सभी पदार्थों में आंतरिक ऊर्जा होती है।यह मान कई भौतिक और रासायनिक गुणों की विशेषता है, जिनके बीच गर्मी पर विशेष ध्यान दिया जाना चाहिए। यह मान एक अमूर्त गणितीय मूल्य है जो किसी पदार्थ के अणुओं के बीच बातचीत की ताकतों का वर्णन करता है। गर्मी विनिमय के तंत्र को समझना इस सवाल का जवाब देने में मदद कर सकता है कि पदार्थों के शीतलन और हीटिंग के दौरान कितनी गर्मी जारी की गई थी, साथ ही साथ उनके दहन भी।
प्रारंभ में, गर्मी हस्तांतरण की घटना का वर्णन किया गया थाबहुत सरल और समझ में आता है: यदि किसी पदार्थ का तापमान बढ़ता है, तो वह गर्मी प्राप्त करता है, और यदि ठंडा हो जाता है, तो यह इसे पर्यावरण में छोड़ देता है। हालांकि, गर्मी प्रश्न में द्रव या शरीर का अभिन्न अंग नहीं है, जैसा कि तीन शताब्दियों पहले सोचा गया था। लोग भोलेपन से मानते थे कि द्रव्य के दो भाग होते हैं: उसके अपने अणु और ऊष्मा। आजकल, कुछ लोगों को याद है कि लैटिन में "तापमान" शब्द का अर्थ "मिश्रण" है, और, उदाहरण के लिए, कांस्य को "टिन और तांबे का तापमान" के रूप में कहा जाता था।
17 वीं शताब्दी में, दो परिकल्पनाएं दिखाई दीं जो कर सकती थींस्पष्ट रूप से गर्मी और गर्मी हस्तांतरण की घटना की व्याख्या करेगा। सबसे पहले 1613 में गैलीलियो द्वारा प्रस्तावित किया गया था। इसका सूत्रीकरण इस प्रकार था: "ऊष्मा एक असामान्य पदार्थ है जो किसी भी पिंड में और उसके बाहर प्रवेश कर सकता है।" गैलीलियो ने इस पदार्थ को कैलोरी कहा। उन्होंने तर्क दिया कि कैलोरी गायब या विघटित नहीं हो सकती है, लेकिन केवल एक शरीर से दूसरे में जाने में सक्षम है। तदनुसार, किसी पदार्थ में जितना अधिक कैलोरी होता है, उसका तापमान उतना ही अधिक होता है।
दूसरी परिकल्पना 1620 में दिखाई दी, औरयह दार्शनिक बेकन द्वारा प्रस्तावित किया गया था। उसने देखा कि हथौड़े के मजबूत वार के तहत लोहा गर्म हो रहा था। इस सिद्धांत ने घर्षण द्वारा आग जलाते समय भी काम किया, जिससे बेकन को गर्मी की आणविक प्रकृति का विचार आया। उन्होंने तर्क दिया कि जब शरीर पर यंत्रवत् कार्य करते हैं, तो इसके अणु एक-दूसरे के खिलाफ धड़कना शुरू कर देते हैं, गति को बढ़ाते हैं और इस तरह तापमान बढ़ाते हैं।
दूसरी परिकल्पना के परिणामस्वरूप निष्कर्ष निकाला गयाताप एक पदार्थ के अणुओं के एक दूसरे के साथ यांत्रिक क्रिया का परिणाम है। लंबे समय तक, लोमोनोसोव ने इस सिद्धांत को साबित करने और प्रयोगात्मक रूप से साबित करने की कोशिश की।
आधुनिक वैज्ञानिक निम्नलिखित निष्कर्ष पर आए हैं:तापीय ऊर्जा पदार्थ के अणुओं की बातचीत का परिणाम है, अर्थात शरीर की आंतरिक ऊर्जा। कणों की गति की गति तापमान पर निर्भर करती है, और गर्मी की मात्रा पदार्थ के द्रव्यमान के सीधे आनुपातिक होती है। इस प्रकार, पानी की एक बाल्टी में भरे हुए कप की तुलना में अधिक ऊर्जा होती है। हालाँकि, एक कटोरी गर्म तरल में एक कटोरी ठंड से कम गर्माहट हो सकती है।
17 वीं शताब्दी में कैलोरी सिद्धांत प्रस्तावितगैलीलियो, वैज्ञानिकों जे। जूल और बी। रमफोर्ड द्वारा खंडन किया गया था। उन्होंने सिद्ध किया कि तापीय ऊर्जा का कोई द्रव्यमान नहीं होता है और विशेष रूप से अणुओं के यांत्रिक आंदोलन की विशेषता होती है।
आज सार्वभौमिक और व्यापक रूप सेऊर्जा स्रोत पीट, तेल, कोयला, प्राकृतिक गैस या लकड़ी हैं। जब इन पदार्थों को जलाया जाता है, तो एक निश्चित मात्रा में गर्मी निकलती है, जिसका उपयोग हीटिंग, शुरुआती तंत्र आदि के लिए किया जाता है। इस मूल्य की गणना व्यवहार में कैसे की जा सकती है?
