ऊष्मा Questions and Answers – पृष्ठ 3

अलग-अलग प्रशीतन प्रणालियाँ अपने पैमाने और दक्षता आवश्यकताओं के आधार पर अलग-अलग प्रशीतकों का उपयोग करती हैं। विकल्प A (CFC) गलत है — CFC (क्लोरोफ्लोरोकार्बन), जिसे फ्रेऑन भी कहते हैं, घरेलू रेफ्रिजरेटर में उपयोग किया जाता है। CFC को वैश्विक स्तर पर ओजोन परत को नुकसान पहुँचाने के कारण चरणबद्ध तरीके से बंद किया जा रहा है। विकल्प B (अमोनिया NH₃) सही है — छवि बताती है: बड़े शीतगृह संयंत्रों में प्रशीतक के रूप में अमोनिया का उपयोग होता है। अमोनिया में बड़े पैमाने पर प्रशीतन के लिए उत्कृष्ट ऊष्मागतिक गुण हैं: बहुत अधिक वाष्पीकरण की गुप्त ऊष्मा और कम क्वथनांक (-33°C)। विकल्प C (नाइट्रोजन गैस) गलत है — तरल नाइट्रोजन का उपयोग क्रायोजेनिक अनुप्रयोगों के लिए होता है। विकल्प D (कार्बन डाइऑक्साइड) गलत है — CO₂ कुछ आधुनिक प्रणालियों में उपयोग हो रहा है लेकिन प्रतियोगी परीक्षाओं के लिए बड़े शीतगृह में मानक उत्तर अमोनिया है।

रेफ्रिजरेटर में भोजन संरक्षण के लिए बनाए गए तापमान का वैज्ञानिक महत्व है। विकल्प B (4°C) सही है — छवि बताती है: रेफ्रिजरेटर में खाद्य पदार्थों को ताजा रखने हेतु तापमान — 4°C। मानक सुरक्षित रेफ्रिजरेटर तापमान 4°C (40°F) है। इस तापमान पर बैक्टीरिया की वृद्धि काफी धीमी होती है। इसके अलावा, 4°C पानी के अधिकतम घनत्व का तापमान है। विकल्प C (10°C) गलत है — 10°C सुरक्षित भोजन भंडारण के लिए बहुत गर्म है। विकल्प D (-18°C) गलत है — -18°C फ्रीजर डिब्बे का मानक तापमान है।

यह प्रश्न वाष्पीकरण और गुप्त ऊष्मा के भौतिकी के बारे में है। विकल्प A (ढक्कन हवा को रोकता है) आंशिक रूप से सही है लेकिन छवि में दिया गया वैज्ञानिक स्पष्टीकरण विशेष रूप से वाष्पीकरण की गुप्त ऊष्मा के बारे में है। विकल्प B (उच्च दाब बनाए रखना) गलत है — ढक्कन आंतरिक दाब को महत्वपूर्ण रूप से नहीं बढ़ाता। विकल्प C (स्याही वाष्पीकरण के लिए गुप्त ऊष्मा ग्रहण करती है) सही है — वाष्पीकरण के लिए स्याही को वाष्पीकरण की गुप्त ऊष्मा अवशोषित करनी होती है। जब ढक्कन लगा होता है, तो अंदर की हवा जल्दी वाष्प से संतृप्त हो जाती है, जिससे आगे वाष्पीकरण रुक जाता है। ढक्कन अनिवार्य रूप से वाष्पीकरण के लिए आवश्यक ऊष्मा स्थानांतरण तंत्र को रोकता है। विकल्प D (ढक्कन पेन को गर्म रखता है) गलत है — ढक्कन हीटर नहीं है।

रेफ्रिजरेटर में बिस्कुट का व्यवहार ऊष्मागतिकी का एक आकर्षक अनुप्रयोग है। विकल्प A (ठंडा तापमान चीनी को सख्त करता है) गलत है — बिस्कुट के कुरकुरे होने का प्राथमिक कारण नमी हटाना है, चीनी का सख्त होना नहीं। विकल्प B (आर्द्रता अवशोषित होकर द्रव रूप में बाहर निकलती है) सही है — छवि बताती है: मीठी बिस्कुट को फ्रिज में रखने पर वह कुरकुरे हो जाते हैं क्योंकि आर्द्रता अवशोषित होकर द्रव रूप में बाहर निकाल दी जाती है। नरम बिस्कुट में नमी होती है। जब रेफ्रिजरेटर में रखी जाती है, तो अंदर की ठंडी, सूखी हवा इस नमी को अवशोषित कर लेती है। नमी हटने से बिस्कुट फिर से सूखी और कुरकुरी हो जाती है। विकल्प C (परिरक्षक मिलाना) गलत है — रेफ्रिजरेटर भोजन में कोई रासायनिक परिरक्षक नहीं मिलाते। विकल्प D (छिद्रयुक्त बनाना) गलत है — ठंडी हवा बिस्कुट में छिद्रता नहीं बनाती।

