गर्म होने पर क्या होता है. द्वितीय. आणविक भौतिकी। हम थर्मल विस्तार के कारण का पता लगाते हैं
गर्म होने पर शरीर को गर्मी मिलती है और ठंडा होने पर शरीर छोड़ देता है।
गर्म होने पर शरीर द्वारा प्राप्त ऊष्मा की मात्रा की गणना सूत्र द्वारा की जा सकती है:
जहाँ c पदार्थ की विशिष्ट ऊष्मा धारिता है,
m पदार्थ का द्रव्यमान है,
अंतिम और प्रारंभिक तापमान के बीच का अंतर।
शरीर को ठंडा करने के दौरान निकलने वाली ऊष्मा की मात्रा की गणना के लिए भी यही सूत्र उपयुक्त है।
किसी पदार्थ की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता एक भौतिक मात्रा होती है जो उस ऊष्मा की मात्रा को दर्शाती है जिसे इस पदार्थ को 1 ° C तक गर्म करने के लिए इस पदार्थ के 1 किलोग्राम में स्थानांतरित करने की आवश्यकता होती है।
एसआई प्रणाली में विशिष्ट ताप क्षमता के मापन की इकाई:
[एस] = 1 जे/(किलो डिग्री सेल्सियस)।
जब किसी पिंड को उसके पिछले तापमान पर ठंडा किया जाता है, तो उतनी ही ऊष्मा निकलती है जो इस पिंड को गर्म करने में खर्च की गई थी।
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दिलचस्प
1. जलाशयों में पर्याप्त गहराई पर पानी गर्मियों में खराब रूप से क्यों गर्म होता है?
जल तापन धूप की किरणेंऊपर से होता है। हालांकि, पानी में खराब तापीय चालकता है।
2. सर्दियों में +4 डिग्री सेल्सियस का तापमान जलाशय के तल के पास गहराई पर क्यों रहता है?
सबसे पहले, बर्फ नहीं डूबती है।
दूसरा यह है कि +4 डिग्री सेल्सियस तक ठंडा होने वाले पानी का घनत्व सबसे अधिक होता है, इसलिए यह नीचे तक डूब जाता है।
तीसरा, पानी की खराब तापीय चालकता पूरी गहराई पर तापमान बराबर नहीं कर सकती है।
बढ़ई के स्तर की शीशी को गर्म करना
इस उपकरण की सहायता से बढ़ई निर्माण कार्य के दौरान एक क्षैतिज स्तर निर्धारित करते हैं।
यदि उपकरण एक क्षैतिज सतह पर स्थित है, तो पानी से भरी कांच की नली में मौजूद हवा का बुलबुला बिल्कुल केंद्र में स्थित होगा। जब स्तर झुका हुआ होता है, तो बुलबुला ट्यूब के किसी एक सिरे पर चला जाएगा।
तापमान में उतार-चढ़ाव के साथ हवा के बुलबुले की लंबाई बदल जाती है। पर कैसे? जब बुलबुला बड़ा हो: गर्म या अंदर ठंड का मौसम? इन परिस्थितियों में, गैस का विस्तार नहीं हो सकता, क्योंकि यह स्तर में बंद तरल द्वारा रोका जाता है। गर्म होने पर, तरल का विस्तार ट्यूब के विस्तार से अधिक होगा, जो बुलबुले को संकुचित करता है।
तो, लेवल बबल in गर्म मौसमठंड से कम।
ओह, क्या आप इससे सहमत हैं?
अक्सर बर्फ का इस्तेमाल ठंडा करने के लिए किया जाता है। ऐसा इसलिए संभव है क्योंकि बर्फ के पिघलने (पिघलने) के दौरान, एक बड़ी संख्या कीगर्मी।
पानी में अद्भुत गुण होते हैं जो इसे अन्य तरल पदार्थों से बहुत अलग करते हैं। लेकिन यह अच्छा है, अन्यथा, अगर पानी में "साधारण" गुण होते, तो पृथ्वी ग्रह पूरी तरह से अलग होता।गर्म करने पर अधिकांश पदार्थ फैलते हैं। जिसे ऊष्मा के यांत्रिक सिद्धांत के दृष्टिकोण से समझाना काफी आसान है। उनके अनुसार गर्म होने पर किसी पदार्थ के परमाणु और अणु तेजी से गति करने लगते हैं। ठोस पदार्थों में, परमाणु कंपन अधिक आयाम तक पहुँचते हैं, और उन्हें अधिक खाली स्थान की आवश्यकता होती है। नतीजतन, शरीर का विस्तार होता है।
तरल पदार्थ और गैसों के साथ भी यही प्रक्रिया होती है। अर्थात् तापमान में वृद्धि के कारण मुक्त अणुओं की तापीय गति की गति बढ़ जाती है, और शरीर का विस्तार होता है। ठंडा होने पर शरीर उसी के अनुसार सिकुड़ता है। यह लगभग सभी पदार्थों के लिए सच है। पानी के सिवा।
0 से 4°C के रेंज में ठंडा होने पर पानी फैलता है। और गर्म होने पर सिकुड़ जाता है। जब पानी का तापमान चिह्न 4 डिग्री सेल्सियस तक पहुंच जाता है, उस समय पानी का अधिकतम घनत्व होता है, जो 1000 किग्रा/घनमीटर होता है। यदि तापमान इस निशान से नीचे या ऊपर है, तो घनत्व हमेशा थोड़ा कम होता है।
