प्रश्न 1. खालील रिकाम्या जागी योग्य शब्द लिहून वाक्य पुन्हा लिहा.

अ. हवेतील पाण्याचे प्रमाण ज्या राशीच्या साहाय्याने मोजले जाते तिला ………… म्हणतात.

उत्तर : हवेतील पाण्याचे प्रमाण ज्या राशीच्या साहाय्याने मोजले जाते तिला निरपेक्ष आर्द्रता म्हणतात.

आ. समान वस्तुमान असलेल्या वेगेवेगळ्या पदार्थास समान उष्णता दिली असता त्यांचे वाढणारे तापमान त्यांच्या ……….. गुणधर्मामुळे समान नसते.

उत्तर :समान वस्तुमान असलेल्या वेगेवेगळ्या पदार्थास समान उष्णता दिली असता त्यांचे वाढणारे तापमान त्यांच्या विशिष्ट उष्मा धारकता गुणधर्मामुळे समान नसते.

इ. पदार्थाचे द्रवातून स्थायूत रूपांतर होत असताना पदार्थातील अप्रकट उष्मा …………

उत्तर : पदार्थाचे द्रवातून स्थायूत रूपांतर होत असताना पदार्थातील अप्रकट उष्मा बाहेर पडतो.

प्रश्न 2. खालील आलेखाचे निरीक्षण करा. पाण्याचे तापमान 0°Cपासून वाढवत नेल्यास त्याच्या आकारमानात होणारा बदल विचारात घेऊन पाणी व इतर पदार्थ यांच्या आचरणात नक्की काय फरक आहे ते स्पष्ट करा. पाण्याच्या या प्रकारच्या आचरणास काय म्हणतात ?

उत्तर : पाण्याचे असंगत आचरण:

पाण्याचे आकारमान कमी होत जाते:

0°C पासून तापमान वाढवताना, पाण्याचे आकारमान 4°C पर्यंत कमी होते.

याचे कारण पाण्यातील रेणूंचे “हायड्रोजन बॉन्डिंग” नावाचे बंध मजबूत होणे.

4°C पर्यंत, हायड्रोजन बॉन्डिंगमुळे पाण्याची रचना अधिक घट्ट होते, ज्यामुळे आकारमान कमी होते.

पाण्याचे आकारमान वाढत जाते:

4°C नंतर, तापमान वाढवताना, पाण्याचे आकारमान वाढू लागते.

हे हायड्रोजन बॉन्डिंगचे विघटन आणि रेणूंच्या हालचालींमध्ये वाढ यामुळे होते.

4°C पेक्षा जास्त तापमानात, रेणूंची हालचाल वाढते, ज्यामुळे ते अधिक जागा व्यापतात आणि आकारमान वाढते.

असंगत आचरण:

4°C पर्यंत पाण्याचे आकारमान कमी होणे हे इतर पदार्थांशी विसंगत आहे.

बहुतेक पदार्थ तापवताना वाढतात.

0°C ते 4°C पर्यंत पाण्याचे असंगत आचरण “हायड्रोजन बॉन्डिंग” मुळे होते.

सारांश:पाण्याचे आकारमान 0°C ते 4°C पर्यंत कमी होते आणि 4°C नंतर वाढते.

4°C पर्यंत, हायड्रोजन बॉन्डिंगमुळे पाण्याची रचना अधिक घट्ट होते.

4°C नंतर, हायड्रोजन बॉन्डिंगचे विघटन आणि रेणूंची हालचाल वाढते.

0°C ते 4°C पर्यंत पाण्याचे असंगत आचरण “हायड्रोजन बॉन्डिंग” मुळे होते.

प्रश्न 3. विशिष्ट उष्माधारकता म्हणजे काय ? प्रत्येक पदार्थाची विशिष्ट उष्माधारकता वेगवेगळी असते हे प्रयोगाच्या साहाय्याने कसे सिद्ध कराल ?

उत्तर : विशिष्ट उष्माधारकता सिद्ध करणारा प्रयोग:

प्रयोगाचे उद्दिष्ट: एका एकक वस्तुमानाच्या पदार्थाचे तापमान 1°C ने वाढविण्यासाठी लागणाऱ्या उष्णतेची तुलना करून विविध पदार्थांची विशिष्ट उष्माधारकता वेगवेगळी असते हे सिद्ध करणे.

साहित्य:

मेणाचा जाड थर असलेला ट्रे

लोखंड, तांबे आणि शिशे यांचे समान वस्तुमानाचे भरीव गोल

स्पिरीटचा दिवा

मोठे चंचूपात्र

थर्मामीटर

थांबावळ घड्याळ

प्रयोगाची पद्धत:

ट्रेमध्ये समान वस्तुमान (उदा. 50 ग्रॅम) असलेले लोखंड, तांबे आणि शिशेचे गोळे ठेवा.

