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विशिष्ट ऊष्मा धारिता और ऊष्मा संतुलन

हर पदार्थ को गर्म होने के लिए अलग-अलग ऊर्जा चाहिए। किसी पदार्थ की विशिष्ट ऊष्मा धारिता (c) वह ऊर्जा है जो उसके 1 kg का ताप 1 °C (या 1 K) बढ़ाती है। इसका मात्रक J/(kg·°C) है। किसी भी मात्रा को गर्म करने की ऊर्जा Q = m × c × ΔT होती है। पानी की c बहुत बड़ी है (लगभग 4200 J/(kg·°C)), इसलिए वह धीरे गर्म होता है और धीरे ठंडा होता है। जब गर्म और ठंडी चीज़ मिलती हैं और ऊष्मा बाहर नहीं जाती, तो गर्म चीज़ द्वारा दी गई ऊष्मा = ठंडी चीज़ द्वारा ली गई ऊष्मा। इसे ऊष्मा संतुलन कहते हैं और कैलोरीमीटर इसी पर काम करता है।

🎬 कदम-दर-कदम कहानी

  1. दो बीकर, एक जैसे हीटर पर। एक में 1 kg पानी, दूसरे में 1 kg खाने का तेल। दोनों का ताप 20 °C है।
  2. दोनों हीटर बराबर समय तक चले, यानी दोनों को बराबर ऊर्जा मिली। तेल जल्दी गर्म हो गया, पानी धीरे-धीरे।
  3. 1 kg को 1 °C गर्म करने वाली ऊर्जा को विशिष्ट ऊष्मा धारिता c कहते हैं। पानी को लगभग 4200 J चाहिए, तेल को लगभग 2000 J। घन गिनो: 4 kJ और 2 kJ।
  4. ज़रूरी ऊर्जा = द्रव्यमान × c × ताप में बढ़त, यानी Q = mcΔT। 1 kg पानी 10 °C गर्म: 42 घन। 2 kg: 84 घन। द्रव्यमान दोगुना, ऊर्जा दोगुनी।
  5. अब गर्म और ठंडा पानी मिलाओ। गर्म पानी ठंडा होकर ऊष्मा देता है, ठंडा पानी गर्म होकर ऊष्मा लेता है। दी गई ऊष्मा = ली गई ऊष्मा। दोनों 50 °C पर मिलते हैं।
  6. खुद खेलो: पदार्थ चुनो, द्रव्यमान और ताप की बढ़त बदलो, और ऊर्जा के घन गिनो।

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

🤔 आम शंकाएँ और उनके जवाब

दोनों बीकर को बराबर ऊर्जा मिली, फिर तेल ज़्यादा गर्म क्यों हुआ?

तेल के 1 kg को 1 °C गर्म करने में लगभग 2000 J लगते हैं, पानी में 4200 J। इसलिए उतनी ही ऊर्जा से तेल का ताप लगभग दोगुना बढ़ता है।

4200 J/(kg·°C) का असल मतलब क्या है?

1 kg पानी को 1 °C गर्म करने के लिए 4200 जूल देने पड़ते हैं। 3D में पानी के 4 घन (लगभग 4 kJ) और तेल के 2 घन देखो।

द्रव्यमान दोगुना होने पर ऊर्जा दोगुनी क्यों?

2 kg मतलब 1 kg के दो टुकड़े। हर टुकड़े को उतनी ही ऊर्जा चाहिए, तो कुल दोगुनी। घन 42 से 84 हो जाते हैं।

क्या मिश्रण का अंतिम ताप हमेशा औसत होता है?

सिर्फ़ तब जब द्रव्यमान और पदार्थ बराबर हों, जैसे 3D में 0.5 kg + 0.5 kg पानी = 50 °C। द्रव्यमान अलग हों तो अंतिम ताप बड़े द्रव्यमान के ताप के ज़्यादा पास होता है।

बड़ी c अच्छी है या बुरी?