इस गुण के कारण, जब शरद ऋतु और सर्दियों में हवा का तापमान गिरता है, गहरे जल निकायों में एक दिलचस्प प्रक्रिया होती है। जब पानी ठंडा हो जाता है, तो यह नीचे की ओर डूब जाता है, लेकिन केवल तब तक जब तक इसका तापमान +4oC तक न पहुंच जाए। यही कारण है कि पानी के बड़े पिंडों में, ठंडा पानी सतह के करीब होता है, और गर्म पानी नीचे की ओर डूब जाता है। इसलिए जब सर्दियों में पानी की सतह जम जाती है, तो गहरी परतें 4oC का तापमान बनाए रखती हैं। इस क्षण के लिए धन्यवाद, मछली बर्फ से ढके जलाशयों की गहराई में सुरक्षित रूप से सर्दी कर सकती है।
जलवायु पर जल विस्तार का प्रभाव
गर्म होने पर पानी के असाधारण गुण पृथ्वी की जलवायु को गंभीर रूप से प्रभावित करते हैं, क्योंकि हमारे ग्रह की सतह का लगभग 79% हिस्सा पानी से ढका है। सूर्य की किरणों के कारण ऊपर की परतें गर्म हो जाती हैं, जो फिर नीचे गिर जाती हैं और उनकी जगह ठंडी परतें बन जाती हैं। वे, बदले में, धीरे-धीरे गर्म हो जाते हैं और नीचे के करीब डूब जाते हैं।इस प्रकार, पानी की परतें लगातार बदल रही हैं, जिससे अधिकतम घनत्व के अनुरूप तापमान तक एक समान तापन होता है। फिर, जैसे ही यह गर्म होता है, ऊपरी परतें कम घनी हो जाती हैं और अब नीचे नहीं डूबती हैं, लेकिन शीर्ष पर रहती हैं और धीरे-धीरे गर्म हो जाती हैं। इस प्रक्रिया के कारण पानी की विशाल परतें सूर्य की किरणों से काफी आसानी से गर्म हो जाती हैं।
किसी पिंड का आयतन किसी पदार्थ की अंतर-परमाणु या अंतर-आणविक दूरी से सीधे संबंधित होता है। तदनुसार, मात्रा में वृद्धि विभिन्न कारकों के कारण इन दूरियों में वृद्धि के कारण है। इन कारकों में से एक गर्मी है।
आपको चाहिये होगा
- भौतिकी की पाठ्यपुस्तक, कागज की शीट, पेंसिल।
अनुदेश
एक पाठ्यपुस्तक में पढ़ें कि अलग-अलग अवस्था वाले पदार्थों को कैसे व्यवस्थित किया जाता है। जैसा कि ज्ञात है, किसी पदार्थ के एकत्रीकरण की एक अवस्था दूसरे से स्पष्ट बाहरी अंतरों से भिन्न होती है, उदाहरण के लिए, जैसे कठोरता, तरलता, द्रव्यमान या आयतन। यदि आप प्रत्येक प्रकार के पदार्थों के अंदर देखते हैं, तो आप देखेंगे कि अंतर अंतर-परमाणु या अंतर-आणविक दूरी में व्यक्त किया गया है।
कृपया ध्यान दें कि गैस की एक निश्चित मात्रा का द्रव्यमान हमेशा उसी के द्रव्यमान से कम होता है, और बदले में, एक ठोस शरीर के द्रव्यमान से हमेशा कम होता है। इससे पता चलता है कि एक इकाई आयतन में फिट होने वाले पदार्थ के कणों की संख्या तरल पदार्थों की तुलना में गैसों के लिए बहुत कम है, और ठोस पदार्थों की तुलना में भी कम है। अन्यथा, हम कह सकते हैं कि अधिक ठोस पदार्थों के कणों की सांद्रता हमेशा कम ठोस पदार्थों की तुलना में अधिक होती है, विशेष रूप से, तरल या गैसीय। इसका मतलब यह है कि ठोस की संरचना में परमाणुओं की सघन पैकिंग होती है, कणों के बीच की दूरी, जैसे, तरल पदार्थ या गैसों की तुलना में कम होती है।
याद रखें कि गर्म होने पर धातुओं का क्या होता है। वे पिघलते हैं और तरलता का गुण प्राप्त करते हैं। यानी धातुएं तरल हो जाती हैं। यदि आप एक प्रयोग करते हैं, तो आप देख सकते हैं कि पिघलने के दौरान एक धातु पदार्थ का आयतन बढ़ जाता है। यह भी याद रखें कि गर्म करने और फिर उबालने पर पानी का क्या होता है। पानी भाप में बदल जाता है, जो पानी की गैसीय अवस्था है। यह ज्ञात है कि वाष्प का आयतन मूल द्रव के आयतन से बहुत अधिक होता है। इस प्रकार, जब पिंडों को गर्म किया जाता है, तो अंतर-परमाणु या अंतर-आणविक दूरी बढ़ जाती है, जिसकी पुष्टि प्रयोगों द्वारा की जाती है।
यूएसई कोडिफायर के विषय: परिवर्तन कुल राज्यपदार्थ, पिघलने और क्रिस्टलीकरण, वाष्पीकरण और संघनन, तरल उबलना, चरण संक्रमण में ऊर्जा परिवर्तन।
बर्फ, जल और जलवाष्प तीनों के उदाहरण हैं कुल राज्यपदार्थ: ठोस, तरल और गैसीय। यह पदार्थ किस अवस्था में एकत्रीकरण की स्थिति में है - यह उसके तापमान और अन्य बाहरी स्थितियों पर निर्भर करता है जिसमें यह स्थित है।
जब बाहरी स्थितियां बदलती हैं (उदाहरण के लिए, यदि शरीर की आंतरिक ऊर्जा गर्म या ठंडा होने के परिणामस्वरूप बढ़ती या घटती है), चरण संक्रमण हो सकता है - शरीर के पदार्थ की समग्र अवस्था में परिवर्तन। हमें निम्नलिखित में दिलचस्पी होगी चरण संक्रमण.
