तापमापी : पारे का तापमापी क्या है , परिभाषा , सिद्धांत , सूत्र , चित्र , क्रियाविधि (mercury thermometer in hindi)

तापमापी (thermometer) : वह यन्त्र जिसका प्रयोग ताप के मापन के लिए किया जाता है उसे ताप मापी कहते है , अर्थात किसी वस्तु का तापमान ज्ञात करने के लिए तापमापी (थर्मामीटर) का प्रयोग किया जाता है।

ये कई प्रकार के होते है , इसमें सबसे प्रमुख होता है “पारे का तापमापी” , यह प्रमुख इसलिए बताया है क्योंकि इसका उपयोग बहुत अधिक किया जाता है , यह यन्त्र सामान्यता कही पर भी जहाँ ताप मापन किया जाता है वहां देखा जा सकता है जैसे अस्पताल में इत्यादि।

इस प्रकार के तापमापी में एक काँच की नली में पारा (मर्करी) भरी जाती है , मरकरी द्रव अवस्था में होता है और इसमें उष्मीय प्रसार का गुण पाया जाता है अर्थात ताप के कारण इसमें प्रसार हो जाता है और ताप का मान जितना अधिक होता है पारा (मर्करी) उतना ही अधिक प्रसारित होता है , पारे के प्रसार के आधार पर ही ताप के मान को ज्ञात किया जाता है।

पारे के तापमापी का उपयोग प्राय: शरीर का , द्रव का तथा वाष्प का ताप ज्ञात करने में किया जाता है।

इस थर्मोमीटर का प्रयोग सामान्यतया घरो में , प्रयोगशालाओं में तथा औद्योगिक अनुप्रयोग के रूप में किया जाता है।

पारे को कांच की नली में भरकर इस पर मानक पैमाना लिखा जाता है , इस पैमाने को पढ़कर ही ताप को पढ़ लिया जाता है , इसमें शून्य से लेकर 100 सेल्सियस तक पैमाना लिखा रहता है , ताप के कारण जब पारा प्रसारित होता है तो प्रसारित होने के बाद पारे को पैमाने पर देखा जाता है और ताप को पढ़ा जाता है।

तापमापी में पारा (मर्करी) का उपयोग क्यों किया जाता है

तापमापी में अन्य किसी द्रव की जगह केवल पारे को अधिक महत्व दिया जाता है और इसे ही इस्तेमाल किया जाता है इसका कारण यह है कि इसमें ऊष्मा के कारण प्रसार एक समान और अधिक होता है साथ ही यह ऊष्मा का अच्छा चालक भी है , यह एक अपारदर्शी पदार्थ है और यह कांच की नली के भी नहीं चिपकता है , ये ही कारण होते है कि तापमापी में पारे का उपयोग किया जाता है।

तापमापी आयतन गैस तापमापी (constant volume gas thermometer) : मानक तापमापी जिसकी सहायता से दुसरे तापमापी को अंशाकित करते है। यह नियत आयतन के दाब पर आधारित है।

चित्र में स्थिर आयतन तापमापी दर्शाया गया है , जिसमें गैस से भरे बल्ब को नलिका द्वारा पारे दाबमापी से जोड़ते है।

T = (273.16K)(lim p/p₃)

P = मापने वाले ताप पर दाब

p₃  = दाब जब बल्ब त्रिक बिंदु पर हो।

उदाहरण : 0 डिग्री सेल्सियस और 100 डिग्री सेल्सियस पर तापमापी का पारे स्तम्भ का पाठ्यांक क्रमशः 50 सेंटीमीटर और 75 सेंटीमीटर है। वह ताप ज्ञात करो जब पारे स्तम्भ का पाठ्यांक 80 सेंटीमीटर हो ?

उत्तर : सूत्र के प्रयोग से –

(80-50)/(75-50) = T-0/100-0

T = 120 डिग्री सेल्सियस

प्रश्न 1. एक 10 ग्राम द्रव्यमान की गोली की चाल 400 मीटर/सेकंड है। इसकी गतिज ऊर्जा कैलोरी में ज्ञात करो।

उत्तर : △K = ½ x 10/1000  x 400 x 400 = 800

800/4.2 = 191.11 कैलोरी

प्रश्न 2. 1 किलोग्राम वाष्प का तापमान 100 डिग्री सेल्सियस से 200 डिग्री सेल्सियस तक बढाने के लिए कितनी ऊष्मा चाहिए।

उत्तर : आवश्यक ऊष्मा = 1 x 1/2 x 100 = 50 कैलोरी

प्रश्न 3. एक ग्राम पानी का तापमान एक डिग्री सेल्सियस बढाने के लिए कितनी ऊष्मा चाहिए ?