प्रत्येक गोळ्याच्या समोर थर्मामीटर ठेवा.

स्पिरीटचा दिवा ट्रेच्या खाली पेटवा आणि 5 मिनिटे ते जाळू द्या.

प्रत्येक गोळ्याचे तापमान 1 मिनिटानंतर 5 मिनिटे पर्यंत नोंदवा.

थांबावळ घड्याळाचा वापर करून प्रत्येक गोळ्याला उष्णता देण्यासाठी लागणारा वेळ नोंदवा.

निरीक्षणे:

5 मिनिटांनंतर, प्रत्येक गोळ्याचे तापमान वेगवेगळे असेल.

लोखंडाचा गोळा सर्वात जास्त तापमान गाठेल, त्यानंतर तांबे आणि शिशे.

लोखंडाला तापमान 1°C वाढविण्यासाठी सर्वात कमी वेळ लागेल, त्यानंतर तांबे आणि शिशे.

निष्कर्ष: विविध पदार्थांना समान तापमान 1°C वाढविण्यासाठी वेगवेगळ्या प्रमाणात उष्णता आवश्यक आहे.

विशिष्ट उष्माधारकता: एका एकक वस्तुमानाच्या पदार्थाचे तापमान 1°C ने वाढविण्यासाठी लागणारी उष्णता म्हणजे त्या पदार्थाची विशिष्ट उष्माधारकता.

या प्रयोगावरून: लोखंडाची विशिष्ट उष्माधारकता सर्वात कमी आहे, त्यानंतर तांबे आणि शिशे.शिश्याची विशिष्ट उष्माधारकता सर्वात जास्त आहे.

प्रयोग: विशिष्ट उष्माधारकता

उद्देश:

समान वस्तुमानाच्या लोखंड, तांबे आणि शिशे यांच्या विशिष्ट उष्माधारकतेची तुलना करणे.

साहित्य:

समान वस्तुमानाचे लोखंड, तांबे आणि शिशेचे गोळे

उकळते पाणी

मेणाचा जाड थर असलेला ट्रे

चिमटा

प्रयोग:

लोखंड, तांबे आणि शिशेचे गोळे उकळत्या पाण्यात 5 मिनिटे बुडवून ठेवा.

चिमटा वापरून गोळे पाण्यातून बाहेर काढा आणि त्वरित मेणाच्या ट्रेमध्ये ठेवा.

थोड्या वेळानंतर, प्रत्येक गोळा मेणात किती खोल गेला आहे ते निरीक्षण करा.

निरीक्षण:

लोखंडाचा गोळा सर्वात खोलवर गेलेला दिसतो.

तांब्याचा गोळा लोखंडापेक्षा कमी खोलवर गेलेला दिसतो.

शिश्याचा गोळा सर्वात कमी खोलवर गेलेला दिसतो.

निष्कर्ष:लोखंडाची विशिष्ट उष्माधारकता सर्वात जास्त आहे.तांब्याची विशिष्ट उष्माधारकता लोखंडापेक्षा कमी आहे. शिश्याची विशिष्ट उष्माधारकता सर्वात कमी आहे.

कारण: विशिष्ट उष्माधारकता ही पदार्थाची उष्णता शोषून घेण्याची क्षमता दर्शवते.

उच्च विशिष्ट उष्माधारकता असलेला पदार्थ उष्णता शोषून घेण्यासाठी जास्त वेळ घेतो.

या प्रयोगात, लोखंडाचा गोळा सर्वात जास्त उष्णता शोषून घेतो, ज्यामुळे तो मेणात सर्वात खोलवर जातो

विशिष्ट उष्माधारकता: कारण आणि निष्कर्ष

निरीक्षण:लोखंडाचा गोळा मेणात सर्वात खोलवर जातो, तर शिश्याचा गोळा सर्वात कमी खोलवर जातो.

कारण: लोखंडामुळे मेण जास्त वितळते, याचा अर्थ लोखंडाने मेणाला जास्त उष्णता पुरविली आहे.

याचाच अर्थ लोखंडाने पाण्याकडून जास्त उष्णता ग्रहण केली आहे.

शिश्याच्या बाबतीत, उष्णता ग्रहण करण्याची क्षमता कमी असल्यामुळे मेण कमी वितळते.

निष्कर्ष:समान तापमान वाढ झाली असली तरीही, वेगवेगळ्या पदार्थांनी ग्रहण केलेली उष्णता वेगवेगळी असते.

