ऊष्मा Questions and Answers – पृष्ठ 5

बुरे चालक (कुचालक या रोधी) वे पदार्थ हैं जो ऊष्मा को आसानी से गुजरने नहीं देते। विकल्प A (तांबा) गलत है — तांबा ऊष्मा का उत्कृष्ट चालक है, धातुओं में चाँदी के बाद दूसरा सबसे अच्छा। विकल्प B (एल्यूमीनियम) गलत है — एल्यूमीनियम ऊष्मा का अच्छा चालक है। इसका उपयोग खाना पकाने के बर्तनों और इलेक्ट्रॉनिक्स में हीट सिंक में होता है। विकल्प C (लोहा) गलत है — लोहा ऊष्मा का अच्छा चालक है। सभी धातुएँ, लोहे सहित, आमतौर पर ऊष्मा की अच्छी चालक होती हैं। विकल्प D (कपास) सही है — कपास ऊष्मा की कुचालक है। छवि में कुचालकों की सूची में लकड़ी, काँच, सिलिका, कपास, ऊन और समान सामग्री शामिल हैं। कपास अपने रेशों के बीच हवा को फँसाती है, जिससे ऊष्मा चालन कम होता है।

ऊष्मा के सुचालक वे पदार्थ हैं जिनमें से ऊष्मा आसानी और तेजी से गुजरती है। विकल्प A (लकड़ी) गलत है — लकड़ी ऊष्मा की कुचालक (रोधी) है। इसीलिए खाना पकाने के बर्तनों पर लकड़ी के हैंडल लगाए जाते हैं। विकल्प B (काँच) गलत है — काँच भी ऊष्मा का कुचालक है। इसीलिए डबल-ग्लेज्ड खिड़कियाँ ऊष्मा स्थानांतरण को कम करती हैं। विकल्प C (चाँदी) सही है — सभी धातुएँ ऊष्मा की सुचालक होती हैं, और चाँदी सभी धातुओं में सर्वश्रेष्ठ ऊष्मा चालक है। अन्य अच्छे चालकों में तांबा, एल्यूमीनियम, लोहा और अन्य धातुएँ शामिल हैं। छवि के अनुसार, अच्छे चालकों में सभी धातुएँ, पानी और मानव शरीर शामिल हैं। विकल्प D (एस्बेस्टस) गलत है — एस्बेस्टस एक ऊष्मारोधी है।

ऊष्मा को एक स्थान से दूसरे स्थान पर अलग-अलग तंत्रों द्वारा स्थानांतरित किया जा सकता है। विकल्प A (2) गलत है — ऊष्मा का स्थानांतरण केवल 2 विधियों द्वारा नहीं होता। विकल्प B (3) सही है — ऊष्मा का स्थानांतरण ठीक 3 विधियों द्वारा होता है: (1) चालन — अणुओं की वास्तविक गति के बिना सीधे संपर्क द्वारा ऊष्मा का स्थानांतरण।

रेखीय प्रसार गुणांक मापता है कि कोई सामग्री प्रति एकांक लंबाई प्रति डिग्री तापमान वृद्धि पर कितनी फैलती है। विकल्प A सही है — α = ΔL / (L₀ × Δθ), जहाँ ΔL लंबाई में वृद्धि है, L₀ मूल (प्रारंभिक) लंबाई है, और Δθ तापमान वृद्धि है। अंतिम लंबाई: L = L₀(1 + αΔθ)। विकल्प B गलत है — अंश में मूल लंबाई और हर में लंबाई में वृद्धि रखने से सूत्र उल्टा हो जाता है।

तापीय प्रसार गुणांक वर्णन करते हैं कि गर्म करने पर कोई सामग्री कैसे फैलती है। विकल्प A (α : β : γ = 1 : 2 : 3) सही है — समदैशिक ठोसों के लिए: α रेखीय प्रसार गुणांक है (प्रति एकांक लंबाई प्रति डिग्री प्रसार), β = 2α क्षेत्रीय (पृष्ठीय) प्रसार गुणांक है (प्रति एकांक क्षेत्रफल प्रति डिग्री प्रसार), और γ = 3α आयतन (घनात्मक) प्रसार गुणांक है (प्रति एकांक आयतन प्रति डिग्री प्रसार)। यह संबंध प्रसार की ज्यामिति से गणितीय रूप से व्युत्पन्न होता है। विकल्प B (1:3:6) गलत है — ये अनुपात किसी मानक तापीय प्रसार संबंध के अनुरूप नहीं हैं। विकल्प C (2:3:4) गलत है — ये तापीय प्रसार गुणांकों के मानक अनुपात नहीं हैं।

गैसें अद्वितीय हैं क्योंकि उनमें दो अलग-अलग विशिष्ट ऊष्माएँ होती हैं, जबकि ठोस और तरल पदार्थों में केवल एक होती है। विकल्प A (Cv और Cp) सही है — गैसों में दो विशिष्ट ऊष्माएँ होती हैं: (1) स्थिर आयतन पर विशिष्ट ऊष्मा (Cv) — 1 मोल गैस का तापमान 1°C बढ़ाने के लिए आवश्यक ऊष्मा जब आयतन स्थिर रखा जाए। (2) स्थिर दाब पर विशिष्ट ऊष्मा (Cp) — 1 मोल गैस का तापमान 1°C बढ़ाने के लिए आवश्यक ऊष्मा जब दाब स्थिर रखा जाए। γ = Cp/Cv को रुद्धोष्म सूचकांक कहते हैं। विकल्प B, C, D (Cs और Ck, Cf और Cb, Ch और Cl) गलत हैं — ये ऊष्मागतिकी में गैसों की विशिष्ट ऊष्माओं के मानक प्रतीक नहीं हैं।