गलन (ठोसतरल) और क्रिस्टलीकरण(तरल ठोस)।
वाष्पीकरण(तरल वाष्प) और वाष्पीकरण(भाप तरल)।
पिघलने और क्रिस्टलीकरण
अधिकांश ठोस हैं क्रिस्टलीय, अर्थात। पास होना क्रिस्टल लैटिस- इसके कणों की अंतरिक्ष व्यवस्था में एक कड़ाई से परिभाषित, समय-समय पर दोहराई जाने वाली।
क्रिस्टलीय ठोस के कण (परमाणु या अणु) निश्चित संतुलन स्थितियों के पास तापीय कंपन करते हैं - नोड्सक्रिस्टल लैटिस।
उदाहरण के लिए, टेबल सॉल्ट के क्रिस्टल जाली के नोड "त्रि-आयामी चेकर पेपर" के क्यूबिक कोशिकाओं के शीर्ष होते हैं (चित्र 1 देखें, जिस पर गेंदें बड़ा आकारक्लोरीन परमाणुओं को निरूपित करें (छवि en.wikipedia.org.)); यदि आप नमक के घोल से पानी को वाष्पित होने देते हैं, तो बचा हुआ नमक छोटे क्यूब्स का ढेर बन जाएगा।
चावल। 1. क्रिस्टल जाली
गलनक्रिस्टलीय ठोस का द्रव में परिवर्तन कहलाता है। आप किसी भी शरीर को पिघला सकते हैं - इसके लिए आपको इसे गर्म करने की आवश्यकता है गलनांक, जो केवल शरीर के पदार्थ पर निर्भर करता है, लेकिन उसके आकार या आकार पर नहीं। किसी दिए गए पदार्थ का गलनांक तालिकाओं से निर्धारित किया जा सकता है।
इसके विपरीत, यदि कोई तरल ठंडा किया जाता है, तो देर-सबेर वह ठोस अवस्था में बदल जाएगा। किसी द्रव का क्रिस्टलीय ठोस में परिवर्तन कहलाता है क्रिस्टलीकरणया सख्त. इस प्रकार, पिघलने और क्रिस्टलीकरण परस्पर प्रतिलोम प्रक्रियाएं हैं।
वह तापमान जिस पर कोई द्रव क्रिस्टलीकृत होता है, कहलाता है क्रिस्टलीकरण तापमान. यह पता चला है कि क्रिस्टलीकरण तापमान पिघलने के तापमान के बराबर है: इस तापमान पर दोनों प्रक्रियाएं हो सकती हैं। तो, जब बर्फ पिघलती है, और पानी क्रिस्टलीकृत हो जाता है; क्या वास्तव मेंप्रत्येक विशिष्ट मामले में होता है - बाहरी स्थितियों पर निर्भर करता है (उदाहरण के लिए, पदार्थ को गर्मी की आपूर्ति की जाती है या उससे हटा दी जाती है)।
पिघलने और क्रिस्टलीकरण कैसे होता है? उनका तंत्र क्या है? इन प्रक्रियाओं के सार को समझने के लिए, आइए समय पर शरीर के तापमान की निर्भरता के ग्राफ पर विचार करें जब इसे गर्म और ठंडा किया जाता है - तथाकथित पिघलने और क्रिस्टलीकरण ग्राफ।
मेल्टिंग चार्ट
आइए पिघलने के ग्राफ से शुरू करें (चित्र 2)। समय के प्रारंभिक क्षण (ग्राफ पर एक बिंदु) पर शरीर क्रिस्टलीय हो और एक निश्चित तापमान हो।
चावल। 2. पिघलने चार्ट
फिर शरीर को गर्मी की आपूर्ति शुरू होती है (जैसे, शरीर को पिघलने वाली भट्टी में रखा जाता है), और शरीर का तापमान एक मूल्य तक बढ़ जाता है - दिए गए पदार्थ का गलनांक। यह एक प्लॉट सेक्शन है।
जिस क्षेत्र में शरीर को ऊष्मा की मात्रा प्राप्त होती है
ठोस पदार्थ की विशिष्ट ऊष्मा कहाँ है, शरीर का द्रव्यमान है।
जब पिघलने का तापमान (बिंदु पर) पहुंच जाता है, तो स्थिति गुणात्मक रूप से बदल जाती है। इस तथ्य के बावजूद कि गर्मी की आपूर्ति जारी है, शरीर का तापमान अपरिवर्तित रहता है। साइट पर होता है गलनशरीर - इसका ठोस से तरल अवस्था में क्रमिक संक्रमण। क्षेत्र के अंदर हमारे पास ठोस और तरल का मिश्रण होता है, और बिंदु के करीब, कम ठोस रहता है और अधिक तरल दिखाई देता है। अंत में, एक बिंदु पर, मूल ठोस शरीर का कुछ भी नहीं बचा: यह पूरी तरह से एक तरल में बदल गया।
अनुभाग तरल के आगे हीटिंग से मेल खाता है (या, जैसा कि वे कहते हैं, पिघलना) इस क्षेत्र में, तरल गर्मी की मात्रा को अवशोषित करता है
तरल की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता कहाँ है।
लेकिन अब हम चरण संक्रमण के खंड में सबसे अधिक रुचि रखते हैं। इस खंड में मिश्रण का तापमान क्यों नहीं बदलता है? गर्मी चालू है!
आइए हीटिंग प्रक्रिया की शुरुआत में वापस जाएं। एक खंड में एक ठोस शरीर के तापमान में वृद्धि क्रिस्टल जाली के नोड्स में इसके कणों के कंपन की तीव्रता में वृद्धि का परिणाम है: आपूर्ति की जाने वाली गर्मी बढ़ जाती है गतिजशरीर के कणों की ऊर्जा (वास्तव में, आपूर्ति की गई गर्मी का कुछ हिस्सा कणों के बीच औसत दूरी बढ़ाने के लिए काम करने पर खर्च किया जाता है - जैसा कि हम जानते हैं, गर्म होने पर शरीर का विस्तार होता है। हालांकि, यह हिस्सा इतना छोटा है कि यह हो सकता है अनदेखा किया जाए।)।
क्रिस्टल जाली को अधिक से अधिक ढीला किया जाता है, और पिघलने के तापमान पर, दोलनों की सीमा उस सीमा मान तक पहुँच जाती है जिस पर कणों के बीच आकर्षण बल अभी भी एक दूसरे के सापेक्ष उनकी क्रमबद्ध व्यवस्था सुनिश्चित करने में सक्षम होते हैं। ठोस शरीर "सीम पर दरार" शुरू होता है, और आगे हीटिंग क्रिस्टल जाली को नष्ट कर देता है - इस तरह क्षेत्र में पिघलने शुरू होता है।