याचाच अर्थ वेगवेगळ्या पदार्थांची विशिष्ट उष्माधारकता वेगवेगळी असते.

स्पष्टीकरण: विशिष्ट उष्माधारकता ही एका एकक वस्तुमानाच्या पदार्थाचे तापमान 1°C ने वाढविण्यासाठी लागणारी उष्णता दर्शवते.

उच्च विशिष्ट उष्माधारकता असलेला पदार्थ उष्णता शोषून घेण्यासाठी जास्त वेळ घेतो.

या प्रयोगात, लोखंडाची विशिष्ट उष्माधारकता सर्वात जास्त आहे, म्हणून त्याने पाण्याकडून सर्वात जास्त उष्णता ग्रहण केली.

शिश्याची विशिष्ट उष्माधारकता सर्वात कमी आहे, म्हणून त्याने पाण्याकडून सर्वात कमी उष्णता ग्रहण केली.

प्रश्न 4. उष्णतेचे एकक ठरवताना कोणता तापमानखंड निवडतात ? का ?

उत्तर : 14.5 °C ते 15.5 °C तापमानखंड निवडण्यामागे कारण: 1 kg पाण्याचे तापमान 1 °C ने वाढवण्यासाठी लागणारी उष्णता (कॅलरी) थोड्या प्रमाणात बदलते.

14.5 °C ते 15.5 °C मध्ये हा बदल सर्वात कमी असतो.

यामुळे, या तापमानखंडात 1 °C तापमानवाढीसाठी लागणाऱ्या उष्णतेला “एकक” (calorie) मानले जाते.

इतर तापमानखंडात, उष्णतेचे प्रमाण बदलते, त्यामुळे निश्चित एकक ठरवणे अवघड होते.

उदाहरण:

0 °C ते 1 °C मध्ये 1 kg पाण्याचे तापमान वाढवण्यासाठी 1.002 calorie लागतात.

100 °C ते 101 °C मध्ये 1 kg पाण्याचे तापमान वाढवण्यासाठी 1.008 calorie लागतात.

14.5 °C ते 15.5 °C मध्ये 1 kg पाण्याचे तापमान वाढवण्यासाठी 1.005 calorie लागतात.

निष्कर्ष:

14.5 °C ते 15.5 °C तापमानखंड निवडण्यामागे कारण म्हणजे या तापमानखंडात 1 kg पाण्याचे तापमान 1 °C ने वाढवण्यासाठी लागणारी उष्णता जवळपास स्थिर असते.

यामुळे, या तापमानखंडात “एकक” (calorie) ठरवणे सोपे आणि अचूक होते.

प्रश्न 5. खालील तापमानकाल आलेख स्पष्ट करा.

उत्तर : बर्फाचे वाफेत रूपांतर: तापमानातील बदल

आलेख:

AB रेषाखंड: 0°C तापमानावरील बर्फ 4 मिनिटांत पाण्यात रूपांतरित होतो. बर्फ वितळेपर्यंत तापमान 0°C स्थिर राहते. हे ऊर्जा बर्फाचा द्रवणांक दर्शवते.

BC रेषाखंड: 16 मिनिटांत (20-4) पाण्याचे तापमान 0°C ते 100°C पर्यंत वाढते. ऊर्जा तापमान वाढीसाठी वापरली जाते.

CD रेषाखंड: तापमान 100°C स्थिर राहते आणि पाणी वाफेत रूपांतरित होते. ऊर्जा पाण्याचे वाफेत रूपांतर करण्यासाठी वापरली जाते. 100°C हे पाण्याचे उत्कलन बिंदू दर्शवते.

प्रश्न 6. स्पष्टीकरण लिहा.

अ. थंड प्रदेशात जलीय वनस्पती व जलचर यांना जिवंत ठेवण्यात पाण्याच्या असंगत आचरणाची भूमिका स्पष्ट करा.

उत्तर: पाण्याची घनता:पाण्याची घनता 4°C तापमानाला उच्चतम असते.यामुळे, थंड प्रदेशातील तलावांमध्ये, 4°C तापमानाचे पाणी तळाशी राहते.

4°C पेक्षा कमी तापमानाचे पाणी आणि बर्फ पृष्ठभागावर तरंगतात.

उष्णतेचे दुर्वाहक:पाणी आणि बर्फ हे उष्णतेचे दुर्वाहक आहेत.याचा अर्थ ते उष्णता वाहून नेण्यास खराब आहेत.

तळाशी असलेल्या 4°C पाण्यावर बाहेरच्या थंडीचा फारसा परिणाम होत नाही.