रेफ्रिजरेटर ऊष्मागतिक सिद्धांतों पर काम करने वाला एक आवश्यक घरेलू उपकरण है। विकल्प A (सभी खाद्य पदार्थों को जमाना) गलत है — एक सामान्य रेफ्रिजरेटर खाद्य पदार्थों को नहीं जमाता। जमाना केवल फ्रीजर डिब्बे में होता है। मुख्य रेफ्रिजरेटर डिब्बे में 0°C से ऊपर तापमान (आमतौर पर 2-8°C) बनाए रखा जाता है। विकल्प B (एक समान तापमान बनाए रखना) सही है — छवि बताती है: रेफ्रिजरेटर में थर्मोस्टेट का कार्य एक समान तापमान को बनाए रखना है। रेफ्रिजरेटर का प्राथमिक कार्य बैक्टीरिया की वृद्धि और भोजन खराब होने को धीमा करने के लिए अंदर एकसमान कम तापमान बनाए रखना है। विकल्प C (उच्च ऊष्मा से बैक्टीरिया को नष्ट करना) गलत है — रेफ्रिजरेटर बैक्टीरिया की गतिविधि को धीमा करने के लिए कम तापमान का उपयोग करते हैं। विकल्प D (हवा शुद्ध करना) गलत है — रेफ्रिजरेटर हवा शुद्ध नहीं करते।

थर्मोस्टेट एक स्वचालित तापमान नियंत्रण उपकरण है जो रोजमर्रा के उपकरणों में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। विकल्प A (तापमान मापना) गलत है — तापमान मापना थर्मामीटर का कार्य है, थर्मोस्टेट का नहीं। विकल्प B (तापक्रम का स्थिरीकरण) सही है — छवि बताती है: थर्मोस्टेट यंत्र का कार्य तापक्रम का स्थिरीकरण है। थर्मोस्टेट स्वचालित रूप से निर्धारित तापमान बनाए रखने के लिए हीटिंग या कूलिंग उपकरण को नियंत्रित करता है। जब तापमान निर्धारित बिंदु से ऊपर बढ़ता है, तो थर्मोस्टेट हीटर को बंद कर देता है। विकल्प C (ऊष्मा को विद्युत में बदलना) गलत है — यह थर्मोकपल का कार्य है। विकल्प D (ऊष्मा को ठंडे से गर्म में स्थानांतरित करना) गलत है — यह रेफ्रिजरेटर या हीट पंप का कार्य है।

जब किसी पदार्थ को गर्म किया जाता है, तो तापीय प्रसार होता है। विकल्प A गलत है — गर्म करने से अणु तेजी से कंपन करते हैं और एक-दूसरे से दूर चले जाते हैं, इसलिए आयतन बढ़ता है, घटता नहीं। घनत्व = द्रव्यमान/आयतन; चूँकि द्रव्यमान स्थिर रहता है लेकिन आयतन बढ़ता है, घनत्व कम होना चाहिए, बढ़ना नहीं। विकल्प B गलत है — जबकि गर्म करने पर आयतन बढ़ता है (सही), घनत्व का भी बढ़ना गलत है। विकल्प C सही है — छवि बताती है: किसी पदार्थ को गर्म करने पर आयतन बढ़ता है, घनत्व घटता है। जब गर्म किया जाता है, तो अणु गतिज ऊर्जा प्राप्त करते हैं और एक-दूसरे से दूर चले जाते हैं, जिससे आयतन बढ़ता है जबकि द्रव्यमान अपरिवर्तित रहता है। चूँकि घनत्व = द्रव्यमान/आयतन, स्थिर द्रव्यमान और बढ़ते आयतन के साथ, घनत्व घटता है। विकल्प D गलत है — गर्म करने पर आयतन का घटना संकुचन होगा जो सामान्य तापीय प्रसार के विपरीत है।

फारेनहाइट में सामान्य मानव शरीर के तापमान का समतुल्य प्रतियोगी परीक्षाओं में बार-बार परीक्षित मान है। विकल्प A (96.6°F) गलत है — 96.6°F लगभग 35.9°C के अनुरूप है, जो सामान्य शरीर तापमान सीमा के निचले छोर से थोड़ा नीचे है। विकल्प B (97.6°F) गलत है — 97.6°F लगभग 36.4°C के अनुरूप है, जो सामान्य सीमा के निचले छोर पर है लेकिन मानक स्वीकृत मान नहीं है। विकल्प C (98.6°F) सही है — सामान्य मानव शरीर का तापमान 98.6°F = 37°C = 310 K है। छवि की रूपांतरण तालिका सूचीबद्ध करती है: मानव शरीर का सामान्य ताप = 37°C = 98.6°F = 310 K। विकल्प D (100°F) गलत है — 100°F लगभग 37.8°C के अनुरूप है। फारेनहाइट पैमाने में 100.4°F (38°C) बुखार की सीमा है।

पानी का हिमांक सभी तापमान पैमानों को परिभाषित और अंशांकित करने के लिए उपयोग किया जाने वाला एक मौलिक स्थिर बिंदु है। विकल्प A (100°C, 212°F, 80°R, 373 K) गलत है — ये सभी चार पैमानों पर पानी के क्वथनांक के मान हैं, हिमांक के नहीं। विकल्प B (37°C, 98.6°F, 0°R, 310 K) गलत है — ये मान सामान्य मानव शरीर के तापमान को दर्शाते हैं। विकल्प C (0°C, 32°F, 0°R, 273 K) सही है — मानक वायुमंडलीय दाब पर शुद्ध पानी का हिमांक है: सेल्सियस = 0°C (सेल्सियस पैमाने का निचला स्थिर बिंदु), फारेनहाइट = 32°F (फारेनहाइट पैमाने का निचला स्थिर बिंदु), रिओमर = 0°R (रिओमर पैमाने का निचला स्थिर बिंदु), केल्विन = 273 K (K = C + 273 = 0 + 273 = 273 का उपयोग करते हुए)। विकल्प D (0°C, 32°F, 32°R, 273 K) गलत है — 32°R गलत है। रिओमर पैमाने का निचला स्थिर बिंदु (पानी का हिमांक) 0°R है, 32°R नहीं।