उत्तर : आवश्यक ऊष्मा = 1 x 10^-3 x 1 x 1= 1 x 10^-3 किलो कैलोरी

प्रश्न 4. 10 ग्राम पानी को 420 जुल ऊर्जा देने पर इसका तापमान कितना बढेगा।

उत्तर : 420 x 10^-3/4.20 = 10 x 10^-3 x 1 x △t = 10 डिग्री सेल्सियस

प्रश्न 5. दो वस्तुओं के घनत्व का अनुपात 3:4 और विशिष्ट ऊष्मा का अनुपात 4:3 है। इनके इकाई आयतन की ऊष्मा धारिता का अनुपात ज्ञात कीजिये ?

उत्तर : ρ₁/p₂ = ¾

S₁/S₂ = 4/3

θ = m x s/(m/ρ)

θ₁/ θ₂ = s₁/s₂ x ρ₁/p₂ = 1:1

प्रश्न 6. एक किलोग्राम वाष्प को 150 डिग्री सेल्सियस से 50 डिग्री सेल्सियस पानी में बदलने में कितनी ऊष्मा मुक्त होगी।

हल : H = 1 x ½ x 50 + 1 x 540 + 1 x 1 x 50 = 540 + 75 = 615 Kcal

मुक्त ऊष्मा = 615 Kcal

प्रश्न 7. 200 ग्राम पानी को नगण्य ऊष्मा धारिता वाले कैलोरीमिती में भरा जाता है। इसका तापमान 20 डिग्री सेल्सियस से , गर्म करके बढाया जाता है। पानी को दी गयी ऊष्मा ज्ञात कीजिये।

हल : H = 200 x 10^-3 x 1 x 20 = 4 Kcal

दी गयी ऊष्मा = 4000 कैलोरी

प्रश्न 8. एक 5 ग्राम की गोली 400 मीटर/सेकंड से गति करती हुई निशाने पर टकराती है। यह मानते हुए कि पूरी गतिज ऊर्जा ऊष्मा ऊर्जा में बदल जाती है , गोली के ताप में वृद्धि ज्ञात करो। गोली की विशिष्ट ऊष्मा 500 जूल/किग्रा डिग्री सेल्सियस है।

उत्तर : गतिज ऊर्जा = 1/2 x 5 x 10^-3 x 400 x 400

=  5 x 10^-3 x 500 x △T

△T = 160 डिग्री सेल्सियस 

ताप में वृद्धि = 160 डिग्री सेल्सियस

प्रश्न 9. -10 डिग्री सेल्सियस वाली एक किलोग्राम बर्फ को 100 डिग्री सेल्सियस वाले पानी के साथ मिलाते है तो साम्यावस्था तापमान और मिश्रण के भाग ज्ञात कीजिये।

उत्तर : 1 किग्रा बर्फ द्वारा दी गयी ऊष्मा = 1 x 1/2 x 10 = 5 Kcal

5K + 1 x 80 + 1 x T = 1 x (100 – T)

85 = 100 – 2T

2T = 15

θ = 7.5 डिग्री सेल्सियस (पानी)

प्रश्न 10. -10 डिग्री सेल्सियस वाली 1 किग्रा बर्फ को 50 डिग्री सेल्सियस वाले पानी के साथ मिलाते है तो मिश्रण का तापमान और मिश्रण के भाग ज्ञात करो ?

उत्तर : बर्फ द्वारा दी गयी ऊष्मा = 1 x 1/2 x 10 = 5 Kcal + 80 Kcal = 85 Kcal

पानी द्वारा गयी ऊष्मा = 1 x 1 x 50 = 50 Kcal

दी गयी ऊष्मा > ली गयी ऊष्मा

अत: बर्फ पूरा नहीं पिघलेगा , माना m ग्राम बर्फ पिघलता है तो

1 x 1/2 x 10 + 80 m = 50 m

80m = 45

m = 45/80

मिश्रण के भाग –

पानी (1 + 45/80) Kg

बर्फ (1 – 45/80) Kg

और तापक्रम 0 डिग्री सेल्सियस है।

प्रश्न 11. एक सर्दी की रात जब तापमान 0 डिग्री सेल्सियस है एक कंक्रीट पट्टिका की लम्बाई 10 मीटर है। एक गर्म दिन जब तापमान 35 डिग्री सेल्सियस है , पट्टिका की लम्बाई ज्ञात करो। कंक्रीट का रेखीय प्रसार गुणांक 1 x 10^-5 / °C है।

हल : l_t = 10(1+1 x 10^-5 x 35)

l_t = 10.0035

प्रश्न 12. एक स्टील की छड जो कि दोनों सिरों पर बंधी हुई है , एक स्थिर क्षैतिज आधार पर रखी हुई है। छड़ में 20 डिग्री सेल्सियस पर विकृति नहीं है। यदि तापमान 50 डिग्री सेल्सियस तक बढ़ा दिया जाए तो छड में अनुदैधर्य विकृति ज्ञात करो। (स्टील का रेखीय प्रसार गुणांक = 1.2 x 10^-5 /°C )

हल : △l/l = l₀α△t/l₀ = -3.6 x 10^-4