जलीय वनस्पती आणि जलचर:तळाशी असलेल्या 4°C पाण्यामुळे, जलीय वनस्पती आणि जलचर थंडीपासून सुरक्षित राहतात.हे त्यांना जगण्यासाठी आणि वाढण्यासाठी आवश्यक असलेले अनुकूल वातावरण प्रदान करते.

आ. शीतपेयाची बाटली फ्रीजमधून काढून ठेवल्यास बाटलीच्या बाह्य पृष्ठभागावर पाण्याचे थेंब जमा झालेले दिसतात. याचे स्पष्टीकरण दवबिंदूच्या साहाय्याने करा

उत्तर: हवेची बाष्प धारण करण्याची क्षमता:ठरावीक तापमानात हवेत ठरावीक प्रमाणात बाष्प (पाण्याची वाफ) सामावले जाऊ शकते.तापमान कमी झाल्यास हवेची बाष्प धारण करण्याची क्षमता कमी होते.

शीतपेयाच्या बाटलीवर दवबिंदू:फ्रीजमधून काढल्यानंतर, शीतपेयाच्या बाटलीचे तापमान कक्ष तापमानापेक्षा कमी असते.यामुळे बाटलीच्या भोवतीच्या हवेचे तापमान कमी होते.कमी तापमानात हवेची बाष्प धारण करण्याची क्षमता कमी होते.बाटलीच्या भोवतीच्या हवेतील अतिरिक्त बाष्प द्रवरूपात बदलते.हे द्रवरूप बाष्प शीतपेयाच्या बाटलीच्या बाह्य पृष्ठभागावर जमा होते.या जमा झालेल्या द्रवरूप बाष्पालाच दवबिंदू म्हणतात.

इ. पाण्याच्या असंगत आचरणामुळे खडक फुटून त्यांचे तुकडे होतात हे वाक्य स्पष्ट करा.

उत्तर: पाण्याचे असंगत आचरण:पाण्याची घनता 4°C तापमानाला सर्वाधिक असत4°C च्या खाली तापमान गेल्यास पाणी प्रसरण पावते.बर्फ बनले तरी त्याचे आकारमान पाण्यापेक्षा अधिक होते.

खडक फुटणे:थंड प्रदेशात, 0°C च्या खाली तापमानामुळे खडकांच्या भेगांमधील पाणी गोठून बर्फ बनते.बर्फाचे आकारमान पाण्यापेक्षा जास्त असल्यामुळे खडकांवर दाब निर्माण होतो.कालांतराने, हा दाब खडक फुटून त्यांचे तुकडे करतो.

निष्कर्ष:थंड प्रदेशात खडक फुटण्याचे कारण पाण्याचे असंगत आचरण आहे. 4°C च्या खाली तापमान गेल्यास पाणी प्रसरण पावून बर्फ बनते आणि त्याचा दाब खडक फोडतो

प्रश्न 7. खालील प्रश्नांची उत्तरे लिहा.

अ. अप्रकट उष्मा म्हणजे काय ? पदार्थातील अप्रकट उष्मा पदार्थातून बाहेर टाकल्या गेल्यास पदार्थाच्या अवस्था कशा बदलतील ?

उत्तर: पदार्थाची अवस्था बदलताना त्याचे तापमान स्थिर राहते.या प्रक्रियेत, उष्णता बाहेर टाकली जाते किंवा शोषली जाते.या उष्णतेला अप्रकट उष्मा म्हणतात.

उदाहरण:वायू द्रव बनताना (द्रवण) अप्रकट उष्मा बाहेर टाकतो.

द्रव स्थायू बनताना (घनता) अप्रकट उष्मा बाहेर टाकतो.

स्थायू द्रव बनताना (द्रवीकरण) अप्रकट उष्मा शोषून घेतो.

द्रव वायू बनताना (वाष्पीभवन) अप्रकट उष्मा शोषून घेतो.

निष्कर्ष:अवस्था बदलताना अप्रकट उष्मा महत्त्वाची भूमिका बजावते.हे तापमान बदल न होता ऊर्जा शोषण किंवा उत्सर्जन दर्शवते.

आ. पदार्थाच्या विशिष्ट उष्माधारकतेच्या मापनासाठी कोणत्या तत्त्वाचा वापर करतात ?

उत्तर: पदार्थाची विशिष्ट उष्माघारकता मोजण्यासाठी उष्णता विनिमय तत्त्व:

तत्त्व:दोन वस्तू एका उष्णतारोधक पेटीत बंदिस्त केल्यास, उष्णता बाहेरून आत किंवा बाहेर जाऊ शकत नाही.