पानी की विशिष्ट ऊष्मा भौतिकी और रसायन विज्ञान में सबसे महत्वपूर्ण मानों में से एक है। विकल्प A (0.5 kcal/g/°C) गलत है — 0.5 cal/g/°C (किलोकैलोरी नहीं) बर्फ की विशिष्ट ऊष्मा है। विकल्प B (1 kcal/g/°C) गलत है — 1 kcal/g/°C = 1000 cal/g/°C है, जो पानी की विशिष्ट ऊष्मा नहीं है। विकल्प C (1 कैलोरी/ग्राम/°C) सही है — पानी की विशिष्ट ऊष्मा 1 cal/g/°C है। यह सभी सामान्य तरल पदार्थों और अधिकांश पदार्थों में सबसे अधिक विशिष्ट ऊष्मा मान है। पानी की उच्च विशिष्ट ऊष्मा के कारण: (1) महासागर तटीय जलवायु को नियंत्रित करते हैं, (2) पानी इंजनों में शीतलक के रूप में उपयोग किया जाता है। विकल्प D (4 cal/g/°C) गलत है — 4 जूल से जुड़ा है (1 cal = 4.186 J), cal/g/°C में विशिष्ट ऊष्मा मान से नहीं।

यह प्रश्न कैलोरी की परिभाषा और पानी की विशिष्ट ऊष्मा से सीधे जुड़ा है। विकल्प A (0.5 कैलोरी) गलत है — 0.5 cal/g/°C बर्फ की विशिष्ट ऊष्मा है, पानी की नहीं। बर्फ को प्रति ग्राम समान तापमान वृद्धि के लिए तरल पानी की आधी ऊष्मा की आवश्यकता होती है। विकल्प B (1 कैलोरी) सही है — परिभाषा के अनुसार, 1 कैलोरी वह ऊष्मा की मात्रा है जो 1 ग्राम पानी का तापमान 1°C बढ़ाने के लिए आवश्यक होती है। इसका अर्थ है कि पानी की विशिष्ट ऊष्मा 1 cal/g/°C है, जो सामान्य पदार्थों में सबसे अधिक है। पानी की यह उच्च विशिष्ट ऊष्मा इसे इंजनों के लिए उत्कृष्ट शीतलक और समुद्रों के पास जलवायु नियामक बनाती है। विकल्प C (4 कैलोरी) गलत है — 1 कैलोरी ≈ 4.186 जूल होती है, लेकिन 1g पानी को 1°C गर्म करने के लिए 1 कैलोरी चाहिए, 4 कैलोरी नहीं। विकल्प D (10 कैलोरी) गलत है — 10 कैलोरी से 1g पानी का तापमान 10°C बढ़ेगा।

विशिष्ट ऊष्मा का SI मात्रक मूल सूत्र c = Q/(mθ) से व्युत्पन्न होता है। विकल्प A (cal/g/°C) गलत है — यह विशिष्ट ऊष्मा का CGS मात्रक है, SI मात्रक नहीं। हालाँकि 1 cal/g/°C = 4186 J/kg/K है, कैलोरी-आधारित मात्रक SI प्रणाली का भाग नहीं है। विकल्प B (जूल × किलोग्राम⁻¹ × केल्विन⁻¹) सही है — विशिष्ट ऊष्मा का SI मात्रक J·kg⁻¹·K⁻¹ है, जिसे J/(kg·K) या जूल प्रति किलोग्राम प्रति केल्विन भी लिखा जा सकता है। विकल्प C (वाट/kg) गलत है — वाट शक्ति का मात्रक है (J/s), ऊष्मा ऊर्जा का नहीं। विकल्प D (जूल/सेकंड) गलत है — जूल/सेकंड शक्ति (वाट) का मात्रक है, विशिष्ट ऊष्मा का नहीं।

Q = mcθ सूत्र में, प्रत्येक चर का एक विशेष भौतिक अर्थ है। विकल्प A (प्रकाश की गति) गलत है — प्रकाश की गति आइंस्टीन के समीकरण E = mc² में 'c' द्वारा दर्शाई जाती है जहाँ c = 3 × 10⁸ m/s है। लेकिन ऊष्मा सूत्र Q = mcθ में 'c' प्रकाश की गति नहीं दर्शाता। दोनों सूत्र एक ही अक्षर 'c' का उपयोग अलग-अलग राशियों के लिए करते हैं — यह छात्रों में भ्रम का एक सामान्य स्रोत है। विकल्प B (इलेक्ट्रॉन का आवेश) गलत है — इलेक्ट्रॉन का आवेश 'e' (= 1.6 × 10⁻¹⁹ कूलॉम) द्वारा दर्शाया जाता है, 'c' द्वारा नहीं। विकल्प C (पदार्थ की विशिष्ट ऊष्मा) सही है — Q = mcθ में 'c' पदार्थ की विशिष्ट ऊष्मा धारिता को दर्शाता है। यह 1 ग्राम पदार्थ का तापमान 1°C बढ़ाने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा है। विकल्प D (प्रसार गुणांक) गलत है — तापीय प्रसार गुणांक α, β और γ द्वारा दर्शाए जाते हैं।