काम पर निर्भर है। खाना पकाने के बर्तन में छोटी c चाहिए ताकि जल्दी गर्म हो। गर्म पानी की थैली या रेडिएटर में बड़ी c चाहिए ताकि ज़्यादा ऊष्मा जमा रहे। खुद खेलो में दोनों आज़माओ।

ऊष्मा, ताप और आंतरिक ऊर्जा

ताप बताता है कि चीज़ कितनी गर्म है। इसे °C या K में मापते हैं। ऊष्मा वह ऊर्जा है जो गर्म चीज़ से ठंडी चीज़ की ओर बहती है। इसे जूल (J) में मापते हैं।

हर चीज़ के कण हमेशा हिलते रहते हैं। इन कणों की कुल ऊर्जा को आंतरिक ऊर्जा कहते हैं। गर्म करने पर आंतरिक ऊर्जा बढ़ती है, कण तेज़ चलते हैं और ताप बढ़ता है।

गुनगुने पानी की बड़ी बाल्टी में खौलते पानी के छोटे कप से ज़्यादा ऊष्मा हो सकती है। इसलिए ताप और ऊष्मा एक चीज़ नहीं हैं।

विशिष्ट ऊष्मा धारिता क्या है?

विशिष्ट ऊष्मा धारिता (c) वह ऊर्जा है जो किसी पदार्थ के 1 kg का ताप 1 °C बढ़ाती है (1 K की बढ़त भी उतनी ही है)।

मात्रक: J/(kg·°C) या J/(kg·K)।

कुछ मान

बड़ी c वाला पदार्थ गर्म होने में बहुत ऊर्जा लेता है और ठंडा होते समय बहुत ऊर्जा देता है। छोटी c वाला जल्दी गर्म और जल्दी ठंडा होता है। इसलिए धातु के बर्तन जल्दी गर्म होते हैं।

ऊष्मा धारिता (बिना "विशिष्ट") पूरी वस्तु के लिए होती है: C = m × c, मात्रक J/°C।

ऊष्मा की मात्रा: Q = mcΔT

ज़रूरी ऊष्मा Q तीन बातों पर निर्भर है:

  1. द्रव्यमान m (ज़्यादा चीज़ = ज़्यादा ऊर्जा),
  2. पदार्थ, यानी c,
  3. ताप में बदलाव ΔT = अंतिम − प्रारंभिक।

Q = m × c × ΔT

m को kg में, c को J/(kg·°C) में और ΔT को °C में लो, तो Q जूल में आएगा। ΔT ऋणात्मक हो तो चीज़ ठंडी होकर ऊष्मा देती है।

उलटकर: c = Q ÷ (mΔT), m = Q ÷ (cΔT), ΔT = Q ÷ (mc)।

ऊष्मा संतुलन और ऊष्मामिति (कैलोरीमीटरी)

गर्म और ठंडी चीज़ आपस में छूती हैं तो ऊष्मा गर्म से ठंडी की ओर बहती है, जब तक दोनों का ताप बराबर न हो जाए (ऊष्मीय साम्य)। अगर ऊष्मा बाहर न जाए:

गर्म चीज़ द्वारा दी गई ऊष्मा = ठंडी चीज़ द्वारा ली गई ऊष्मा
m₁c₁(T₁ − T) = m₂c₂(T − T₂), जहाँ T अंतिम ताप है।

यह ऊर्जा संरक्षण ही है। कैलोरीमीटर एक ऊष्मारोधी बर्तन है (अक्सर ताँबे या ऐल्युमिनियम का, ढक्कन, विलोडक और थर्मामीटर के साथ), जिसमें मिश्रण करने पर ऊष्मा बहुत कम बाहर जाती है।

हीटर से c मापना

शक्ति P वाले हीटर को द्रव्यमान m के गुटके में समय t तक चलाओ। ऊर्जा Q = P × t। ताप की बढ़त मापो और c = Pt ÷ (mΔT) निकालो। कुछ ऊष्मा हवा में चली जाती है, इसलिए उत्तर थोड़ा ज़्यादा आता है; ऊष्मारोधी परत से यह गलती घटती है।

बड़ी c कहाँ काम आती है

गाड़ी का रेडिएटर, गर्म पानी की थैली, समुद्री हवा और समुद्र किनारे का नरम मौसम, सब पानी की बड़ी c पर निर्भर हैं।

मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ

हल किए गए उदाहरण

1. 2 kg पानी को 20 °C से 30 °C करने में कितनी ऊर्जा लगेगी? (c = 4200 J/(kg·°C))

ΔT = 30 − 20 = 10 °C। Q = mcΔT = 2 × 4200 × 10 = 84 000 J = 84 kJ।

2. 0.5 kg लोहे का गुटका (c = 450) 100 °C से 40 °C तक ठंडा होता है। वह कितनी ऊष्मा देता है?

