ऊष्मा Questions and Answers – पृष्ठ 4

यह प्रश्न एक साथ सभी चार तापमान पैमानों के ज्ञान की परीक्षा करता है। विकल्प A (100°C, 212°F, 80°R, 373 K) सही है — मानक वायुमंडलीय दाब पर शुद्ध पानी का क्वथनांक है: सेल्सियस = 100°C, फारेनहाइट = 212°F, रिओमर = 80°R, केल्विन = 373 K (K = C + 273 = 100 + 273 = 373 का उपयोग करते हुए)। विकल्प B (100°C, 180°F, 80°R, 373 K) गलत है — 180°F फारेनहाइट पैमाने पर क्वथनांक और हिमांक के बीच का अंतर है (212-32=180), स्वयं क्वथनांक नहीं। विकल्प C (0°C, 32°F, 0°R, 273 K) गलत है — ये सभी पैमानों पर पानी के हिमांक को दर्शाते हैं, क्वथनांक को नहीं। विकल्प D (100°C, 212°F, 100°R, 373 K) गलत है — 100°R गलत है। रिओमर पैमाने में केवल 80 विभाजन हैं, इसलिए क्वथनांक 80°R है।

केल्विन में सामान्य मानव शरीर का तापमान केल्विन रूपांतरण सूत्र का उपयोग करके मानक सेल्सियस मान से व्युत्पन्न किया जाता है। विकल्प A (273 K) गलत है — 273 K, 0°C के अनुरूप है जो पानी का हिमांक है। 273 K पर व्यक्ति जम जाएगा। विकल्प B (300 K) गलत है — 300 K = 27°C है, जो लगभग कमरे का सामान्य तापमान है। यह मानव शरीर का सामान्य तापमान नहीं है। विकल्प C (310 K) सही है — सामान्य मानव शरीर का तापमान 37°C है। केल्विन में रूपांतरण: K = C + 273 = 37 + 273 = 310 K। इसलिए 37°C = 98.6°F = 310 K। छवि रूपांतरण तालिका विशेष रूप से शरीर का तापमान 37°C = 98.6°F = 310 K दिखाती है। विकल्प D (373 K) गलत है — 373 K, 100°C के अनुरूप है जो पानी का क्वथनांक है, मानव शरीर का तापमान नहीं।

ऊष्मा स्थानांतरण विधियाँ मौलिक रूप से इस बात में भिन्न हैं कि उन्हें माध्यम की आवश्यकता है या नहीं और कण भौतिक रूप से चलते हैं या नहीं। विकल्प A (चालन) गलत है — चालन को माध्यम चाहिए लेकिन कण अपनी स्थिति से भौतिक रूप से नहीं चलते। विकल्प B (विकिरण) गलत है — विकिरण को माध्यम की आवश्यकता नहीं होती और इसमें कणों की कोई गति नहीं होती। विकल्प C (संवहन) सही है — संवहन को माध्यम चाहिए और इसमें गर्म कणों की वास्तविक भौतिक गति होती है। जब कोई तरल या गैस गर्म होती है, तो गर्म हिस्सा कम घना होकर ऊपर उठता है, ठंडा घना हिस्सा नीचे बैठता है और संवहन धारा स्थापित होती है। विकल्प D (तीनों विधियाँ) गलत है — केवल संवहन ही दोनों शर्तें पूरी करता है।

सूर्य पृथ्वी से लगभग 150 मिलियन किलोमीटर (1.5 × 10⁸ km) दूर है, और उनके बीच का स्थान अनिवार्य रूप से निर्वात है। विकल्प A (चालन) गलत है — चालन के लिए प्रत्यक्ष भौतिक संपर्क या जुड़े हुए भौतिक माध्यम की आवश्यकता होती है। सूर्य और पृथ्वी के बीच निर्वात होने के कारण चालन नहीं हो सकता। विकल्प B (संवहन) गलत है — संवहन के लिए द्रव माध्यम की आवश्यकता होती है जिसमें गर्म अणु भौतिक रूप से घूम सकें। अंतरिक्ष निर्वात होने के कारण संवहन असंभव है। विकल्प C (विकिरण) सही है — सूर्य की ऊष्मा विकिरण द्वारा पृथ्वी तक पहुँचती है। छवि स्पष्ट रूप से बताती है: पृथ्वी तक सूर्य की ऊष्मा विकिरण विधि द्वारा पहुँचती है। विकिरण विद्युत चुम्बकीय तरंगों के रूप में यात्रा करता है और किसी भौतिक माध्यम की आवश्यकता नहीं होती। विकल्प D (तीनों विधियों) गलत है — केवल विकिरण ही सूर्य और पृथ्वी के बीच निर्वात में यात्रा कर सकता है।

माध्यम की आवश्यकता विकिरण को ऊष्मा स्थानांतरण के अन्य दो तरीकों से अलग करती है। विकल्प A (चालन) गलत है — चालन के लिए निश्चित रूप से भौतिक माध्यम की आवश्यकता होती है। यह कणों के बीच सीधे संपर्क द्वारा काम करता है, इसलिए निर्वात में चालन नहीं हो सकता। विकल्प B (संवहन) गलत है — संवहन के लिए द्रव माध्यम (तरल या गैस) की आवश्यकता होती है। अंतरिक्ष में कोई संवहन धाराएँ नहीं होतीं इसीलिए। विकल्प C (चालन और संवहन दोनों) गलत है — दोनों को माध्यम चाहिए। विकल्प D (विकिरण) सही है — विकिरण को ऊष्मा स्थानांतरण के लिए किसी माध्यम की आवश्यकता नहीं होती। छवि बताती है: विकिरण विधि द्वारा ऊष्मा का संचरण बिना किसी माध्यम के प्रकाश की वेग से सीधी रेखा में होता है। सूर्य की ऊष्मा 150 मिलियन km के निर्वात में विकिरण द्वारा पृथ्वी तक पहुँचती है।