इस क्षण से, आपूर्ति की जाने वाली सभी गर्मी क्रिस्टल जाली के नोड्स में कणों को रखने वाले बंधनों को तोड़ने के काम में जाती है, यानी। बढ़ाने के संभावनाकण ऊर्जा। कणों की गतिज ऊर्जा समान रहती है, इसलिए शरीर का तापमान नहीं बदलता है। बिंदु पर, क्रिस्टल संरचना पूरी तरह से गायब हो जाती है, नष्ट करने के लिए और कुछ नहीं है, और फिर से आपूर्ति की गई गर्मी कणों की गतिज ऊर्जा को बढ़ाने के लिए जाती है - पिघल को गर्म करने के लिए।
संलयन की विशिष्ट ऊष्मा
अत: किसी ठोस को द्रव में बदलने के लिए उसे गलनांक पर लाना ही पर्याप्त नहीं है। क्रिस्टल जाली के पूर्ण विनाश (यानी, खंड से गुजरने के लिए) के लिए शरीर को एक निश्चित मात्रा में गर्मी प्रदान करने के लिए अतिरिक्त रूप से (पहले से ही पिघलने के तापमान पर) आवश्यक है।
ऊष्मा की इस मात्रा का उपयोग कण परस्पर क्रिया की स्थितिज ऊर्जा को बढ़ाने के लिए किया जाता है। इसलिए, बिंदु पर गलन की आंतरिक ऊर्जा उस बिंदु पर ठोस की आंतरिक ऊर्जा के मान से अधिक होती है।
अनुभव से पता चलता है कि मूल्य सीधे शरीर के वजन के समानुपाती होता है:
आनुपातिकता का गुणांक शरीर के आकार और आकार पर निर्भर नहीं करता है और यह पदार्थ की विशेषता है। यह कहा जाता है किसी पदार्थ के संलयन की विशिष्ट ऊष्मा. किसी दिए गए पदार्थ के संलयन की विशिष्ट ऊष्मा को तालिकाओं में पाया जा सकता है।
संलयन की विशिष्ट ऊष्मा संख्यात्मक रूप से किसी दिए गए क्रिस्टलीय पदार्थ के एक किलोग्राम को द्रव में बदलने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा के बराबर होती है, जिसे गलनांक पर लाया जाता है।
तो, बर्फ के पिघलने की विशिष्ट ऊष्मा kJ/kg, लेड - kJ/kg के बराबर होती है। हम देखते हैं कि बर्फ की क्रिस्टल जाली को नष्ट करने के लिए लगभग कई गुना अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है! बर्फ उन पदार्थों से संबंधित है जिनमें संलयन की उच्च विशिष्ट गर्मी होती है और इसलिए वसंत में तुरंत पिघलती नहीं है (प्रकृति ने अपने उपाय किए: यदि बर्फ में सीसा के समान संलयन की विशिष्ट गर्मी होती है, तो बर्फ और बर्फ का पूरा द्रव्यमान पहले के साथ पिघल जाएगा thaws, चारों ओर सब कुछ बाढ़)।
क्रिस्टलीकरण ग्राफ
आइए अब एक नजर डालते हैं क्रिस्टलीकरण- पिघलने की रिवर्स प्रक्रिया। हम पिछले आंकड़े के बिंदु से शुरू करते हैं। आइए मान लें कि पिघल का ताप बिंदु पर बंद हो गया (भट्ठी बंद कर दी गई और पिघल हवा के संपर्क में आ गई)। पिघले हुए तापमान में एक और बदलाव अंजीर में दिखाया गया है। (3) .
चावल। 3. क्रिस्टलीकरण का ग्राफ
तरल ठंडा (खंड) तब तक होता है जब तक उसका तापमान क्रिस्टलीकरण तापमान तक नहीं पहुंच जाता, जो गलनांक के साथ मेल खाता है।
इस बिंदु से, पिघल का तापमान बदलना बंद हो जाता है, हालांकि गर्मी अभी भी पर्यावरण से निकल जाती है। साइट पर होता है क्रिस्टलीकरणपिघल - एक ठोस अवस्था में इसका क्रमिक संक्रमण। खंड के अंदर, हमारे पास फिर से ठोस और तरल चरणों का मिश्रण होता है, और बिंदु के करीब, अधिक ठोस पदार्थ बन जाता है और कम तरल हो जाता है। अंत में, बिंदु पर, तरल बिल्कुल नहीं रहता है - यह पूरी तरह से है क्रिस्टलीकृत।
अगला खंड क्रिस्टलीकरण के परिणामस्वरूप ठोस शरीर के और अधिक शीतलन से मेल खाता है।
हम फिर से चरण संक्रमण क्षेत्र में रुचि रखते हैं: गर्मी के नुकसान के बावजूद तापमान अपरिवर्तित क्यों रहता है?
आइए मुद्दे पर वापस आते हैं। गर्मी की आपूर्ति बंद होने के बाद, पिघल का तापमान कम हो जाता है, क्योंकि इसके कण धीरे-धीरे पर्यावरणीय अणुओं के साथ टकराव और विद्युत चुम्बकीय तरंगों के उत्सर्जन के परिणामस्वरूप गतिज ऊर्जा खो देते हैं।
जब पिघल का तापमान क्रिस्टलीकरण तापमान (बिंदु) तक गिर जाता है, तो इसके कण इतने धीमे हो जाएंगे कि आकर्षण बल उन्हें ठीक से "तैनात" करने में सक्षम होंगे और उन्हें अंतरिक्ष में एक कड़ाई से परिभाषित पारस्परिक अभिविन्यास प्रदान करेंगे। इस प्रकार, क्रिस्टल जाली के न्यूक्लियेशन के लिए स्थितियां उत्पन्न होंगी, और यह वास्तव में पिघल से आसपास के अंतरिक्ष में ऊर्जा के आगे पलायन के कारण बनना शुरू हो जाएगा।
उसी समय, ऊर्जा रिलीज की एक काउंटर प्रक्रिया शुरू हो जाएगी: जब कण क्रिस्टल जाली के नोड्स में अपना स्थान लेते हैं, तो उनकी संभावित ऊर्जा तेजी से घट जाती है, जिसके कारण उनकी गतिज ऊर्जा बढ़ जाती है - क्रिस्टलीकरण तरल गर्मी का एक स्रोत है (अक्सर आप पक्षियों को बर्फ के छेद के पास बैठे देख सकते हैं। वे वहां खुद को गर्म करते हैं!)। क्रिस्टलीकरण के दौरान निकलने वाली गर्मी पर्यावरण को गर्मी के नुकसान की बिल्कुल भरपाई करती है, और इसलिए क्षेत्र में तापमान नहीं बदलता है।