या स्थितीत, उष्ण वस्तू गमावलेली उष्णता थंड वस्तू शोषून घेते.

कालांतराने, दोन्ही वस्तूंचे तापमान समान होते.

उपयोग:हे तत्त्व पदार्थाची विशिष्ट उष्माघारकता मोजण्यासाठी वापरले जाते.

विशिष्ट उष्माघारकता म्हणजे 1°C तापमान वाढवण्यासाठी 1 kg पदार्थाला किती उष्णता आवश्यक आहे.

प्रयोग:एका उष्णतारोधक पेटीत, ज्ञात विशिष्ट उष्माघारकतेचा एक पदार्थ (उदा. पाणी) आणि मोजण्यासाठी असलेला पदार्थ ठेवा.

उष्ण पदार्थाचे तापमान मोजा.दोन्ही पदार्थांना एकत्र मिसळा आणि त्यांचे संतुलित तापमान मोजा.विशिष्ट उष्माघारकतेचे सूत्र वापरून मोजमाप करा.

इ. पदार्थाच्या अवस्था बदलातील अप्रकट उष्म्याची भूमिका स्पष्ट करा.

उत्तर:पदार्थाचे तापमान बदल न होता अवस्था बदलताना शोषून घेतलेली किंवा बाहेर टाकलेली उष्णता.

प्रकार:

वितळणाचा अप्रकट उष्मा:

स्थायू द्रव बनताना शोषली जाते.

तापमान स्थिर राहते (द्रवणांक).

कणांमधील बंध तोडण्यासाठी वापरले जाते.

बाष्पनाचा अप्रकट उष्मा:

द्रव वायू बनताना शोषली जाते.

तापमान स्थिर राहते (उत्कलन बिंदू).

कणांमधील बंध कमकुवत करण्यासाठी वापरले जाते.

संप्लवनाचा अप्रकट उष्मा:

स्थायू थेट वायू बनताना शोषली जाते.

तापमान स्थिर राहते.

कणांमधील बंध तोडण्यासाठी वापरले जाते.

उदाहरणे:बर्फ वितळणे, पाणी उकळणे, कपूर उडणे.

महत्त्व:अवस्था बदलाचा अभ्यास करण्यासाठी आवश्यक.

उष्णता गतिशीलता आणि ऊर्जा संवर्धन समजून घेण्यास मदत करते.

निष्कर्ष:अप्रकट उष्मा ही ऊर्जा रूपांतराची एक महत्त्वाची प्रक्रिया आहे.

ई. हवा संपृक्त आहे की असंपृक्त आहे हे कशाच्या आधारे व कसे ठरवाल

उत्तर:हवेत शक्य तितकी पाण्याची वाफ असल्यास ती हवा संपृक्त आहे असे म्हणतात.या स्थितीत, हवा थोडी थंड झाली तरी त्यातून पाण्याचे थेंब बाहेर पडतात.वातावरणात जागोजागी दवबिंदू दिसणे हे हवा संपृक्त असल्याचे लक्षण आहे.

सापेक्ष आर्द्रता:हवेतील प्रत्यक्ष पाण्याच्या वाफेचे प्रमाण आणि ती हवा किती पाण्याची वाफ धारण करू शकते याच्या प्रमाणाचे तुलनात्मक मोजमाप म्हणजे सापेक्ष आर्द्रता.100% सापेक्ष आर्द्रता म्हणजे हवा पूर्णपणे संपृक्त आहे.60% पेक्षा जास्त सापेक्ष आर्द्रता असल्यास हवा दमट आहे, तर 60% पेक्षा कमी असल्यास हवा कोरडी आहे.

दवबिंदू:हवा थंड झाल्यास त्यातील पाण्याची वाफ द्रवरूपात बदलून दवबिंदू तयार होतात.हवा संपृक्त असल्यास थोडी थंड झाली तरी दवबिंदू तयार होतात.

निष्कर्षदवबिंदू आणि सापेक्ष आर्द्रता यांच्या आधारावर हवा संपृक्त आहे की नाही हे ठरवता येते.

प्रश्न 8. खालील उताऱ्याचे वाचन करा व विचारलेल्या प्रश्नांची उत्तरे लिहा.

उत्तर:उष्ण व थंड वस्तूंमधील उष्णतेची देवाणघेवाण:

तत्त्व:उष्ण व थंड वस्तू एकमेकांशी संपर्कात आल्यास, उष्ण वस्तू उष्णता गमावते आणि थंड वस्तू उष्णता ग्रहण करते.हा उष्णतेचा प्रवाह दोन्ही वस्तूंचे तापमान समान होईपर्यंत चालू राहतो.