पृथ्वी के वायुमंडल का गर्म होना प्रतियोगी परीक्षाओं में परीक्षित एक क्लासिक उदाहरण है। विकल्प A (चालन) गलत है — हवा ऊष्मा की कुचालक है। वायुमंडल मुख्यतः चालन द्वारा स्वयं को गर्म नहीं कर सकता। विकल्प B (विकिरण) गलत है — जबकि सूर्य विकिरण द्वारा पृथ्वी की सतह को गर्म करता है, वायुमंडल का गर्म होना मुख्यतः विकिरण द्वारा नहीं है। छवि विशेष रूप से बताती है: पृथ्वी का वायुमंडल संवहन विधि से गर्म होता है। विकल्प C (संवहन) सही है — पृथ्वी का वायुमंडल मुख्यतः संवहन द्वारा गर्म होता है। अनुक्रम: (1) सूर्य का विकिरण पृथ्वी की सतह को गर्म करता है। (2) सतह संपर्क में आने वाली हवा को गर्म करती है। (3) यह गर्म हवा फैलती है, हल्की होती है और ऊपर उठती है। विकल्प D (उपरोक्त सभी) गलत है।

विभिन्न पदार्थ अवस्थाओं में ऊष्मा स्थानांतरण अलग-अलग प्रमुख तंत्रों का अनुसरण करता है। विकल्प A (चालन) गलत है — हालाँकि तरल पदार्थों और गैसों में चालन हो सकता है, छवि विशेष रूप से बताती है कि तरल पदार्थों और गैसों में इस विधि द्वारा ऊष्मा का चालन बहुत कम होता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि तरल पदार्थों और गैसों में अणु ठोसों की तरह कसकर packed नहीं होते। विकल्प B (संवहन) सही है — तरल पदार्थों और गैसों में ऊष्मा मुख्यतः संवहन द्वारा स्थानांतरित होती है। संवहन में, गर्म द्रव के हिस्से कम घने हो जाते हैं, ऊपर उठते हैं, और ठंडे हिस्से नीचे बैठते हैं, संवहन धाराएँ बनाते हैं। विकल्प C (विकिरण) गलत है — विकिरण तरल पदार्थों और गैसों के माध्यम से हो सकता है, लेकिन यह द्रवों में ऊष्मा स्थानांतरण का प्राथमिक तंत्र नहीं है। विकल्प D (तीनों समान रूप से) गलत है।

चालन ऊष्मा स्थानांतरण के तीन तरीकों में से एक है और इसकी विशेष विशेषताएँ हैं। विकल्प A (गर्म अणुओं की वास्तविक गति होती है) गलत है — यह संवहन का वर्णन करता है, चालन का नहीं। संवहन में, गर्म द्रव अणु वास्तव में एक स्थान से दूसरे स्थान पर जाते हैं। विकल्प B (माध्यम की आवश्यकता नहीं) गलत है — यह विकिरण का वर्णन करता है। विकिरण एकमात्र विधि है जिसे भौतिक माध्यम की आवश्यकता नहीं है। विकल्प C (माध्यम आवश्यक है और कण अपनी स्थिति से नहीं चलते) सही है — चालन को भौतिक माध्यम की आवश्यकता होती है और यह कणों की भौतिक गति के बिना एक कण से उसके पड़ोसी कण में कंपन के माध्यम से ऊर्जा स्थानांतरित करके काम करता है। चालन ठोसों (विशेषकर धातुओं) में सबसे कुशल है और तरल पदार्थों और गैसों में सबसे कम। विकल्प D (ऊष्मा प्रकाश की गति से चलती है) गलत है — यह विकिरण का वर्णन करता है।

ऊष्मारोधी वे पदार्थ हैं जिनके माध्यम से बिल्कुल ऊष्मा चालन नहीं होता (या नगण्य होता है)। विकल्प A (पानी) गलत है — पानी को अध्ययन सामग्री में ऊष्मा के अच्छे चालक के रूप में सूचीबद्ध किया गया है। विकल्प B (एल्यूमीनियम) गलत है — एल्यूमीनियम एक धातु है और सभी धातुएँ ऊष्मा की अच्छी चालक होती हैं। विकल्प C (एबोनाइट) सही है — एबोनाइट (कठोर वल्केनाइज्ड रबर) एक ऊष्मारोधी है। छवि में ऊष्मारोधी (ऊष्मारोधी) को ऐसे पदार्थों के रूप में वर्गीकृत किया गया है जिनमें ऊष्मा चालन बिल्कुल नहीं होता। दिए गए उदाहरणों में एबोनाइट और एस्बेस्टस शामिल हैं। एबोनाइट एक उत्कृष्ट विद्युत रोधी भी है। विकल्प D (लोहा) गलत है — लोहा एक धातु है और इसलिए ऊष्मा का अच्छा चालक है।