बिंदु पर, पिघल गायब हो जाता है, और क्रिस्टलीकरण के पूरा होने के साथ, गर्मी का यह आंतरिक "जनरेटर" भी गायब हो जाता है। ऊर्जा के चल रहे अपव्यय के कारण बाहरी वातावरणतापमान में कमी फिर से शुरू हो जाएगी, लेकिन केवल पहले से बना हुआ ठोस शरीर (खंड) ठंडा होगा।
जैसा कि अनुभव से पता चलता है, क्रिस्टलीकरण के दौरान, ठीक वैसासाइट पर पिघलने के दौरान अवशोषित गर्मी की मात्रा।
वाष्पीकरण और संघनन
वाष्पीकरणएक तरल का गैसीय अवस्था में संक्रमण है भाप) वाष्पीकरण दो प्रकार के होते हैं: वाष्पीकरण और उबलना।
वाष्पीकरण द्वारावाष्पीकरण कहलाता है, जो किसी भी तापमान पर होता है मुक्त सतह सेतरल पदार्थ। जैसा कि आप संतृप्त भाप पत्रक से याद करते हैं, वाष्पीकरण का कारण तरल से सबसे तेज़ अणुओं की रिहाई है, जो अंतर-आणविक आकर्षण की ताकतों को दूर करने में सक्षम हैं। ये अणु द्रव की सतह के ऊपर वाष्प बनाते हैं।
अलग-अलग तरल पदार्थ अलग-अलग दरों पर वाष्पित होते हैं: अणुओं का एक-दूसरे के प्रति आकर्षण बल जितना अधिक होगा, प्रति इकाई समय में अणुओं की संख्या उतनी ही कम होगी और वे बाहर निकल सकेंगे और वाष्पीकरण की दर कम होगी। ईथर, एसीटोन, अल्कोहल जल्दी से वाष्पित हो जाते हैं (उन्हें कभी-कभी वाष्पशील तरल पदार्थ कहा जाता है), पानी अधिक धीरे-धीरे वाष्पित होता है, तेल और पारा पानी की तुलना में बहुत अधिक धीरे-धीरे वाष्पित होता है।
बढ़ते तापमान के साथ वाष्पीकरण दर बढ़ जाती है (गर्मी में, कपड़े तेजी से सूख जाएंगे), क्योंकि तरल अणुओं की औसत गतिज ऊर्जा बढ़ जाती है, और इस तरह तेजी से अणुओं की संख्या बढ़ जाती है जो इसकी सीमा को छोड़ सकते हैं।
वाष्पीकरण की दर तरल के सतह क्षेत्र पर निर्भर करती है: अधिक क्षेत्र, अधिक से अधिक अणुओं की सतह तक पहुंच होती है, और वाष्पीकरण तेज होता है (यही कारण है कि कपड़े धोने को लटकाते समय इसे सावधानी से सीधा किया जाता है)।
इसके साथ ही वाष्पीकरण के साथ, रिवर्स प्रक्रिया भी देखी जाती है: वाष्प के अणु, तरल की सतह के ऊपर यादृच्छिक गति करते हुए, आंशिक रूप से वापस तरल में वापस आ जाते हैं। वाष्प से द्रव में परिवर्तन कहलाता है वाष्पीकरण.
संघनन द्रव के वाष्पीकरण को धीमा कर देता है। तो, शुष्क हवा में, कपड़े धोने की हवा नम हवा की तुलना में तेजी से सूख जाएगी। यह हवा में तेजी से सूखता है: हवा से भाप उड़ जाती है, और वाष्पीकरण अधिक तीव्र होता है।
कुछ स्थितियों में, संघनन की दर वाष्पीकरण की दर के बराबर हो सकती है। फिर दोनों प्रक्रियाएं एक-दूसरे की भरपाई करती हैं और गतिशील संतुलन स्थापित होता है: तरल वर्षों तक कसकर कॉर्क वाली बोतल से वाष्पित नहीं होता है, और इस मामले में तरल की सतह के ऊपर एक तरल होता है। संतृप्त भाप.
हम वायुमंडल में जलवाष्प के संघनन को बादलों, बारिश और सुबह ओस गिरने के रूप में लगातार देखते रहते हैं; यह वाष्पीकरण और संघनन है जो प्रकृति में जल चक्र प्रदान करता है, पृथ्वी पर जीवन का समर्थन करता है।
चूंकि वाष्पीकरण तरल से सबसे तेज अणुओं का प्रस्थान है, तरल अणुओं की औसत गतिज ऊर्जा वाष्पीकरण प्रक्रिया के दौरान घट जाती है, अर्थात। तरल ठंडा हो जाता है। जब आप पानी से बाहर निकलते हैं तो आप ठंडक और कभी-कभी ठंडक (विशेषकर हवा के साथ) की भावना से अच्छी तरह वाकिफ होते हैं: पानी, शरीर की पूरी सतह पर वाष्पित हो जाता है, गर्मी को दूर ले जाता है, जबकि हवा वाष्पीकरण प्रक्रिया को गति देती है ( अब यह स्पष्ट है कि हम क्यों उड़ाते हैं गर्म चाय. वैसे, अपने आप में हवा खींचना और भी बेहतर है, क्योंकि तब चाय की सतह पर सूखापन आ जाता है। व्यापक वायु, लेकिन नहीं गीली हवाहमारे फेफड़ों से ;-))।
वही ठंडक महसूस की जा सकती है यदि आप अपने हाथ पर एक वाष्पशील विलायक (जैसे, एसीटोन या नेल पॉलिश रिमूवर) में भिगोए हुए रूई के टुकड़े को चलाते हैं। चालीस डिग्री की गर्मी में, हमारे शरीर के छिद्रों के माध्यम से नमी के बढ़ते वाष्पीकरण के कारण, हम अपने तापमान को सामान्य स्तर पर बनाए रखते हैं; इस थर्मोरेगुलेटरी तंत्र के बिना, ऐसी गर्मी में हम बस मर जाएंगे।
इसके विपरीत, संघनन प्रक्रिया के दौरान, तरल गर्म हो जाता है: जब वाष्प के अणु तरल में लौटते हैं, तो वे पास के तरल अणुओं के आकर्षण बलों द्वारा त्वरित होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप तरल अणुओं की औसत गतिज ऊर्जा बढ़ जाती है। (इस घटना की तुलना पिघल के क्रिस्टलीकरण के दौरान ऊर्जा की रिहाई के साथ करें!)
