ताप क्या है?
ताप एक संख्या है जो बताती है कि कोई चीज़ कितनी गरम या ठंडी है।
हर चीज़ छोटे कणों (परमाणु और अणु) से बनी है। ये हमेशा गति में रहते हैं: गैस में उड़ते हैं, द्रव में एक-दूसरे पर फिसलते हैं, ठोस में अपनी जगह काँपते हैं। जितनी तेज़ गति, उतनी ज़्यादा गतिज ऊर्जा (गति की ऊर्जा)।
ताप कणों की औसत गतिज ऊर्जा का माप है। गरम चाय के कण ठंडे पानी के कणों से तेज़ हैं।
ऊष्मा और ताप एक नहीं हैं
ऊष्मा वह ऊर्जा है जो गरम वस्तु से ठंडी वस्तु में जाती है; इसे जूल (J) में मापते हैं। ताप बताता है कि वस्तु कितनी गरम है (°C या K)। गुनगुने पानी से भरी बाल्टी में उबलते पानी के कप से कहीं ज़्यादा ऊष्मा होती है, भले कप का ताप ज़्यादा हो।
थर्मामीटर (तापमापी)
थर्मामीटर ताप मापता है। ज़्यादातर थर्मामीटर में कोई ऐसी चीज़ होती है जो गरम होने पर नियमित रूप से बदलती है।
- काँच में द्रव वाला थर्मामीटर: पतली काँच की नली में ऐल्कोहॉल (लाल रंग) या पारा। गरम होने पर द्रव फैलता है और ऊपर चढ़ता है।
- डॉक्टरी (क्लिनिकल) थर्मामीटर: 35–42 °C पढ़ता है। इसमें एक मोड़ (kink) होता है ताकि मुँह से निकालने पर भी पाठ्यांक बना रहे।
- डिजिटल थर्मामीटर: एक सेंसर जिसका विद्युत प्रतिरोध ताप से बदलता है।
- इन्फ्रारेड थर्मामीटर: शरीर से निकलने वाली अदृश्य ऊष्मा-किरणें मापता है, बिना छुए।
पैमाना बनाने के लिए दो स्थिर बिंदु लेते हैं: पिघलती बर्फ़ और उबलता पानी (सामान्य वायुदाब पर), और बीच के अंतर को बराबर भागों में बाँटते हैं।
ताप के पैमाने: सेल्सियस, केल्विन, फ़ारेनहाइट
| सेल्सियस (°C) | केल्विन (K) | फ़ारेनहाइट (°F) | |
|---|---|---|---|
| परम शून्य | −273 | 0 | −460 |
| बर्फ़ पिघलती है | 0 | 273 | 32 |
| मानव शरीर | 37 | 310 | 98.6 |
| पानी उबलता है | 100 | 373 | 212 |
बदलना (रूपांतरण)
- K = °C + 273 (ठीक-ठीक 273.15)
- °C = K − 273
- °F = (9/5) × °C + 32 और °C = (5/9) × (°F − 32)
1 °C का बदलाव 1 K के बदलाव के बराबर है। 1 °C का बदलाव 1.8 °F के बराबर है। केल्विन SI मात्रक है, और इसे "K" लिखते हैं, "°K" नहीं।
परम शून्य और तापीय साम्य
परम शून्य
किसी चीज़ को ठंडा करते जाएँ तो कण धीमे होते जाते हैं। −273.15 °C (0 K) पर उनकी ऊर्जा सबसे कम होती है। यही परम शून्य है। इससे ठंडा कुछ नहीं हो सकता, इसलिए केल्विन पैमाने पर ऋणात्मक संख्या नहीं होती।
तापीय साम्य
गरम वस्तु ठंडी वस्तु को छूती है तो तेज़ कण धीमे कणों से टकराकर ऊर्जा देते हैं। ऊष्मा ऊँचे ताप से नीचे ताप की ओर बहती है, अपने-आप उल्टी नहीं। जब दोनों का ताप बराबर हो जाता है, बहाव रुकता है: यही तापीय साम्य है। इसीलिए थर्मामीटर को कुछ देर रखना पड़ता है, ताकि वह मापी जा रही चीज़ के ताप पर आ जाए।
किसी वस्तु की आंतरिक ऊर्जा दो तरह से बढ़ती है: उसे गरम करके (ऊष्मा देकर) या उस पर कार्य करके (हथेलियाँ रगड़ें: गरम हो जाती हैं)।
खुद आज़माएँ: फ़र्क महसूस करें
तीन कटोरे भरें: ठंडा, कमरे के ताप का और गुनगुना पानी। बायाँ हाथ ठंडे में और दायाँ गुनगुने में एक मिनट रखें। फिर दोनों हाथ बीच वाले कटोरे में डालें। एक हाथ कहेगा "गरम", दूसरा "ठंडा"! हमारी त्वचा ऊष्मा का बहाव महसूस करती है, ताप नहीं। इसीलिए थर्मामीटर चाहिए।
मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ
- K = °C + 273
- °C = K − 273
- °F = (9/5) × °C + 32
- °C = (5/9) × (°F − 32)
- परम शून्य = 0 K = −273 °C
हल किए गए उदाहरण
1. 27 °C को केल्विन में बदलें।
K = 27 + 273 = 300 K।
2. द्रव नाइट्रोजन 77 K पर उबलती है। यह °C में कितना है?
°C = 77 − 273 = −196 °C।
3. 37 °C (शरीर का ताप) को °F में बदलें।
°F = 9/5 × 37 + 32 = 66.6 + 32 = 98.6 °F।
4. अमेरिका के मौसम समाचार में 86 °F बताया गया। °C में बदलें।
°C = 5/9 × (86 − 32) = 5/9 × 54 = 30 °C। गरम दिन।
5. ताप 15 °C से 40 °C हुआ। केल्विन में कितनी वृद्धि हुई?
वृद्धि = 25 °C। 1 °C का कदम = 1 K का कदम, इसलिए वृद्धि 25 K।
6. किस ताप पर सेल्सियस और फ़ारेनहाइट एक ही संख्या दिखाते हैं?
x = 9/5 x + 32 → −4/5 x = 32 → x = −40। यानी −40 °C = −40 °F।
आम गलतियाँ
- ऊष्मा और ताप को एक समझना। ऊष्मा बहने वाली ऊर्जा है (J); ताप गरमाहट का माप है (°C या K)।
- "°K" लिखना। केल्विन के साथ डिग्री चिह्न नहीं लगता: 300 K।
- °F से °C बनाते समय सिर्फ़ 32 घटाना और 5/9 से गुणा भूल जाना (या क्रम उलट देना)।
- यह सोचना कि "ठंडक" चीज़ों में जाती है। सिर्फ़ ऊष्मा बहती है, हमेशा गरम से ठंडे की ओर।