ગરમીનું પ્રમાણ કયા જથ્થાને કહેવાય છે? આંતરિક ઊર્જા

ઉષ્માના જથ્થાની વિભાવના આધુનિક ભૌતિકશાસ્ત્રના વિકાસના પ્રારંભિક તબક્કામાં બનાવવામાં આવી હતી, જ્યારે પદાર્થની આંતરિક રચના, ઊર્જા શું છે, ઊર્જાના કયા સ્વરૂપો પ્રકૃતિમાં અસ્તિત્વ ધરાવે છે અને ઊર્જાના સ્વરૂપ વિશે કોઈ સ્પષ્ટ વિચારો નહોતા. ચળવળ અને પદાર્થનું પરિવર્તન.

ઉષ્માના જથ્થાને ઉષ્મા વિનિમયની પ્રક્રિયામાં ભૌતિક શરીરમાં સ્થાનાંતરિત ઊર્જાની સમકક્ષ ભૌતિક જથ્થા તરીકે સમજવામાં આવે છે.

ગરમીનું જૂનું એકમ એ કેલરી છે, જે 4.2 J ની બરાબર છે;

શરૂઆતમાં, એવું માનવામાં આવતું હતું કે થર્મલ ઉર્જાનું વાહક પ્રવાહીના ગુણો સાથે સંપૂર્ણપણે વજનહીન માધ્યમ છે. હીટ ટ્રાન્સફરની અસંખ્ય ભૌતિક સમસ્યાઓ આ આધારને આધારે હલ કરવામાં આવી છે અને હજુ પણ છે. કાલ્પનિક કેલરીનું અસ્તિત્વ ઘણા અનિવાર્યપણે યોગ્ય બાંધકામો માટેનો આધાર હતો. એવું માનવામાં આવતું હતું કે ગરમી અને ઠંડક, ગલન અને સ્ફટિકીકરણની ઘટનામાં કેલરી મુક્ત થાય છે અને શોષાય છે. ખોટા ભૌતિક ખ્યાલોના આધારે હીટ ટ્રાન્સફર પ્રક્રિયાઓ માટે યોગ્ય સમીકરણો મેળવવામાં આવ્યા હતા. ત્યાં એક જાણીતો કાયદો છે જે મુજબ ગરમીનું પ્રમાણ ગરમીના વિનિમયમાં ભાગ લેતા શરીરના સમૂહ અને તાપમાનના ઢાળના સીધા પ્રમાણસર છે:

જ્યાં Q એ ગરમીનું પ્રમાણ છે, m એ બોડી માસ અને ગુણાંક છે સાથે- ચોક્કસ ગરમી ક્ષમતા કહેવાય જથ્થો. ચોક્કસ ગરમી ક્ષમતા એ પ્રક્રિયામાં સામેલ પદાર્થની લાક્ષણિકતા છે.

થર્મોડાયનેમિક્સમાં કામ કરો

થર્મલ પ્રક્રિયાઓના પરિણામે, સંપૂર્ણપણે યાંત્રિક કાર્ય કરી શકાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, જ્યારે ગેસ ગરમ થાય છે, ત્યારે તે તેનું પ્રમાણ વધારે છે. ચાલો નીચે ચિત્ર જેવી પરિસ્થિતિ લઈએ:

આ કિસ્સામાં, યાંત્રિક કાર્ય પિસ્ટન પરના ગેસના દબાણના બળ જેટલું હશે જે દબાણ હેઠળ પિસ્ટન દ્વારા મુસાફરી કરેલા પાથ દ્વારા ગુણાકાર કરવામાં આવે છે. અલબત્ત, આ સૌથી સરળ કેસ છે. પરંતુ તેમાં પણ કોઈ એક મુશ્કેલી જોઈ શકે છે: દબાણ બળ ગેસના જથ્થા પર આધારિત હશે, જેનો અર્થ છે કે આપણે સ્થિરાંકો સાથે નહીં, પરંતુ ચલ જથ્થાઓ સાથે કામ કરી રહ્યા છીએ. ત્રણેય ચલો: દબાણ, તાપમાન અને વોલ્યુમ એકબીજા સાથે સંબંધિત હોવાથી, ગણતરીનું કાર્ય નોંધપાત્ર રીતે વધુ જટિલ બને છે. કેટલીક આદર્શ, અનંત ધીમી પ્રક્રિયાઓ છે: આઇસોબેરિક, આઇસોથર્મલ, એડિયાબેટિક અને આઇસોકોરિક - જેના માટે આવી ગણતરીઓ પ્રમાણમાં સરળ રીતે કરી શકાય છે. દબાણ વિરુદ્ધ વોલ્યુમનો ગ્રાફ રચવામાં આવે છે અને કાર્યની ગણતરી ફોર્મના અભિન્ન અંગ તરીકે કરવામાં આવે છે.

« ભૌતિકશાસ્ત્ર - 10મું ધોરણ"

દ્રવ્યનું એકંદર પરિવર્તન કઈ પ્રક્રિયાઓમાં થાય છે?
તમે પદાર્થના એકત્રીકરણની સ્થિતિને કેવી રીતે બદલી શકો છો?