उबलना
उबलनावाष्पीकरण होता है पूरे वॉल्यूम मेंतरल पदार्थ।
उबालना संभव है, क्योंकि विसरण के परिणामस्वरूप प्राप्त हुई हवा की कुछ मात्रा हमेशा तरल में घुल जाती है। जब तरल को गर्म किया जाता है, तो यह हवा फैलती है, हवा के बुलबुले धीरे-धीरे आकार में बढ़ जाते हैं और नग्न आंखों को दिखाई देने लगते हैं (पानी के बर्तन में वे नीचे और दीवारों पर गिर जाते हैं)। हवा के बुलबुले के अंदर संतृप्त भाप होती है, जिसका दबाव, जैसा कि आपको याद है, बढ़ते तापमान के साथ तेजी से बढ़ता है।
बुलबुले जितने बड़े होते जाते हैं, आर्किमिडीज की शक्ति उतनी ही अधिक उन पर कार्य करती है, और एक निश्चित क्षणबुलबुले फूटने और उठने लगते हैं। ऊपर उठते हुए, बुलबुले तरल की कम गर्म परतों में प्रवेश करते हैं; उनमें से वाष्प संघनित हो जाता है, और बुलबुले फिर से सिकुड़ जाते हैं। बुलबुले के ढहने से केतली के उबलने से पहले परिचित शोर होता है। अंत में, समय के साथ, पूरा तरल समान रूप से गर्म हो जाता है, बुलबुले सतह पर पहुंच जाते हैं और फट जाते हैं, हवा और भाप बाहर फेंकते हैं - शोर को गुरलिंग से बदल दिया जाता है, तरल उबलता है।
इस प्रकार बुलबुले तरल के अंदर से इसकी सतह तक वाष्प के "चालक" के रूप में कार्य करते हैं। उबलने के दौरान, सामान्य वाष्पीकरण के साथ, पूरे आयतन में तरल का वाष्प में परिवर्तन होता है - हवा के बुलबुले में वाष्पीकरण, इसके बाद वाष्प को बाहर की ओर हटा दिया जाता है। यही कारण है कि एक उबलता तरल बहुत जल्दी वाष्पित हो जाता है: एक केतली, जिसमें से पानी कई दिनों तक वाष्पित होता है, आधे घंटे में उबल जाएगा।
वाष्पीकरण के विपरीत, जो किसी भी तापमान पर होता है, तरल तभी उबलने लगता है जब वह पहुंचता है क्वथनांक- ठीक उसी तापमान पर जिस पर हवा के बुलबुले उठने और सतह तक पहुंचने में सक्षम होते हैं। क्वथनांक पर, संतृप्त वाष्प का दबाव तरल पर बाहरी दबाव के बराबर हो जाता है(विशेष रूप से, वायुमण्डलीय दबाव) तदनुसार, बाहरी दबाव जितना अधिक होगा, उतना ही अधिक उच्च तापमानउबलना शुरू हो जाएगा।
सामान्य के तहत वायुमण्डलीय दबाव(एटीएम या पा) पानी का क्वथनांक है। इसीलिए के बराबर तापमान पर संतृप्त जल वाष्प का दबावपा. समस्याओं को हल करने के लिए इस तथ्य को जानना आवश्यक है - इसे अक्सर डिफ़ॉल्ट रूप से ज्ञात माना जाता है।
एल्ब्रस के शीर्ष पर, वायुमंडलीय दबाव एटीएम है, और पानी वहां के तापमान पर उबल जाएगा। और एटीएम के प्रेशर में ही पानी उबलने लगेगा।
क्वथनांक (सामान्य वायुमंडलीय दबाव पर) किसी दिए गए तरल के लिए कड़ाई से परिभाषित एक मूल्य है (पाठ्यपुस्तकों और संदर्भ पुस्तकों की तालिकाओं में दिए गए क्वथनांक रासायनिक रूप से शुद्ध तरल पदार्थों के क्वथनांक हैं। एक तरल में अशुद्धियों की उपस्थिति बदल सकती है क्वथनांक। मान लीजिए, नल के पानी में घुलित क्लोरीन और कुछ लवण होते हैं, इसलिए सामान्य वायुमंडलीय दबाव पर इसका क्वथनांक थोड़ा भिन्न हो सकता है)। तो, शराब उबलती है , ईथर - पर , पारा - पर। ध्यान दें कि एक तरल जितना अधिक वाष्पशील होता है, उसका क्वथनांक उतना ही कम होता है। क्वथनांक की तालिका में, हम यह भी देखते हैं कि ऑक्सीजन उबलती है। तो, सामान्य तापमान पर, ऑक्सीजन एक गैस है!
हम जानते हैं कि अगर केतली को गर्मी से हटा दिया जाता है, तो उबलना तुरंत बंद हो जाएगा - उबलने की प्रक्रिया में गर्मी की निरंतर आपूर्ति की आवश्यकता होती है। इसी समय, उबलने के बाद केतली में पानी का तापमान बदलना बंद हो जाता है, हर समय एक समान रहता है। आपूर्ति की गई गर्मी कहाँ जाती है?