इसके लिए, विशिष्ट गर्मी की अवधारणा पेश की जाती हैदहन। यह मान किसी निश्चित पदार्थ के 1 किलो के दहन के दौरान निकलने वाली गर्मी की मात्रा पर निर्भर करता है। यह अक्षर q द्वारा निर्दिष्ट किया जाता है और J / kg में मापा जाता है। नीचे कुछ सबसे सामान्य ईंधन के लिए q मानों की एक तालिका है।
इंजनों के निर्माण और गणना में इंजीनियरयह जानना आवश्यक है कि किसी पदार्थ की निश्चित मात्रा के दहन के दौरान कितनी ऊष्मा निकलेगी। ऐसा करने के लिए, आप सूत्र Q = qm के अनुसार अप्रत्यक्ष माप का उपयोग कर सकते हैं, जहाँ Q पदार्थ के दहन की ऊष्मा है, Q दहन की विशिष्ट ऊष्मा (सारणीबद्ध मान) है, और m निर्दिष्ट द्रव्यमान है।
दहन ताप उत्पादन पर आधारित हैरासायनिक बांड के गठन के दौरान ऊर्जा रिलीज की घटना। सबसे सरल उदाहरण कार्बन का दहन है, जो किसी भी आधुनिक ईंधन में पाया जाता है। कार्बन वायुमंडलीय वायु की उपस्थिति में जलता है और ऑक्सीजन के साथ मिलकर कार्बन डाइऑक्साइड बनाता है। एक रासायनिक बांड का गठन पर्यावरण में थर्मल ऊर्जा की रिहाई के साथ होता है, और एक व्यक्ति ने अपने स्वयं के प्रयोजनों के लिए इस ऊर्जा का उपयोग करने के लिए अनुकूलित किया है।
दुर्भाग्य से, ऐसे मूल्यवान का विचारहीन कचरातेल या पीट जैसे संसाधन जल्द ही इन ईंधनों के निष्कर्षण के स्रोतों को समाप्त कर सकते हैं। पहले से ही आज, बिजली के उपकरण और यहां तक कि नए कार मॉडल भी दिखाई देते हैं, जिनमें से काम सूरज की रोशनी, पानी या पृथ्वी की पपड़ी की ऊर्जा जैसे वैकल्पिक ऊर्जा स्रोतों पर आधारित है।
शरीर के भीतर गर्मी ऊर्जा का आदान-प्रदान करने की क्षमताया एक शरीर से दूसरे में गर्मी हस्तांतरण कहा जाता है। यह घटना अनायास नहीं होती है और केवल तापमान के अंतर के साथ होती है। सरलतम मामले में, गर्मी ऊर्जा को अधिक गर्म शरीर से कम गर्म वाले में तब तक स्थानांतरित किया जाता है जब तक संतुलन स्थापित नहीं हो जाता।
निकायों के संपर्क में होने की जरूरत नहीं हैगर्मी हस्तांतरण घटना हुई। किसी भी मामले में, संतुलन की स्थापना विचार के तहत वस्तुओं के बीच थोड़ी दूरी पर भी हो सकती है, लेकिन जब वे स्पर्श करते हैं तो कम गति से।
हीट ट्रांसफर को तीन प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है:
1. तापीय चालकता।
2. संवहन।
3. दीप्तिमान विनिमय।
यह घटना तापीय ऊर्जा के हस्तांतरण पर आधारित हैकिसी पदार्थ के परमाणुओं या अणुओं के बीच। स्थानांतरण का कारण अणुओं के अराजक आंदोलन और उनकी निरंतर टक्कर है। इसके कारण, श्रृंखला के साथ गर्मी को एक अणु से दूसरे में स्थानांतरित किया जाता है।
तापीय चालकता की घटना को देखा जा सकता हैकिसी भी लोहे की सामग्री को शांत करना, जब सतह पर लाली आसानी से फैलती है और धीरे-धीरे दूर हो जाती है (एक निश्चित मात्रा में गर्मी पर्यावरण में जारी होती है)।
जे। फूरियर ने गर्मी प्रवाह के लिए एक सूत्र निकाला, जिसने सभी मात्राओं को एकत्र किया जो किसी पदार्थ की तापीय चालकता की डिग्री को प्रभावित करते हैं (आंकड़ा देखें)।
इस सूत्र में, Q / t ऊष्मा प्रवाह है, λ -तापीय चालकता गुणांक, एस क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र है, टी / एक्स एक निश्चित दूरी पर स्थित शरीर के सिरों के बीच तापमान अंतर का अनुपात है।
तापीय चालकता एक सारणीबद्ध मान है। यह आवासीय भवन या उपकरण के थर्मल इन्सुलेशन के लिए व्यावहारिक महत्व है।