તમે કોઈપણ શરીરની આંતરિક ઊર્જાને કામ કરીને, ગરમ કરીને અથવા તેનાથી વિપરીત, તેને ઠંડુ કરીને બદલી શકો છો.
તેથી, જ્યારે ધાતુ બનાવતી વખતે, કામ કરવામાં આવે છે અને તે ગરમ થાય છે, તે જ સમયે ધાતુને સળગતી જ્યોત પર ગરમ કરી શકાય છે.

ઉપરાંત, જો તમે પિસ્ટન (ફિગ. 13.5) ને ઠીક કરો છો, તો જ્યારે ગરમ થાય ત્યારે ગેસનું પ્રમાણ બદલાતું નથી અને કોઈ કાર્ય કરવામાં આવતું નથી. પરંતુ ગેસનું તાપમાન, અને તેથી તેની આંતરિક ઊર્જા વધે છે.

આંતરિક ઊર્જામાં વધારો અને ઘટાડો થઈ શકે છે, તેથી ગરમીનું પ્રમાણ હકારાત્મક અથવા નકારાત્મક હોઈ શકે છે.

કામ કર્યા વિના એક શરીરમાંથી બીજા શરીરમાં ઉર્જા સ્થાનાંતરિત કરવાની પ્રક્રિયા કહેવાય છે હીટ એક્સચેન્જ.

હીટ ટ્રાન્સફર દરમિયાન આંતરિક ઊર્જામાં થતા ફેરફારના જથ્થાત્મક માપને કહેવામાં આવે છે ગરમીની માત્રા.

હીટ ટ્રાન્સફરનું મોલેક્યુલર ચિત્ર.

શરીર વચ્ચેની સીમા પર ગરમીના વિનિમય દરમિયાન, ગરમ શરીરના ઝડપી ગતિશીલ અણુઓ સાથે ઠંડા શરીરના ધીમે ધીમે ગતિશીલ અણુઓની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા થાય છે. પરિણામે, પરમાણુઓની ગતિ શક્તિ સમાન થાય છે અને ઠંડા શરીરના અણુઓની ગતિ વધે છે, અને ગરમ શરીરની ગતિ ઘટે છે.

ગરમીના વિનિમય દરમિયાન, ઊર્જા એક સ્વરૂપમાંથી બીજામાં રૂપાંતરિત થતી નથી;

ગરમી અને ગરમીની ક્ષમતાની માત્રા.

તમે પહેલાથી જ જાણો છો કે તાપમાન t 1 થી તાપમાન t 2 સુધી m સમૂહના શરીરને ગરમ કરવા માટે તેમાં ગરમીનો જથ્થો સ્થાનાંતરિત કરવો જરૂરી છે:

Q = cm(t 2 - t 1) = cm Δt. (13.5)

જ્યારે શરીર ઠંડુ થાય છે, ત્યારે તેનું અંતિમ તાપમાન t 2 પ્રારંભિક તાપમાન t 1 કરતા ઓછું હોય છે અને શરીર દ્વારા આપવામાં આવતી ગરમીનું પ્રમાણ નકારાત્મક હોય છે.

સૂત્ર (13.5) માં ગુણાંક c કહેવામાં આવે છે ચોક્કસ ગરમી ક્ષમતાપદાર્થો

ચોક્કસ ગરમી- આ સંખ્યાત્મક રીતે ગરમીના જથ્થાની બરાબર છે જે 1 કિલો વજન ધરાવતો પદાર્થ મેળવે છે અથવા છોડે છે જ્યારે તેનું તાપમાન 1 K દ્વારા બદલાય છે.

વાયુઓની વિશિષ્ટ ઉષ્મા ક્ષમતા તે પ્રક્રિયા પર આધાર રાખે છે જેના દ્વારા ગરમીનું ટ્રાન્સફર થાય છે. જો તમે સતત દબાણ પર ગેસને ગરમ કરો છો, તો તે વિસ્તરણ કરશે અને કાર્ય કરશે. સતત દબાણ પર ગેસને 1 °C થી ગરમ કરવા માટે, તેને સ્થિર વોલ્યુમ પર ગરમ કરવા કરતાં વધુ ગરમી સ્થાનાંતરિત કરવાની જરૂર છે, જ્યારે ગેસ ફક્ત ગરમ થશે.

જ્યારે ગરમ થાય છે ત્યારે પ્રવાહી અને ઘન પદાર્થો સહેજ વિસ્તરે છે. સ્થિર જથ્થા અને સતત દબાણ પર તેમની વિશિષ્ટ ઉષ્મા ક્ષમતામાં થોડો તફાવત હોય છે.

બાષ્પીભવનની ચોક્કસ ગરમી.

ઉકળતા પ્રક્રિયા દરમિયાન પ્રવાહીને વરાળમાં રૂપાંતરિત કરવા માટે, તેમાં ચોક્કસ માત્રામાં ગરમી સ્થાનાંતરિત કરવી આવશ્યક છે. જ્યારે તે ઉકળે ત્યારે પ્રવાહીનું તાપમાન બદલાતું નથી. સતત તાપમાને પ્રવાહીનું વરાળમાં રૂપાંતર અણુઓની ગતિ ઊર્જામાં વધારો તરફ દોરી જતું નથી, પરંતુ તેમની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની સંભવિત ઊર્જામાં વધારો સાથે છે. છેવટે, ગેસના અણુઓ વચ્ચેનું સરેરાશ અંતર પ્રવાહી અણુઓ વચ્ચે કરતાં ઘણું વધારે છે.