स्थिति पिघलने की प्रक्रिया के समान है: गर्मी अणुओं की संभावित ऊर्जा को बढ़ाने के लिए जाती है। ऐसी स्थिति में अणुओं को इतनी दूरियों तक निकालने का कार्य करना कि आकर्षण बल अणुओं को एक-दूसरे के निकट न रख सकें और द्रव गैसीय अवस्था में चला जाए।
उबलते चार्ट
एक तरल को गर्म करने की प्रक्रिया के चित्रमय प्रतिनिधित्व पर विचार करें - तथाकथित उबलते चार्ट(चित्र 4)।
चावल। 4. उबलने का कार्यक्रम
साइट उबलने की शुरुआत से पहले होती है। साइट पर, तरल उबलता है, इसका द्रव्यमान कम हो जाता है। बिंदु पर, तरल पूरी तरह से उबल जाता है।
सेक्शन पास करने के लिए, यानी। किसी तरल को क्वथनांक पर लाने के लिए पूरी तरह से वाष्प में परिवर्तित होने के लिए, उसमें एक निश्चित मात्रा में ऊष्मा लाई जानी चाहिए। अनुभव से पता चलता है कि दी गई ऊष्मा की मात्रा द्रव के द्रव्यमान के समानुपाती होती है:
आनुपातिकता कारक कहा जाता है वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मातरल पदार्थ (क्वथनांक पर)। वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा संख्यात्मक रूप से उस ऊष्मा की मात्रा के बराबर होती है जिसे क्वथनांक पर लिए गए 1 किलो तरल को पूरी तरह से भाप में बदलने के लिए आपूर्ति की जानी चाहिए।
इस प्रकार, पानी के वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा kJ/kg के बराबर होती है। इसकी तुलना बर्फ के पिघलने की विशिष्ट ऊष्मा (kJ/kg) से करना दिलचस्प है - वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा लगभग सात गुना अधिक है! यह आश्चर्य की बात नहीं है: आखिरकार, बर्फ के पिघलने के लिए, क्रिस्टल जाली के नोड्स में पानी के अणुओं की व्यवस्थित व्यवस्था को नष्ट करना आवश्यक है; जबकि अणुओं के बीच की दूरी लगभग समान रहती है। लेकिन पानी को भाप में बदलने के लिए, आपको अणुओं के बीच सभी बंधनों को तोड़ने और अणुओं को एक दूसरे से काफी दूरी पर निकालने के लिए और अधिक काम करने की आवश्यकता है।
संघनन ग्राफ
वाष्प संघनन और तरल के बाद के शीतलन की प्रक्रिया ग्राफ पर हीटिंग और उबलने की प्रक्रिया में सममित दिखती है। यहाँ प्रासंगिक है संघनन ग्राफसेंटीग्रेड जल वाष्प के मामले में, जो अक्सर समस्याओं का सामना करना पड़ता है (चित्र 5)।
चावल। 5. संक्षेपण ग्राफ
बिंदु पर हमारे पास जल वाष्प है। क्षेत्र में संक्षेपण है; इस क्षेत्र के अंदर - भाप और पानी का मिश्रण . बिंदु पर और अधिक भाप नहीं है, केवल पानी है। साजिश इस पानी की ठंडक है।
अनुभव से पता चलता है कि जब द्रव्यमान वाष्प संघनित होता है (अर्थात, खंड से गुजरते समय), ठीक उतनी ही मात्रा में ऊष्मा निकलती है जो किसी दिए गए तापमान पर द्रव्यमान तरल को वाष्प में बदलने पर खर्च होती है।
रुचि के लिए, आइए ऊष्मा की निम्नलिखित मात्राओं की तुलना करें:
जो जलवाष्प के g के संघनन के दौरान निकलता है;
, जो तब निकलता है जब परिणामी सेंटीग्रेड पानी एक तापमान पर ठंडा हो जाता है, कहते हैं,।
जे;
जे।
ये आंकड़े स्पष्ट रूप से दिखाते हैं कि स्टीम बर्न उबले हुए पानी के जलने की तुलना में बहुत खराब है। जब उबलता पानी त्वचा के संपर्क में आता है, तो "केवल" निकलता है (उबलता पानी ठंडा हो जाता है)। लेकिन स्टीम बर्न के साथ, परिमाण का एक क्रम अधिक गर्मी पहले जारी किया जाएगा (भाप संघनित), सेंटीग्रेड पानी बनता है, जिसके बाद यह पानी ठंडा होने पर समान मूल्य जोड़ा जाएगा।
आणविक भौतिकी की एक शाखा जो ऊर्जा के हस्तांतरण, कुछ प्रकार की ऊर्जा के दूसरों में परिवर्तन के पैटर्न का अध्ययन करती है। आणविक-गतिज सिद्धांत के विपरीत, ऊष्मागतिकी को ध्यान में नहीं रखा जाता है आंतरिक ढांचापदार्थ और माइक्रोपैरामीटर।
थर्मोडायनामिक प्रणाली
यह पिंडों का एक संग्रह है जो ऊर्जा का आदान-प्रदान (काम या गर्मी के रूप में) एक दूसरे के साथ या साथ करते हैं वातावरण. उदाहरण के लिए, चायदानी का पानी ठंडा हो जाता है, पानी की गर्मी का चायदानी से और चायदानी का पर्यावरण के साथ आदान-प्रदान होता है। पिस्टन के नीचे गैस के साथ सिलेंडर: पिस्टन काम करता है, जिसके परिणामस्वरूप गैस को ऊर्जा प्राप्त होती है और इसके मैक्रो पैरामीटर बदल जाते हैं।
गर्मी की मात्रा
यह ऊर्जा, जो हीट एक्सचेंज की प्रक्रिया में सिस्टम द्वारा प्राप्त या दिया जाता है। जूल में, किसी भी ऊर्जा की तरह, प्रतीक क्यू द्वारा निरूपित, मापा जाता है।
विभिन्न गर्मी हस्तांतरण प्रक्रियाओं के परिणामस्वरूप, स्थानांतरित की जाने वाली ऊर्जा अपने तरीके से निर्धारित होती है।
गर्म हो रहा है और ठण्डा हो रहा है
इस प्रक्रिया को सिस्टम के तापमान में बदलाव की विशेषता है। ऊष्मा की मात्रा सूत्र द्वारा निर्धारित की जाती है
किसी पदार्थ की विशिष्ट ऊष्मा धारिता के साथगर्म करने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा द्वारा मापा जाता है द्रव्यमान इकाइयांइस पदार्थ का 1K. 1 किलो गिलास या 1 किलो पानी गर्म करने के लिए अलग मात्रा में ऊर्जा की आवश्यकता होती है। विशिष्ट ताप क्षमता एक ज्ञात मान है, जो पहले से ही भौतिक तालिकाओं में सभी पदार्थों के लिए गणना की जाती है।