एक और गर्मी हस्तांतरण विधि, जो पर आधारित हैविद्युत चुम्बकीय विकिरण की घटना। संवहन और ऊष्मा चालन से इसका अंतर यह है कि ऊर्जा का स्थान वैक्यूम स्थान में भी हो सकता है। हालांकि, पहले मामले में, एक तापमान अंतर की आवश्यकता होती है।
रेडिएंट एक्सचेंज गर्मी हस्तांतरण का एक उदाहरण हैपृथ्वी की सतह पर सूर्य की ऊर्जा, जो मुख्य रूप से अवरक्त विकिरण के लिए जिम्मेदार है। यह निर्धारित करने के लिए कि पृथ्वी की सतह पर कितनी गर्मी पड़ती है, कई स्टेशन बनाए गए थे जो इस संकेतक में परिवर्तन की निगरानी करते हैं।
वायु प्रवाह का सीधा संवहनगर्मी हस्तांतरण की घटना के साथ जुड़ा हुआ है। भले ही हमने किसी तरल या गैस को कितनी गर्मी दी हो, पदार्थ के अणु तेजी से निकलने लगते हैं। इस वजह से, पूरे सिस्टम का दबाव कम हो जाता है, जबकि इसके विपरीत, वॉल्यूम बढ़ जाता है। यह हवा या अन्य गैसों की गर्म धाराओं के ऊपर की ओर बढ़ने का कारण है।
घटना का उपयोग करने का सबसे सरल उदाहरणरोजमर्रा की जिंदगी में संवहन को बैटरी का उपयोग करके कमरे को गर्म करना कहा जा सकता है। वे एक कारण के लिए कमरे के नीचे स्थित हैं, लेकिन इतना है कि गर्म हवा में उठने के लिए कमरा है, जिससे पूरे कमरे में प्रवाह का प्रसार होता है।
ताप या शीतलन की गर्मी की गणना की जाती हैगणितीय रूप से एक विशेष उपकरण का उपयोग करके - एक कैलोरीमीटर। स्थापना को पानी से भरे एक बड़े अछूता पोत द्वारा दर्शाया गया है। माध्यम के प्रारंभिक तापमान को मापने के लिए एक थर्मामीटर को तरल में उतारा जाता है। फिर संतुलन के बाद तरल के तापमान में परिवर्तन की गणना करने के लिए एक गर्म शरीर को पानी में उतारा जाता है।
पर्यावरण के बढ़ते टी को कम करके, यह निर्धारित किया जाता हैशरीर को गर्म करने के लिए कितनी गर्मी खर्च करनी चाहिए। एक कैलोरीमीटर सबसे सरल उपकरण है जो तापमान परिवर्तनों को पंजीकृत कर सकता है।
इसके अलावा, एक कैलोरीमीटर का उपयोग करके, आप गणना कर सकते हैंपदार्थों के दहन के दौरान किस मात्रा में गर्मी जारी की जाएगी। इसके लिए, एक "बम" को पानी से भरे बर्तन में रखा जाता है। यह "बम" एक बंद पोत है जिसमें परीक्षण पदार्थ स्थित है। आगजनी के लिए विशेष इलेक्ट्रोड इससे जुड़े होते हैं, और चैम्बर ऑक्सीजन से भरा होता है। पदार्थ के पूर्ण दहन के बाद, पानी के तापमान में परिवर्तन दर्ज किया जाता है।
इस तरह के प्रयोगों के दौरान, यह पाया गया किथर्मल ऊर्जा स्रोत रासायनिक और परमाणु प्रतिक्रियाएं हैं। पृथ्वी की गहरी परतों में परमाणु प्रतिक्रियाएं होती हैं, जिससे पूरे ग्रह के लिए गर्मी की मुख्य आपूर्ति होती है। वे थर्मोन्यूक्लियर संलयन के दौरान ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए मनुष्यों द्वारा भी उपयोग किए जाते हैं।
रासायनिक प्रतिक्रियाओं के उदाहरण दहन हैंपदार्थ और मानव पाचन तंत्र में मोनोमर्स को पॉलिमर का क्षरण। एक अणु में रासायनिक बंधों की गुणवत्ता और मात्रा निर्धारित करती है कि अंत में कितनी गर्मी जारी है।
अंतरराष्ट्रीय में गर्मी के मापन की इकाईSI प्रणाली जूल (J) है। रोजमर्रा की जिंदगी में भी, गैर-प्रणालीगत इकाइयों का उपयोग किया जाता है - कैलोरी। 1 कैलोरी अंतरराष्ट्रीय मानक के अनुसार 4.1868 J और थर्मोकेमिस्ट्री के आधार पर 4.184 J के बराबर होती है। पहले, एक ब्रिटिश थर्मल यूनिट बीटीयू थी, जिसका उपयोग शायद ही कभी वैज्ञानिकों द्वारा किया जाता है। 1 बीटीयू = 1.055 जे।