સ્થિર તાપમાને 1 કિગ્રા વજનના પ્રવાહીને વરાળમાં રૂપાંતરિત કરવા માટે જરૂરી ગરમીના જથ્થાના આંકડાકીય રીતે સમાન જથ્થો કહેવાય છે. બાષ્પીભવનની ચોક્કસ ગરમી.

પ્રવાહીના બાષ્પીભવનની પ્રક્રિયા કોઈપણ તાપમાને થાય છે, જ્યારે સૌથી ઝડપી અણુઓ પ્રવાહીને છોડી દે છે અને બાષ્પીભવન દરમિયાન તે ઠંડુ થાય છે. બાષ્પીભવનની વિશિષ્ટ ગરમી બાષ્પીભવનની વિશિષ્ટ ગરમી જેટલી હોય છે.

આ મૂલ્ય r અક્ષર દ્વારા દર્શાવવામાં આવે છે અને પ્રતિ કિલોગ્રામ (J/kg)માં જ્યુલ્સમાં દર્શાવવામાં આવે છે.

પાણીના બાષ્પીભવનની ચોક્કસ ગરમી ખૂબ વધારે છે: r H20 = 2.256 10 6 J/kg 100 °C ના તાપમાને. અન્ય પ્રવાહી માટે, ઉદાહરણ તરીકે આલ્કોહોલ, ઈથર, પારો, કેરોસીન, બાષ્પીભવનની વિશિષ્ટ ગરમી પાણી કરતાં 3-10 ગણી ઓછી છે.

દ્રવ્ય m ના પ્રવાહીને વરાળમાં રૂપાંતરિત કરવા માટે, ગરમીની સમાન માત્રા જરૂરી છે:

Q p = rm. (13.6)

જ્યારે વરાળ ઘટ્ટ થાય છે, ત્યારે સમાન પ્રમાણમાં ગરમી છોડવામાં આવે છે:

Q k = -rm. (13.7)

ફ્યુઝનની ચોક્કસ ગરમી.

જ્યારે સ્ફટિકીય શરીર પીગળે છે, ત્યારે તેને પૂરી પાડવામાં આવતી તમામ ગરમી પરમાણુઓ વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની સંભવિત ઊર્જાને વધારવા માટે જાય છે. પરમાણુઓની ગતિ ઊર્જા બદલાતી નથી, કારણ કે ગલન સતત તાપમાને થાય છે.

ગલનબિંદુ પર 1 કિગ્રા વજન ધરાવતા સ્ફટિકીય પદાર્થને પ્રવાહીમાં રૂપાંતરિત કરવા માટે જરૂરી ગરમીના જથ્થાના આંકડાકીય રીતે સમાન મૂલ્ય કહેવાય છે. ફ્યુઝનની ચોક્કસ ગરમીઅને અક્ષર λ દ્વારા સૂચવવામાં આવે છે.

જ્યારે 1 કિલો વજન ધરાવતો પદાર્થ સ્ફટિકીકરણ કરે છે, ત્યારે ગલન દરમિયાન શોષાય છે તેટલી જ ગરમી છોડવામાં આવે છે.

બરફના પીગળવાની ચોક્કસ ગરમી ઘણી વધારે છે: 3.34 10 5 J/kg.

“જો બરફમાં ફ્યુઝનની ઊંચી ગરમી ન હોત, તો વસંતઋતુમાં બરફનો સંપૂર્ણ સમૂહ થોડી મિનિટો અથવા સેકંડમાં ઓગળવો પડશે, કારણ કે ગરમી હવામાંથી બરફમાં સતત સ્થાનાંતરિત થાય છે. આના પરિણામો ભયંકર હશે; છેવટે, વર્તમાન પરિસ્થિતિમાં પણ, જ્યારે મોટા પ્રમાણમાં બરફ અથવા બરફ પીગળે છે ત્યારે મોટા પૂર અને પાણીના મજબૂત પ્રવાહો ઉદ્ભવે છે." આર. બ્લેક, XVIII સદી.

સમૂહ m ના સ્ફટિકીય શરીરને ઓગળવા માટે, ગરમીની સમાન માત્રા જરૂરી છે:

Qpl = λm. (13.8)

શરીરના સ્ફટિકીકરણ દરમિયાન છોડવામાં આવતી ગરમીનું પ્રમાણ બરાબર છે:

Q cr = -λm (13.9)

ગરમી સંતુલન સમીકરણ.

ચાલો આપણે એક સિસ્ટમમાં ગરમીના વિનિમયને ધ્યાનમાં લઈએ જેમાં શરૂઆતમાં વિવિધ તાપમાન હોય છે, ઉદાહરણ તરીકે, વાસણમાં પાણી અને પાણીમાં નીચે પડેલા ગરમ લોખંડના દડા વચ્ચે ગરમીનું વિનિમય. ઊર્જાના સંરક્ષણના કાયદા અનુસાર, એક શરીર દ્વારા આપવામાં આવતી ગરમીનું પ્રમાણ સંખ્યાત્મક રીતે બીજા દ્વારા પ્રાપ્ત થતી ગરમીની માત્રા જેટલું હોય છે.

