फ़ पिघलाने में कितनी ऊर्जा? (L = 334 000 J/kg)
E = m L = 0.5 × 334 000 = 167 000 J। पूरे समय तापमान 0 °C रहता है।
5. सिरिंज में 100 kPa पर 60 cm³ हवा है। उसी तापमान पर दबाकर 20 cm³ किया। नया दाब?
p₂ = p₁V₁ / V₂ = 100 × 60 / 20 = 300 kPa। आयतन एक-तिहाई, दाब तीन गुना।
6. केतली का हीटर हर सेकंड 2000 J देता है। 100 °C के 0.2 kg पानी को पूरा भाप बनाने में कितना समय? (L = 2 260 000 J/kg)
E = 0.2 × 2 260 000 = 452 000 J। समय = 452 000 / 2000 = 226 s (लगभग 3.8 मिनट)।
आम गलतियाँ
- कहना कि ठोस के कण हिलते ही नहीं। वे हमेशा काँपते रहते हैं।
- सोचना कि बर्फ़ पिघलते समय तापमान बढ़ता रहता है। पूरी बर्फ़ पिघलने तक यह 0 °C रहता है।
- कहना कि गैस के कणों के बीच हवा है। वहाँ केवल ख़ाली जगह है।
- सोचना कि गरम करने पर कण ख़ुद फूल जाते हैं। कण उतने ही बड़े रहते हैं; उनके बीच की दूरी बढ़ती है।