ऊष्मा धारिता किसे कहते है , उष्मा धारिता की परिभाषा क्या है ? मात्रक , सूत्र , ग्राफ Heat capacity in hindi

Heat capacity in hindi or heat capacitance meaning in hindi ऊष्मा धारिता किसे कहते है , उष्मा धारिता की परिभाषा क्या है ? मात्रक , सूत्र , ग्राफ ?

ऊष्मा धारिता : किसी पिण्ड की ऊष्मा धारिता उसके ताप में एक डिग्री सेल्सियस (1⁰C) बढाने में अभिष्ट ऊष्मा की मात्रा के तुल्य होती है। यदि पिण्ड का द्रव्यमान m और विशिष्ट ऊष्मा S है तो ऊष्मा धारिता = m.S

ऊष्मा धारिता का मात्रक : SI पद्धति में = JK^-1

CGS पद्धति में = Cal⁰C^-1

ऊष्मा धारिता से सम्बन्धित महत्वपूर्ण बिंदु

हम जानते है S = Q/mΔT , यदि पदार्थ में अवस्था परिवर्तन नियत ताप पर होता है तो S = Q/0 = अनंत।

अत: किसी पदार्थ की विशिष्ट उष्मा जब यह स्थिर ताप पर उबल या पिघल रहा हो तो अनंत होती है।

यदि किसी पदार्थ का तापमान बिना ऊष्मा स्थानान्तरण के परिवर्तन हो तो (Q = 0) s = Q/mΔT = 0

यदि किसी द्रव को थर्मस में हिलाया जाता है तो इसका तापमान बिना किसी ऊष्मा स्थानान्तरण के परिवर्तित होता है तथा थर्मस में द्रव की विशिष्ट ऊष्मा शून्य होती है।

संतृप्त पानी की वाष्प का तापमान बढाने के लिए ऊष्मा को निकाला जाता है इसलिए संतृप्त वाष्प की विशिष्ट ऊष्मा ऋणात्मक होती है।

ग्राफ में एक वायुमंडलीय दाब पर पानी की विशिष्ट का जल के साथ अल्प परिवर्तन दर्शाया गया है।  यह परिवर्तन 0 से 100 डिग्री सेल्सियस तक अंतराल 1% से भी कम होता है।

विशिष्ट ऊष्मा और जल तुल्यांक में सम्बन्ध : यह पानी की उस मात्रा के समान होती है जिसमे वस्तु के समान ताप वृद्धि के लिए समान ऊष्मा की आवश्यकता होती है।

mSΔT = m_wS_wΔT

अत:

m_w = mSΔT/S_w

कैलोरी में S_w = 1

अत: m_w = mS

अवस्था परिवर्तन : अवस्था परिवर्तन के लिए आवश्यक ऊष्मा –

Q = mL , L = गुप्त ऊष्मा

गुप्त ऊष्मा (L) : किसी पदार्थ को नियत तापमान पर अवस्था परिवर्तन के लिए आवश्यक ऊष्मा गुप्त ऊष्मा कहलाती है।

गलन की गुप्त ऊष्मा (L_f) : किसी ठोस को एक वायुमण्डलीय दाब पर द्रव में परिवर्तन के लिए दी गयी ऊष्मा गलन की गुप्त ऊष्मा कहलाती है। बर्फ की गलन की गुप्त ऊष्मा 80 कि. कैलोरी/किलोग्राम है।

वाष्पन की गुप्त ऊष्मा (L_y) : किसी द्रव को एक वायुमंडलीय दाब और क्वथनांक पर वाष्प में बदलने के लिए आवश्यक ऊष्मा वाष्पन की गुप्त ऊष्मा कहलाती है। पानी की वाष्पन की गुप्त ऊष्मा 540 कि. कै./किग्रा है।

अगर प्रश्न में पानी की गुप्त ऊष्मा नहीं दी गयी और इसको हल करने के लिए हमें निम्न मान को लेकर हल करना चाहिए।