આપેલ ગરમીની માત્રા નકારાત્મક ગણવામાં આવે છે, પ્રાપ્ત ગરમીની માત્રા હકારાત્મક ગણવામાં આવે છે. તેથી, ગરમીની કુલ માત્રા Q1 + Q2 = 0.

જો એક અલગ સિસ્ટમમાં અનેક સંસ્થાઓ વચ્ચે ગરમીનું વિનિમય થાય છે, તો પછી

Q 1 + Q 2 + Q 3 + ... = 0. (13.10)

સમીકરણ (13.10) કહેવાય છે ગરમી સંતુલન સમીકરણ.

અહીં Q 1 Q 2, Q 3 એ શરીર દ્વારા પ્રાપ્ત અથવા આપવામાં આવતી ગરમીની માત્રા છે. ગરમીની આ માત્રા સૂત્ર (13.5) અથવા સૂત્રો (13.6)-(13.9) દ્વારા વ્યક્ત કરવામાં આવે છે, જો ઉષ્મા વિનિમય પ્રક્રિયા દરમિયાન પદાર્થના વિવિધ તબક્કામાં પરિવર્તન (ગલન, સ્ફટિકીકરણ, બાષ્પીભવન, ઘનીકરણ) થાય છે.

આ પાઠમાં આપણે શીખીશું કે શરીરને ગરમ કરવા માટે જરૂરી ગરમીના જથ્થાની ગણતરી કેવી રીતે કરવી અથવા જ્યારે ઠંડુ થાય ત્યારે તેના દ્વારા છોડવામાં આવે છે. આ કરવા માટે, અમે અગાઉના પાઠોમાં પ્રાપ્ત થયેલા જ્ઞાનનો સારાંશ આપીશું.

વધુમાં, આપણે ગરમીના જથ્થા માટેના સૂત્રનો ઉપયોગ કરીને, આ સૂત્રમાંથી બાકીના જથ્થાઓને વ્યક્ત કરવા અને અન્ય જથ્થાઓને જાણીને તેમની ગણતરી કરવાનું શીખીશું. ગરમીના જથ્થાની ગણતરી માટેના ઉકેલ સાથેની સમસ્યાનું ઉદાહરણ પણ ધ્યાનમાં લેવામાં આવશે.

આ પાઠ ગરમીની માત્રાની ગણતરી કરવા માટે સમર્પિત છે જ્યારે શરીર ગરમ થાય છે અથવા જ્યારે ઠંડુ થાય છે ત્યારે છોડવામાં આવે છે.

ગરમીની જરૂરી રકમની ગણતરી કરવાની ક્ષમતા ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ છે. આની જરૂર પડી શકે છે, ઉદાહરણ તરીકે, જ્યારે રૂમને ગરમ કરવા માટે પાણીને આપવામાં આવતી ગરમીની માત્રાની ગણતરી કરવામાં આવે છે.

ચોખા. 1. ઓરડાને ગરમ કરવા માટે પાણીને આપવામાં આવતી ગરમીની માત્રા

અથવા જ્યારે વિવિધ એન્જિનોમાં બળતણ બાળવામાં આવે છે ત્યારે ગરમીની માત્રાની ગણતરી કરવા માટે:

ચોખા. 2. જ્યારે એન્જિનમાં બળતણ બાળવામાં આવે છે ત્યારે ગરમીનો જથ્થો જે છોડવામાં આવે છે

આ જ્ઞાનની પણ જરૂર છે, ઉદાહરણ તરીકે, સૂર્ય દ્વારા છોડવામાં આવતી અને પૃથ્વી પર પડેલી ગરમીની માત્રા નક્કી કરવા માટે:

ચોખા. 3. સૂર્ય દ્વારા છોડવામાં આવતી અને પૃથ્વી પર પડતી ગરમીનું પ્રમાણ

ગરમીની માત્રાની ગણતરી કરવા માટે, તમારે ત્રણ બાબતો જાણવાની જરૂર છે (ફિગ. 4):

• શરીરનું વજન (જે સામાન્ય રીતે સ્કેલનો ઉપયોગ કરીને માપી શકાય છે);
• તાપમાનનો તફાવત જેના દ્વારા શરીરને ગરમ અથવા ઠંડુ કરવું આવશ્યક છે (સામાન્ય રીતે થર્મોમીટરનો ઉપયોગ કરીને માપવામાં આવે છે);
• શરીરની ચોક્કસ ગરમી ક્ષમતા (જે ટેબલ પરથી નક્કી કરી શકાય છે).

ચોખા. 4. નક્કી કરવા માટે તમારે શું જાણવાની જરૂર છે

સૂત્ર કે જેના દ્વારા ગરમીની માત્રાની ગણતરી કરવામાં આવે છે તે આના જેવો દેખાય છે:

આ સૂત્રમાં નીચેની માત્રા દેખાય છે:

જ્યુલ્સ (J) માં માપવામાં આવતી ગરમીની માત્રા;

પદાર્થની ચોક્કસ ઉષ્મા ક્ષમતા માપવામાં આવે છે;

- તાપમાનનો તફાવત, ડિગ્રી સેલ્સિયસ () માં માપવામાં આવે છે.