जर दोन्ही वस्तू एका बंद प्रणालीत असतील, तर उष्णता बाहेरून आत किंवा आतून बाहेर जाऊ शकणार नाही.

अशा परिस्थितीत, उष्ण वस्तूने गमावलेली उष्णता थंड वस्तूने ग्रहण केलेल्या उष्णतेच्या बरोबर असते.

उदाहरण:गरम पाण्याचा कप थंड हवेच्या खोलीत ठेवल्यास, पाण्याचे तापमान कमी होत जाते आणि हवेचे तापमान वाढते.

पाणी थंड होईपर्यंत आणि हवा गरम होईपर्यंत हा उष्णतेचा प्रवाह चालू राहतो.

जर कप एका बंद थर्मोस फ्लास्कमध्ये ठेवला गेला असेल, तर पाण्याचे तापमान हवेच्या तापमानाइतके होईपर्यंत कमी होत राहील.

थर्मोस फ्लास्कमधून उष्णता बाहेर जाऊ शकत नाही, त्यामुळे पाणी गमावलेली उष्णता हवा ग्रहण करते.

निष्कर्ष:उष्ण व थंड वस्तूंमधील उष्णतेची देवाणघेवाण ही ऊर्जा संवर्धनाच्या नियमानुसार होते.

बंद प्रणालीमध्ये, उष्णता निर्माण किंवा नष्ट होऊ शकत नाही, ती फक्त एका वस्तूमधून दुसऱ्या वस्तूमध्ये हस्तांतरित होऊ शकते

उष्ण वस्तूने गामावलेली उष्णता = थंड वस्तूने ग्रहण केलेली उष्णता.

अ. उष्णता स्थानांतरण कोठून कोठे होते ?

उत्तर :उष्णतेचे स्थानांतरण उष्ण पदार्थाकडून थंड पदार्थकडे होते. 

आ. अशा स्थितीत आपणास उष्णतेच्या कोणत्या तत्त्वाचा बोध होतो ?

उत्तर :अशा स्थितीत उष्णता विनियमाच्या तत्त्वाच्या बोध होतो. 

इ. हे तत्त्व थोडक्यात कसे सांगता येईल ?

उत्तर :दोन वस्तुच्या प्रणालीमधून उष्णता आत जाणार नाही व बाहेरही येणार नाही अशा स्थितीत उष्ण वस्तूने गमावलेली उष्णता = थंड वस्तूने ग्रहण केलेली उष्णता.

ई. या तत्त्वाला उपयोग पदार्थाच्या कोणत्या गुणधर्माच्या मापनासाठी केला जातो ?

उत्तर :पदार्थाची विशिष्ट उष्मा ग्राहकता हा गुणधर्म मोजण्यासाठी तत्वाचा उपयोग केला जातो

प्रश्न 9. उदाहरणे सोडवा.    

अ. 1g वस्तुमानाचे दोन पदार्थ ‘अ’ आणि ‘ब’ यांना एकसारखी उष्णता दिल्यावर ‘अ’ चे तापमान 3°C तर ‘ब’ चे तापमान 5°C ने वाढवले यावरून ‘अ’ व ‘ब’ पैकी कोणाची विशिष्ट उष्माधारकता जास्त आहे ? किती पटीने ?

उत्तर :उपाय:विशिष्ट उष्माधारकता (c) खालील सूत्रानुसार निश्चित केली जाते:

उपाय:विशिष्ट उष्माधारकता (c) खालील सूत्रानुसार निश्चित केली जाते:

c = Q / (m * ΔT)

ज्यामध्ये,

c = विशिष्ट उष्माधारकता (J/kg°C)

Q = दिलेली उष्णता (J)

m = वस्तुमान (kg)

ΔT = तापमानातील बदल (°C)

विश्लेषण:दोन्ही पदार्थांना एकसारखी उष्णता (Q) दिली जाते आणि त्यांचे वस्तुमान (m) समान (1g) आहे.

‘अ’ साठी:

ΔT = 3°C

c_a = Q / (1g * 3°C)

‘ब’ साठी:

ΔT = 5°C

c_b = Q / (1g * 5°C)

निष्कर्ष:

c_a / c_b = (Q / (1g * 3°C)) / (Q / (1g * 5°C))

= 5°C / 3°C

= 5/3 म्हणून, ‘अ’ ची विशिष्ट उष्माधारकता ‘ब’ च्या विशिष्ट उष्माधारकतेच्या 5/3 पटीने जास्त आहे.