बर्फ की गुप्त ऊष्मा = L = 80 cal/gm = 80 Kcal/Kg = 4200 x 80 J/kg

वाष्प की गुप्त ऊष्मा = L = 540 Cal/gm = 540 Kcal/kg = 4200 x 540 J/kg

चित्र में अवस्था परिवर्तन को विभिन्न रेखाओं द्वारा दर्शाया गया है –

AB = ठोस अवस्था , BC = ठोस + द्रव अवस्था (अवस्था परिवर्तन)

CD =  द्रव अवस्था , DE = द्रव + गैस अवस्था (अवस्था परिवर्तन)

EF = गैस या वाष्प अवस्था

ΔQ = msΔT

ढाल = ΔT/ΔQ  = 1/ms

ΔT/ΔQ ∝ 1/s

जहाँ पदार्थ के दिए गए द्रव्यमान (m) के लिए , T – Q ग्राफ का नियत ढाल , विशिष्ट ऊष्मा के व्युत्क्रमानुपाती है | यदि दिए गए चित्र में –

(ढाल) OA > (ढाल) DE

तब (S)_OA < (S)_DE

तब ΔQ = mL

यदि (AB की लम्बाई) > (CD की लम्बाई)

तब (AB की गुप्त ऊष्मा) > (CD की गुप्त उष्मा)

प्रश्न : 200 डिग्री सेल्सियस की 1 किलोग्राम भाप को -20 डिग्री सेल्सियस की बर्फ में बदलने में कितनी ऊष्मा मुक्त होगी ?

उत्तर : आवश्यक ऊष्मा ΔQ = वाष्प को 200 डिग्री सेल्सियस से 100 डिग्री सेल्सियस आने में मुक्त ऊष्मा + वाष्प को 100⁰C पानी  में बदलने में ऊष्मा + पानी को 100 डिग्री से 0 डिग्री सेल्सियस पानी + ऊष्मा को 0 डिग्री सेल्सियस से – 20 डिग्री सेल्सियस तक बर्फ में बदलने में ऊष्मा।

ΔQ = 780 Kcal.

विशिष्ट गुप्त ऊष्मा

किसी पदार्थ की अवस्था परिवर्तित करने के लिए (ठोस से द्रव या द्रव से गैस) उस पर ऊष्मा सप्लाई की जाती है। इस प्रक्रिया के दौरान तापमान नियत रहता है। इस प्रक्रिया के लिए प्रति इकाई द्रव्यमान पर सप्लाई की गयी ऊष्मा की मात्रा गुप्त ऊष्मा कहलाती है।

प्रश्न : 30⁰C तापमान 5 ग्राम पानी और -20⁰C पर 5 ग्राम बर्फ एक कैलोरीमीटर में एक साथ मिलाई जाती है तो मिश्रण का अंतिम तापमान ज्ञात करो और बर्फ और पानी का अंतिम द्रव्यमान भी ज्ञात करो ?

कैलोरीमीटर का जलीय साम्य नगण्य है।

बर्फ की विशिष्ट ऊष्मा = 0.5 cal/gm⁰C

बर्फ की गुप्त ऊष्मा  = 80 कैलोरी/ग्राम

उत्तर : इस स्थिति में जल द्वारा ऊर्जा दी जाएगी और बर्फ द्वारा ग्रहण की जाएगी। 30⁰C से 0⁰C पर जल को ठण्डा करने के लिए उपलब्ध ऊर्जा = msθ = 5 x 1 x 30 = 150 कैलोरी

5 ग्राम बर्फ द्वारा इसका तापमान 0⁰C तक बढाने के लिए आवश्यक ऊष्मा =  msθ = 5 x 0.5 x 20 = 50 कैलोरी

150 में से 50 कैलोरी बर्फ का तापमान -20⁰C से 0⁰C तक बढाने में प्रयुक्त की जाती है। शेष 100 कैलोरी बर्फ को द्रवित करने में प्रयुक्त की जाती है।

यदि बर्फ का m ग्राम द्रव्यमान द्रवित होता है तब m x 80 = 100

अत: m = 100/80 = 1.25 ग्राम

इस प्रकार 5 gm में से  1.25 ग्राम बर्फ द्रवित होती है और 0⁰C  पर बर्फ और पानी का मिश्रण होता है।