ચાલો ગરમીની માત્રાની ગણતરી કરવાની સમસ્યાને ધ્યાનમાં લઈએ.

કાર્ય

ગ્રામના સમૂહ સાથેના કોપર ગ્લાસમાં તાપમાનમાં લિટરની માત્રા સાથે પાણી હોય છે. એક ગ્લાસ પાણીમાં કેટલી ગરમી ટ્રાન્સફર કરવી જોઈએ જેથી તેનું તાપમાન બરાબર થાય?

ચોખા. 5. સમસ્યાની પરિસ્થિતિઓનું ચિત્રણ

પહેલા આપણે એક ટૂંકી શરત લખીએ ( આપેલ) અને તમામ જથ્થાને આંતરરાષ્ટ્રીય સિસ્ટમ (SI) માં કન્વર્ટ કરો.

ઉકેલ:

પ્રથમ, નક્કી કરો કે આ સમસ્યાને ઉકેલવા માટે આપણને અન્ય કયા જથ્થાની જરૂર છે. ચોક્કસ ગરમી ક્ષમતાના કોષ્ટક (કોષ્ટક 1) નો ઉપયોગ કરીને આપણે શોધીએ છીએ (કોપરની વિશિષ્ટ ગરમી ક્ષમતા, કારણ કે શરત મુજબ કાચ તાંબાનો છે), (પાણીની વિશિષ્ટ ગરમી ક્ષમતા, કારણ કે શરત મુજબ કાચમાં પાણી છે). વધુમાં, આપણે જાણીએ છીએ કે ગરમીની માત્રાની ગણતરી કરવા માટે આપણને પાણીના સમૂહની જરૂર છે. શરત મુજબ, અમને માત્ર વોલ્યુમ આપવામાં આવે છે. તેથી, કોષ્ટકમાંથી આપણે પાણીની ઘનતા લઈએ છીએ: (કોષ્ટક 2).

ટેબલ 1. કેટલાક પદાર્થોની વિશિષ્ટ ગરમી ક્ષમતા,

ટેબલ 2. કેટલાક પ્રવાહીની ઘનતા

હવે અમારી પાસે આ સમસ્યાને ઉકેલવા માટે જરૂરી બધું છે.

નોંધ કરો કે ગરમીના અંતિમ જથ્થામાં તાંબાના ગ્લાસને ગરમ કરવા માટે જરૂરી ગરમીના જથ્થા અને તેમાં પાણીને ગરમ કરવા માટે જરૂરી ગરમીના જથ્થાનો સમાવેશ થાય છે:

ચાલો પહેલા કોપર ગ્લાસને ગરમ કરવા માટે જરૂરી ગરમીની માત્રાની ગણતરી કરીએ:

પાણીને ગરમ કરવા માટે જરૂરી ગરમીના જથ્થાની ગણતરી કરતા પહેલા, ચાલો એક સૂત્રનો ઉપયોગ કરીને પાણીના જથ્થાની ગણતરી કરીએ જે ગ્રેડ 7 થી આપણને પરિચિત છે:

હવે આપણે ગણતરી કરી શકીએ:

પછી આપણે ગણતરી કરી શકીએ:

ચાલો યાદ કરીએ કે કિલોજુલનો અર્થ શું છે. ઉપસર્ગ "કિલો" નો અર્થ થાય છે .

જવાબ:.

આ ખ્યાલ સાથે સંકળાયેલ ગરમીની માત્રા (કહેવાતી સીધી સમસ્યાઓ) અને જથ્થા શોધવાની સમસ્યાઓ ઉકેલવાની સુવિધા માટે, તમે નીચેના કોષ્ટકનો ઉપયોગ કરી શકો છો.

થર્મોડાયનેમિક સિસ્ટમની આંતરિક ઊર્જા બે રીતે બદલી શકાય છે:

1. સિસ્ટમ પર કામ કરી રહ્યા છીએ,
2. થર્મલ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનો ઉપયોગ કરીને.

શરીરમાં ગરમીનું ટ્રાન્સફર શરીર પર મેક્રોસ્કોપિક કાર્યના પ્રભાવ સાથે સંકળાયેલું નથી. આ કિસ્સામાં, આંતરિક ઊર્જામાં ફેરફાર એ હકીકતને કારણે થાય છે કે ઊંચા તાપમાનવાળા શરીરના વ્યક્તિગત અણુઓ શરીરના કેટલાક અણુઓ પર કામ કરે છે જેનું તાપમાન ઓછું હોય છે. આ કિસ્સામાં, થર્મલ વાહકતાને કારણે થર્મલ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની અનુભૂતિ થાય છે. રેડિયેશનનો ઉપયોગ કરીને એનર્જી ટ્રાન્સફર પણ શક્ય છે. માઇક્રોસ્કોપિક પ્રક્રિયાઓની સિસ્ટમ (આખા શરીર સાથે નહીં, પરંતુ વ્યક્તિગત પરમાણુઓ સાથે સંબંધિત)ને હીટ ટ્રાન્સફર કહેવામાં આવે છે. ઉષ્માના સ્થાનાંતરણના પરિણામે એક શરીરમાંથી બીજા શરીરમાં સ્થાનાંતરિત થતી ઉર્જાનું પ્રમાણ એક શરીરમાંથી બીજા શરીરમાં સ્થાનાંતરિત થનારી ગરમીના જથ્થા દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે.