आ. बर्फ बनविण्याच्या कारखान्यात पाण्याचे तापमान कमी करून बर्फ बनविण्यासाठी द्रवरूप अमोनियाचा वापर करतात. जर 20°C तापमानाचे पाणी 0°Cतापमानाच्या 2kg बर्फात रूपांतरित करायचे असेल तर किती ग्रॅम अमोनियाच्या बाष्पन करावे लागेल ?

उत्तर :पाण्याचे तापमान 20°C वरून 0°C पर्यंत 20°C ने कमी करणे आवश्यक आहे.

1 kg पाण्याचे तापमान 1°C ने कमी करण्यासाठी 4200 J उष्णता काढून घेणे आवश्यक आहे.

2 kg पाण्याचे तापमान 20°C ने कमी करण्यासाठी आवश्यक उष्णता:

Q_w = 2 kg x4200 J/kg°C x 20°C = 168000 J

2. बर्फ वितळवणे:2 kg बर्फ वितळण्यासाठी 336000 J उष्णता आवश्यक आहे.

एकूण आवश्यक उष्णता:

Q_total = Q_w + 336000 J = 168000 J + 336000 J = 504000 J

3. अमोनियाचे बाष्पीभवन: द्रवरूप अमोनियाच्या बाष्पनाचा अप्रकट उष्मा 341 J/g आहे.

पाण्याचे सुरुवातीचे तापमान 20°C वरून 0°C पर्यंत कमी करण्यासाठी आवश्यक उष्णता (Q1) विशिष्ट उष्णतेच्या सूत्राचा वापर करून काढता येते:

Q1 = m x Cw x ΔT

म मूल्यांची जुळवाणी करून:

Q1 = 2000 ग्रॅम x 1 कॅल/ग्रॅम°C x (20°C – 0°C)

  = 40000 कॅल

2. पाण्याचे बर्फात रूपांतर:

0°C तापमानाचे पाणी बर्फात रूपांतरित होण्यासाठी आवश्यक उष्णता (Q2) बर्फाच्या गुप्त उष्णतेच्या सूत्राचा वापर करून काढता येते:

Q2 = 2000 ग्रॅम x80 कॅल/ग्रॅम

  = 160000 कॅल

3. एकूण आवश्यक उष्णता:पाणी थंड करून बर्फात रूपांतरित करण्यासाठी लागणारी एकूण उष्णता (Q3):

Q3 = Q1 + Q2

  = 40000 कॅल + 160000 कॅल

  = 200000 कॅल

4. अमोनिया वाफ होणे:

M (अमोनियाचे प्रमाण) शोधण्यासाठी समीकरण सोडवा:

200000 कॅल = M x 341 कॅल/ग्रॅम

M = (200000 कॅल) / (341 कॅल/ग्रॅम)

M ≈ 586.5 ग्रॅम

उत्तर:20°C तापमानाचे 2 किलो पाणी 0°C तापमानाच्या बर्फात रूपांतरित करण्यासाठी सुमारे 586.5 ग्रॅम अमोनिया वाफ होणे आवश्यक आहे.

इ. एका उष्णतारोधक भांड्यामध्ये 150g वस्तुमानाचा 0°C तापमानाचा बर्फ ठेवला आहे. 100°C तापमानाची किती पाण्याची वाफ त्यात मिसळावी म्हणजे 50°C तापमानाचे पाणी तयार होईल ? (बर्फ वितळण्याचा अप्रकट उष्मा = 80cal/g, पाण्याच्या बाष्पनाचा अप्रकट उष्मा = 540Cal/g, पाण्याची विशिष्ट उष्माधारकता = 1Cal/g)

उत्तर:150 ग्रॅम बर्फ ०°C वरून 50°C पाण्यात रूपांतरित करण्यासाठी आवश्यक वाफेचे प्रमाण

उष्णतेची गणना

१. बर्फ वितळवणे: बर्फ वितळण्यासाठी गुप्त उष्णतेची आवश्यकता असते. बर्फ वितळवण्याचे गुप्त उष्णता 80 कॅल/ग्रॅम आहे. म्हणून, 150 ग्रॅम बर्फ वितळवण्यासाठी आवश्यक उष्णता:

बर्फ वितळवण्यासाठी उष्णता (Q_m) = १५० ग्रॅम * ८० कॅल/ग्रॅम = 12000 कॅल

२. पाणी गरम करणे: पाण्याचे तापमान वाढवण्यासाठी विशिष्ट उष्णतेची आवश्यकता असते. पाण्याची विशिष्ट उष्णता 1 कॅल/ग्रॅम°C आहे. म्हणून, 150 ग्रॅम पाण्याचे तापमान 0°C वरून 50°C पर्यंत वाढवण्यासाठी आवश्यक उष्णता:

पाणी गरम करण्यासाठी उष्णता (Q_w) = 150 ग्रॅम * 1 कॅल/ग्रॅम°C x (50°C – 0°C) = 7500 कॅल

एकूण आवश्यक उष्णता:

एकूण उष्णता (Q_total) = Q_m + Q_w = 12000 कॅल + 7500 कॅल = 11500 कॅल

दुसरी पाऊली: वाफेची गणना

50°C अंतिम तापमान गाठण्यासाठी आपण 100°C तापमानाची वाफ मिसळवतो. वाफ पाण्यात रूपांतरित होताना गुप्त उष्णता सोडते. पाण्याची वाफ बनण्याचे गुप्त उष्णता 540 कॅल/ग्रॅम आहे.

वाफेचे प्रमाण “m” ग्रॅम् मध्ये दर्शवूया. वाफेमुळे सोडली जाणारी एकूण उष्णता दोन भागांत विभाजित केली जाऊ शकते:

1. वाफ पाण्यात रूपांतरित होणे: “m” ग्रॅम वाफ 540 कॅल/ग्रॅम उष्णता सोडते. म्हणून, वाफ पाण्यात रूपांतरित होण्यामुळे सोडली जाणारी उष्णता:

m x 540 कॅल/ग्रॅम

2. पाण्याचे तापमान कमी करणे: 100°C वरून 50°C पर्यंत थंड होणारे पाणी देखील उष्णता सोडते. हे उष्णतेचे प्रमाण:

m x 1 कॅल/ग्रॅम°C x (100°C – 50°C) = ५०m कॅल/ग्रॅम

एकूण सोडली जाणारी उष्णता (वाफ पाण्यात रूपांतरित होणे + पाण्याचे तापमान कमी करणे) एकूण आवश्यक उष्णतेच्या (१९५०० कॅल) बरोबर असणे आवश्यक आहे. म्हणून, आपल्याला खालील समीकरण मिळते:

m x 540 कॅल/ग्रॅम + 50m कॅल/ग्रॅम = 19500 कॅल

उत्तर:590m = 19500

19500 / 590

m ≈ 33 ग्रॅम

ई.एका कॅलरीमापीचे वस्तुमान 100g असून, विशिष्ट उष्माधारकता 0.1 kcal/kg°C आहे. त्यामध्ये 250g वस्तुमानाचा, 0.4 kcal/kg°C विशिष्ट उष्माधारकतेचा व 30°C तापमानचा द्रव पदार्थ आहे. त्यामध्ये जर 10g वस्तुमानाचा, 0°C तापमानाचा बर्फाचा खडा, टाकला तर मिश्रणाचे तापमान किती होईल ?

मिश्रणाचे तापमान : 20.83°C

उपाय:उष्णतेची देवाणघेवाण:

या प्रकरणात, उष्णतेची देवाणघेवाण खालीलप्रमाणे घडते:

बर्फाचा खडा :

उष्णता ग्रहण करून :

0°C पर्यंत तापमान वाढवण्यासाठी (10g x0.5 cal/g°C * 0°C) = 0 cal

0°C वरून पाण्यात रूपांतरित होण्यासाठी (10g * 80 cal/g) = 800 cal

एकूण उष्णता ग्रहण : 800 cal

द्रव पदार्थ :

उष्णता सोडून :

(250g x 0.4 cal/g°C x(30°C – T)) cal

कॅलरीमापी :

उष्णता सोडून :

(100g x 0.1 cal/g°C x(30°C – T)) cal

उष्णतेचे संतुलन:

उष्णतेच्या देवाणघेवाणच्या नियमानुसार, बर्फाच्या खड्याने ग्रहण केलेली उष्णता द्रव पदार्थ आणि कॅलरीमापी यांनी सोडलेली उष्णतेच्या बरोबर असते.

म्हणून,

800 cal = (250g x 0.4 cal/g°C x (30°C – T)) cal + (100g x 0.1 cal/g°C x (30°C – T)) cal

T साठी सोडवणे:

वरील समीकरण सोडवून T साठी मिळते:

T = (800 cal) / (250g x 0.4 cal/g°C x30°C + 100g x 0.1 cal/g°C * 30°C)

T ≈ 20.83°C

10g वस्तुमानाचा 0°C तापमानाचा बर्फाचा खडा 250g वस्तुमानाच्या 30°C तापमानाच्या द्रव पदार्थात टाकल्यास मिश्रणाचे तापमान 20.83°C पर्यंत कमी होईल.