पदार्थ C . की ऊष्मा क्षमता- यह ऊष्मा की वह मात्रा है जो शरीर को उसके द्रव्यमान को 1K तक ध्यान में रखे बिना गर्म करने के लिए आवश्यक है।
पिघलने और क्रिस्टलीकरण
गलनांक किसी पदार्थ का ठोस से तरल अवस्था में संक्रमण है। विपरीत संक्रमण को क्रिस्टलीकरण कहा जाता है।
किसी पदार्थ के क्रिस्टल जालक के विनाश पर खर्च होने वाली ऊर्जा सूत्र द्वारा निर्धारित की जाती है
संलयन की विशिष्ट ऊष्मा भौतिक तालिकाओं में प्रत्येक पदार्थ के लिए एक ज्ञात मान है।
वाष्पीकरण (वाष्पीकरण या उबालना) और संघनन
वाष्पीकरण एक तरल (ठोस) अवस्था से गैसीय अवस्था में किसी पदार्थ का संक्रमण है। विपरीत प्रक्रिया को संघनन कहा जाता है।
वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा प्रत्येक पदार्थ के लिए एक ज्ञात मान है,
पृथ्वी पर सबसे आम पदार्थों में से एक: पानी। हमें इसकी जरूरत है, हवा की तरह, लेकिन कभी-कभी हम इसे बिल्कुल भी नोटिस नहीं करते हैं। वह बस है। लेकिन यह पता चला है
पृथ्वी पर सबसे आम पदार्थों में से एक: पानी। हमें इसकी जरूरत है, हवा की तरह, लेकिन कभी-कभी हम इसे बिल्कुल भी नोटिस नहीं करते हैं। वह बस है। लेकिन यह पता चला है कि साधारण पानी अपनी मात्रा बदल सकता है और वजन कम या ज्यादा कर सकता है। जैसे-जैसे पानी वाष्पित होता है, गर्म होता है और ठंडा होता है, वास्तव में आश्चर्यजनक चीजें होती हैं, जिनके बारे में हम आज जानेंगे।
म्यूरियल मैंडेल ने अपनी मनोरंजक पुस्तक "फिजिक एक्सपेरिमेंट्स फॉर चिल्ड्रन" में पानी के गुणों के बारे में सबसे दिलचस्प विचार प्रस्तुत किए हैं, जिसके आधार पर न केवल युवा भौतिक विज्ञानी बहुत सी नई चीजें सीख सकते हैं, बल्कि वयस्क भी अपने ज्ञान को ताज़ा करेंगे कि वे लंबे समय तक आवेदन नहीं करना पड़ा है, इसलिए वे थोड़े भूल गए।आज हम पानी के आयतन और वजन के बारे में बात करेंगे। यह पता चला है कि पानी की समान मात्रा का वजन हमेशा समान नहीं होता है। और अगर आप एक गिलास में पानी डालते हैं और वह किनारे पर नहीं गिरता है, तो इसका मतलब यह नहीं है कि यह किसी भी परिस्थिति में उसमें फिट हो जाएगा।
1. गर्म करने पर पानी फैलता है
पांच सेंटीमीटर उबलते पानी से भरे सॉस पैन में पानी से भरा जार रखें।पानी और धीमी आंच पर इसे उबालते रहें। जार से पानी ओवरफ्लो होने लगेगा। ऐसा इसलिए है क्योंकि गर्म होने पर पानी, अन्य तरल पदार्थों की तरह, अधिक जगह लेने लगता है। अणु एक दूसरे को अधिक तीव्रता से प्रतिकर्षित करते हैं और इससे पानी के आयतन में वृद्धि होती है।2. ठंडा होने पर पानी सिकुड़ जाता है
जार में पानी को कमरे के तापमान पर ठंडा होने दें, या डालें नया पानीऔर इसे फ्रिज में रख दें। थोड़ी देर बाद, आप पाएंगे कि पहले से भरा हुआ जार अब नहीं भरा है। जब 3.89 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर ठंडा किया जाता है, तो तापमान कम होने पर पानी की मात्रा घट जाती है। इसका कारण अणुओं की गति में कमी और शीतलन के प्रभाव में एक दूसरे के साथ उनका अभिसरण था।ऐसा लगता है कि सब कुछ बहुत आसान है: से ठंडा पानी, कम मात्रा में यह व्याप्त है, लेकिन ...
3. ... जमने पर पानी का आयतन फिर से बढ़ जाता है
जार को किनारे तक पानी से भरें और कार्डबोर्ड के एक टुकड़े से ढक दें। इसे फ्रीजर में रखें और जमने तक प्रतीक्षा करें। आप पाएंगे कि कार्डबोर्ड "ढक्कन" को बाहर धकेल दिया गया है। 3.89 और 0 डिग्री सेल्सियस के बीच के तापमान में, यानी अपने हिमांक के रास्ते में, पानी फिर से फैलने लगता है। वह कुछ में से एक है ज्ञात पदार्थएक समान संपत्ति होना।यदि आप एक तंग ढक्कन का उपयोग करते हैं, तो बर्फ आसानी से जार को तोड़ देगी। क्या आपने कभी सुना है कि बर्फ से पानी के पाइप भी टूट सकते हैं?4. बर्फ पानी से हल्की होती है
एक गिलास पानी में बर्फ के दो टुकड़े रखें। बर्फ सतह पर तैरने लगेगी। पानी जमने पर आयतन में फैलता है। और, परिणामस्वरूप, बर्फ पानी की तुलना में हल्की होती है: इसका आयतन पानी के संगत आयतन का लगभग 91% होता है।पानी का यह गुण प्रकृति में एक कारण से मौजूद है। इसका एक बहुत ही विशिष्ट उद्देश्य है। कहते हैं नदियाँ सर्दियों में जम जाती हैं। लेकिन वास्तव में, यह पूरी तरह सच नहीं है। आमतौर पर केवल एक छोटी शीर्ष परत जम जाती है। यह बर्फ की चादर नहीं डूबती क्योंकि यह तरल पानी से हल्की होती है। यह नदी की गहराई में पानी के जमने को धीमा कर देता है और एक प्रकार के कंबल के रूप में कार्य करता है, मछली और अन्य नदी और झील के जानवरों को गंभीर सर्दियों के ठंढों से बचाता है। भौतिकी का अध्ययन करते हुए, आप यह समझने लगते हैं कि प्रकृति में बहुत सी चीजें समीचीन रूप से व्यवस्थित होती हैं।