વ્યાખ્યા

હૂંફઆસપાસના શરીર (પર્યાવરણ) સાથે ઉષ્મા વિનિમયની પ્રક્રિયામાં શરીર દ્વારા પ્રાપ્ત થતી (અથવા છોડી દેવા) ઊર્જા છે.

ગરમીનું પ્રતીક સામાન્ય રીતે અક્ષર Q છે.

થર્મોડાયનેમિક્સમાં આ મૂળભૂત માત્રામાંની એક છે. થર્મોડાયનેમિક્સના પ્રથમ અને બીજા નિયમોના ગાણિતિક અભિવ્યક્તિઓમાં ગરમીનો સમાવેશ થાય છે. ગરમીને પરમાણુ ગતિના સ્વરૂપમાં ઊર્જા કહેવામાં આવે છે.

ગરમીને સિસ્ટમ (શરીર) માં સ્થાનાંતરિત કરી શકાય છે, અથવા તે તેમાંથી લઈ શકાય છે. એવું માનવામાં આવે છે કે જો ગરમી સિસ્ટમમાં સ્થાનાંતરિત થાય છે, તો તે હકારાત્મક છે.

જ્યારે તાપમાન બદલાય છે ત્યારે ગરમીની ગણતરી માટેનું સૂત્ર

અમે ગરમીની પ્રાથમિક માત્રાને તરીકે દર્શાવીએ છીએ. ચાલો નોંધ લઈએ કે ગરમીનું તત્વ જે સિસ્ટમ તેના રાજ્યમાં નાના ફેરફાર સાથે મેળવે છે (આપે છે) તે સંપૂર્ણ તફાવત નથી. આનું કારણ એ છે કે ગરમી એ સિસ્ટમની સ્થિતિ બદલવાની પ્રક્રિયાનું કાર્ય છે.

સિસ્ટમને આપવામાં આવતી ગરમીની પ્રાથમિક માત્રા અને તાપમાન T થી T+dT માં બદલાય છે, તે બરાબર છે:

જ્યાં C એ શરીરની ગરમીની ક્ષમતા છે. જો પ્રશ્નમાંનું શરીર સજાતીય છે, તો ગરમીની માત્રા માટે સૂત્ર (1) આ રીતે રજૂ કરી શકાય છે:

જો શરીર સજાતીય છે, અને ગરમીની ક્ષમતા તાપમાનથી સ્વતંત્ર માનવામાં આવે છે, તો પછી તાપમાનની માત્રામાં વધારો થાય ત્યારે શરીરને જે ગરમી () પ્રાપ્ત થાય છે તેની ગણતરી આ રીતે કરી શકાય છે:

જ્યાં t 2, t 1 શરીરનું તાપમાન ગરમ કરતા પહેલા અને પછી. મહેરબાની કરીને નોંધ કરો કે ગણતરીમાં તફાવત () શોધતી વખતે, તાપમાનને ડિગ્રી સેલ્સિયસ અને કેલ્વિન્સ બંનેમાં બદલી શકાય છે.

તબક્કાના સંક્રમણો દરમિયાન ગરમીની માત્રા માટેનું સૂત્ર

પદાર્થના એક તબક્કામાંથી બીજા તબક્કામાં સંક્રમણ ચોક્કસ માત્રામાં ગરમીનું શોષણ અથવા પ્રકાશન સાથે થાય છે, જેને તબક્કા સંક્રમણની ગરમી કહેવામાં આવે છે.

આમ, પદાર્થના તત્વને ઘન સ્થિતિમાંથી પ્રવાહીમાં સ્થાનાંતરિત કરવા માટે, તેને ગરમીનો જથ્થો () આપવો જોઈએ:

ફ્યુઝનની ચોક્કસ ગરમી ક્યાં છે, dm એ બોડી માસનું તત્વ છે. તે ધ્યાનમાં લેવું જોઈએ કે શરીરનું તાપમાન પ્રશ્નમાં રહેલા પદાર્થના ગલનબિંદુ જેટલું હોવું જોઈએ. સ્ફટિકીકરણ દરમિયાન, ગરમી (4) ની બરાબર પ્રકાશિત થાય છે.

પ્રવાહીને વરાળમાં રૂપાંતરિત કરવા માટે જરૂરી ઉષ્મા (બાષ્પીભવનની ગરમી) ની માત્રા આ રીતે શોધી શકાય છે:

જ્યાં r એ બાષ્પીભવનની વિશિષ્ટ ગરમી છે. જ્યારે વરાળ ઘટ્ટ થાય છે, ત્યારે ગરમી છોડવામાં આવે છે. બાષ્પીભવનની ગરમી એ પદાર્થના સમાન સમૂહના ઘનીકરણની ગરમી જેટલી હોય છે.

ગરમીનું પ્રમાણ માપવા માટેના એકમો

SI સિસ્ટમમાં ગરમીની માત્રા માટે માપનનું મૂળભૂત એકમ છે: [Q] =J

ગરમીનું એક વધારાનું-સિસ્ટમ એકમ, જે ઘણીવાર તકનીકી ગણતરીઓમાં જોવા મળે છે. [Q]=cal (કેલરી). 1 કેલરી = 4.1868 જે.