ΔT = 60 °C। Q = 0.5 × 450 × 60 = 13 500 J = 13.5 kJ।

3. 18 000 J ऊर्जा से 2 kg धातु का ताप 10 °C बढ़ता है। c निकालो।

c = Q ÷ (mΔT) = 18 000 ÷ (2 × 10) = 900 J/(kg·°C)। यह ऐल्युमिनियम के पास है।

4. 1 kW की केतली 84 s चलकर 0.5 kg पानी गर्म करती है। ताप कितना बढ़ेगा (कोई हानि नहीं)?

Q = Pt = 1000 × 84 = 84 000 J। ΔT = Q ÷ (mc) = 84 000 ÷ (0.5 × 4200) = 40 °C।

5. 80 °C का 0.2 kg पानी 20 °C के 0.3 kg पानी में मिलाया। अंतिम ताप?

दी गई = ली गई: 0.2 × 4200 × (80 − T) = 0.3 × 4200 × (T − 20)। c कट जाता है: 16 − 0.2T = 0.3T − 6, 0.5T = 22, T = 44 °C।

6. 200 °C की 0.1 kg ताँबे की गेंद (c = 390) को 20 °C के 0.39 kg पानी में डाला। अंतिम ताप? (बर्तन को छोड़ दो)

ताँबे की दी गई ऊष्मा = 0.1 × 390 × (200 − T) = 39(200 − T)। पानी की ली गई = 0.39 × 4200 × (T − 20) = 1638(T − 20)। 7800 − 39T = 1638T − 32 760, 1677T = 40 560, T ≈ 24.2 °C। पानी की c बड़ी है, इसलिए वह मुश्किल से गर्म हुआ।

आम गलतियाँ

अभ्यास क्विज़

1. विशिष्ट ऊष्मा धारिता वह ऊर्जा है जो गर्म करती है:
2. विशिष्ट ऊष्मा धारिता का SI मात्रक:
3. बराबर द्रव्यमान को बराबर ऊर्जा मिली। सबसे ज़्यादा गर्म कौन होगा?
4. Q = mcΔT में m दोगुना और ΔT वही, तो Q:
5. बिना ऊष्मा हानि के मिश्रण में:

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

विशिष्ट ऊष्मा धारिता आसान शब्दों में क्या है?

किसी पदार्थ के 1 kg को 1 °C गर्म करने में जितनी ऊर्जा लगती है, वही उसकी विशिष्ट ऊष्मा धारिता है। पानी को बहुत (लगभग 4200 J), धातुओं को कम।

पानी की विशिष्ट ऊष्मा इतनी ज़्यादा क्यों है?

पानी के अणु हाइड्रोजन आबंध से एक-दूसरे को कसकर पकड़ते हैं। बहुत सी ऊर्जा इन आबंधों में जाती है, इसलिए ताप कम बढ़ता है।

ऊष्मा धारिता और विशिष्ट ऊष्मा धारिता में क्या फ़र्क है?

ऊष्मा धारिता पूरी वस्तु की होती है (J/°C)। विशिष्ट ऊष्मा धारिता 1 kg पदार्थ की होती है (J/(kg·°C))। ऊष्मा धारिता = द्रव्यमान × विशिष्ट ऊष्मा धारिता।

यह कहाँ पढ़ाया जाता है

रोमानियाClasa a VIII-aThermal phenomena
यूक्रेन8 класThermal phenomena
रूस8 классThermal phenomena
रूस8 классThermal phenomena
चीन九年级(初三)Ch.13 Internal energy

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