સમસ્યા હલ કરવાના ઉદાહરણો

ઉદાહરણ

વ્યાયામ. t = 40 C ના તાપમાને 200 લિટર પાણી મેળવવા માટે પાણીના કયા જથ્થાને મિશ્રિત કરવું જોઈએ, જો પાણીના એક સમૂહનું તાપમાન t 1 = 10 C છે, તો પાણીના બીજા સમૂહનું તાપમાન t 2 = 60 C છે. ?

ઉકેલ.ચાલો ફોર્મમાં ગરમી સંતુલન સમીકરણ લખીએ:

જ્યાં Q=cmt એ પાણીનું મિશ્રણ કર્યા પછી તૈયાર કરેલી ગરમીનું પ્રમાણ છે; Q 1 = cm 1 t 1 - તાપમાન t 1 અને માસ m 1 સાથે પાણીના ભાગની ગરમીની માત્રા; Q 2 = cm 2 t 2 - તાપમાન t 2 અને સમૂહ m 2 સાથે પાણીના ભાગની ગરમીનું પ્રમાણ.

સમીકરણ (1.1) થી તે નીચે મુજબ છે:

જ્યારે પાણીના ઠંડા (V 1) અને ગરમ (V 2) ભાગોને એક જ વોલ્યુમ (V) માં સંયોજિત કરીએ, ત્યારે આપણે ધારી શકીએ કે:

તેથી, અમને સમીકરણોની સિસ્ટમ મળે છે:

તેને હલ કર્યા પછી અમને મળે છે:

તમે માત્ર કામ કરીને જ નહીં, પણ ગેસને ગરમ કરીને પણ સિલિન્ડરમાં ગેસની આંતરિક ઊર્જા બદલી શકો છો (ફિગ. 43). જો તમે પિસ્ટનને ઠીક કરો છો, તો ગેસનું પ્રમાણ બદલાશે નહીં, પરંતુ તાપમાન, અને તેથી આંતરિક ઊર્જા, વધશે.
કામ કર્યા વિના એક શરીરમાંથી બીજા શરીરમાં ઊર્જાનું ટ્રાન્સફર કરવાની પ્રક્રિયાને હીટ એક્સચેન્જ અથવા હીટ ટ્રાન્સફર કહે છે.

ગરમીના વિનિમયના પરિણામે શરીરમાં સ્થાનાંતરિત ઊર્જાને ગરમીની માત્રા કહેવામાં આવે છે.ગરમીના જથ્થાને ઉર્જા પણ કહેવામાં આવે છે જે શરીર ગરમીના વિનિમય દરમિયાન આપે છે.

હીટ ટ્રાન્સફરનું મોલેક્યુલર ચિત્ર.શરીર વચ્ચેની સીમા પર ગરમીના વિનિમય દરમિયાન, ઠંડા શરીરના ધીમી ગતિએ ફરતા અણુઓ અને ગરમ શરીરના ઝડપી ગતિશીલ અણુઓની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા થાય છે. પરિણામે, પરમાણુઓની ગતિ શક્તિ સમાન થાય છે અને ઠંડા શરીરના અણુઓની ગતિ વધે છે, અને ગરમ શરીરની ગતિ ઘટે છે.

ગરમીના વિનિમય દરમિયાન, ઊર્જા એક સ્વરૂપમાંથી બીજામાં રૂપાંતરિત થતી નથી: ગરમ શરીરની આંતરિક ઊર્જાનો ભાગ ઠંડા શરીરમાં સ્થાનાંતરિત થાય છે.

ગરમી અને ગરમીની ક્ષમતાની માત્રા. VII વર્ગના ભૌતિકશાસ્ત્રના અભ્યાસક્રમમાંથી તે જાણીતું છે કે તાપમાન t 1 થી તાપમાન t 2 સુધી m સમૂહના શરીરને ગરમ કરવા માટે તેને ગરમીની માત્રા વિશે જાણ કરવી જરૂરી છે.

Q = cm(t 2 – t 1) = cmΔt. (4.5)

જ્યારે શરીર ઠંડુ થાય છે, ત્યારે તેનું શાશ્વત તાપમાન t 2 પ્રારંભિક તાપમાન t 1 કરતા ઓછું હોય છે અને શરીર દ્વારા આપવામાં આવતી ગરમીનું પ્રમાણ નકારાત્મક હોય છે.
સૂત્ર (4.5) માં ગુણાંક c કહેવામાં આવે છે ચોક્કસ ગરમી ક્ષમતા. વિશિષ્ટ ઉષ્મા ક્ષમતા એ ગરમીનું પ્રમાણ છે જે 1 કિલો પદાર્થ જ્યારે તેનું તાપમાન 1 K દ્વારા બદલાય છે ત્યારે મેળવે છે અથવા છોડે છે.

વિશિષ્ટ ઉષ્મા ક્ષમતા કેલ્વિન દ્વારા ગુણાકાર કિલોગ્રામ દ્વારા વિભાજિત જ્યુલ્સમાં દર્શાવવામાં આવે છે.વિવિધ સંસ્થાઓને તાપમાનમાં 1 K દ્વારા વધારો કરવા માટે વિવિધ માત્રામાં ઊર્જાની જરૂર પડે છે. આમ, પાણીની વિશિષ્ટ ઉષ્મા ક્ષમતા 4190 J/(kg K) છે અને તાંબાની 380 J/(kg K) છે.

ચોક્કસ ગરમીની ક્ષમતા માત્ર પદાર્થના ગુણધર્મો પર જ નહીં, પરંતુ તે પ્રક્રિયા પર પણ આધાર રાખે છે જેના દ્વારા ગરમીનું ટ્રાન્સફર થાય છે. જો તમે સતત દબાણ પર ગેસને ગરમ કરો છો, તો તે વિસ્તરણ કરશે અને કાર્ય કરશે. સતત દબાણ પર ગેસને 1°C દ્વારા ગરમ કરવા માટે, તેને સતત વોલ્યુમ પર ગરમ કરવા કરતાં વધુ ગરમી તેમાં સ્થાનાંતરિત કરવાની જરૂર પડશે.

પ્રવાહી અને નક્કર શરીર જ્યારે ગરમ થાય છે ત્યારે સહેજ વિસ્તરે છે, અને સતત વોલ્યુમ અને સતત દબાણ પર તેમની વિશિષ્ટ ગરમી ક્ષમતાઓ થોડો અલગ પડે છે.

બાષ્પીભવનની ચોક્કસ ગરમી.પ્રવાહીને વરાળમાં પરિવર્તિત કરવા માટે, તેમાં ચોક્કસ માત્રામાં ગરમી સ્થાનાંતરિત કરવી આવશ્યક છે. આ પરિવર્તન દરમિયાન પ્રવાહીનું તાપમાન બદલાતું નથી. સતત તાપમાને પ્રવાહીનું વરાળમાં રૂપાંતર અણુઓની ગતિ ઊર્જામાં વધારો તરફ દોરી જતું નથી, પરંતુ તેની સંભવિત ઊર્જામાં વધારો સાથે છે. છેવટે, ગેસના પરમાણુઓ વચ્ચેનું સરેરાશ અંતર પ્રવાહી પરમાણુઓ વચ્ચે કરતાં અનેક ગણું વધારે છે. વધુમાં, પ્રવાહીમાંથી વાયુયુક્ત સ્થિતિમાં પદાર્થના સંક્રમણ દરમિયાન વોલ્યુમમાં વધારો કરવા માટે બાહ્ય દબાણ દળો સામે કામ કરવાની જરૂર છે.

સ્થિર તાપમાને 1 કિલો પ્રવાહીને વરાળમાં રૂપાંતરિત કરવા માટે જરૂરી ગરમીની માત્રાને વરાળની વિશિષ્ટ ગરમી કહેવામાં આવે છે.

આ જથ્થાને r અક્ષર દ્વારા દર્શાવવામાં આવે છે અને પ્રતિ કિલોગ્રામ જ્યૂલ્સમાં દર્શાવવામાં આવે છે.

પાણીના બાષ્પીભવનની વિશિષ્ટ ગરમી ખૂબ ઊંચી છે: 2.256 · 10 6 J/kg 100°C ના તાપમાને. અન્ય પ્રવાહી (આલ્કોહોલ, ઈથર, પારો, કેરોસીન, વગેરે) માટે વરાળની ચોક્કસ ગરમી 3-10 ગણી ઓછી હોય છે.

દ્રવ્ય m ના પ્રવાહીને વરાળમાં રૂપાંતરિત કરવા માટે, જેટલી ગરમીની જરૂર પડે છે:

જ્યારે વરાળ ઘટ્ટ થાય છે, ત્યારે સમાન પ્રમાણમાં ગરમી છોડવામાં આવે છે

ફ્યુઝનની ચોક્કસ ગરમી. Q k = –rm. (4.7)

જ્યારે સ્ફટિકીય શરીર પીગળે છે, ત્યારે તેને પૂરી પાડવામાં આવતી તમામ ગરમી પરમાણુઓની સંભવિત ઊર્જાને વધારવા માટે જાય છે. પરમાણુઓની ગતિ ઊર્જા બદલાતી નથી, કારણ કે ગલન સતત તાપમાને થાય છે.

સમાન તાપમાને ગલનબિંદુ પરના 1 કિલો સ્ફટિકીય પદાર્થને પ્રવાહીમાં રૂપાંતરિત કરવા માટે જરૂરી ઉષ્મા λ (લેમ્બડા) ને ફ્યુઝનની વિશિષ્ટ ગરમી કહેવામાં આવે છે.

સમૂહ m ના સ્ફટિકીય શરીરને ઓગળવા માટે, ગરમીની સમાન માત્રા જરૂરી છે:

જ્યારે 1 કિલો પદાર્થ સ્ફટિકીકરણ કરે છે, ત્યારે બરાબર તેટલી જ માત્રામાં ગરમી બહાર આવે છે. બરફના પીગળવાની ચોક્કસ ગરમી ઘણી વધારે છે: 3.4 · 10 5 J/kg.

Qpl = λm. (4.8)

શરીરના સ્ફટિકીકરણ દરમિયાન છોડવામાં આવતી ગરમીનું પ્રમાણ બરાબર છે:

Q cr = – λm. (4.9)