ఉష్ణం & కెలోరిమెట్రీ
ఉష్ణం, కెలోరిమెట్రీ
ఉష్ణం ఎప్పుడూ వేడి వస్తువు నుండి చల్లని దానికే ప్రవహిస్తుంది, ఎప్పుడూ విరుద్ధ దిశలో కాదు, రెండూ ఒకే ఉష్ణోగ్రతకు చేరే వరకు. అందుకు ఎంత శక్తి కావాలో మూడు విషయాలపై ఆధారపడుతుంది: మీరు వేడి చేస్తున్న పదార్థం ఎంత, అది దేనితో చేసింది, మీరు కావాలనుకున్న ఉష్ణోగ్రత మార్పు ఎంత పెద్దది.
సూత్రం
Q = m · c · ΔT
- Q — ఉష్ణ శక్తి (J): ఉష్ణం రూపంలో వస్తువు లోపలికి లేదా బయటకు బదిలీ అయిన శక్తి
- m — ద్రవ్యరాశి (kg): ఎంత పదార్థం వేడి చేయబడుతోంది లేదా చల్లబరుస్తున్నారు
- c — విశిష్టోష్ణం (J/(kg·K)): ఆ పదార్థపు ఒక కిలోగ్రామాన్ని ఒక కెల్విన్ పెంచడానికి అవసరమైన శక్తి
- ΔT — ఉష్ణోగ్రత మార్పు (K): తుది, ప్రారంభ ఉష్ణోగ్రతల మధ్య తేడా
సాల్వ్ చేసిన ఉదాహరణ
2 kg నీటిని 5 కెల్విన్లు వేడి చేయడానికి ఎంత ఉష్ణ శక్తి అవసరం? (నీటి విశిష్టోష్ణం ≈ 4000 J/(kg·K))
- m = 2 kg
- c = 4000 J/(kg·K)
- ΔT = 5 K
- Q = m · c · ΔT
- Q = 2 kg × 4000 J/(kg·K) × 5 K
Q = 40,000 J
మీను మీరు పరీక్షించుకోండి
2 kg బదులు, ఇప్పుడు 4 kg నీరు ఉంది, ఇంకా 5 కెల్విన్లే పెంచాలనుకుంటున్నారు. ఎంత ఉష్ణ శక్తి అవసరం?
- 40,000 J
- 160,000 J
- సరైన సమాధానం: 80,000 J
సరిగ్గా చెప్పారు! ద్రవ్యరాశి రెట్టింపు అయితే అవసరమైన శక్తి రెట్టింపు: 4 kg × 4000 J/(kg·K) × 5 K = 80,000 J.
తిరిగి 2 kg నీటికి, కానీ ఇప్పుడు 5 బదులు 10 కెల్విన్లు పెంచాలనుకుంటున్నారు. ఎంత ఉష్ణ శక్తి అవసరం?
- సరైన సమాధానం: 80,000 J
- 40,000 J
- 20,000 J
ఖచ్చితంగా — ఉష్ణోగ్రత మార్పు రెట్టింపు అయితే శక్తి రెట్టింపు: 2 kg × 4000 J/(kg·K) × 10 K = 80,000 J.
ఇక్కడ ఇది ఎక్కడ కనిపిస్తుంది
ఒకే మధ్యాహ్నంలో సముద్ర తీర ఇసుక పాదాలను కాల్చుతుంది, సముద్రం చల్లగానే ఉంటుంది — ఒక కిలోగ్రామ్ నీరు కెల్విన్కు సుమారు 4000 జౌల్స్ మింగుతుంది, ఇసుకకు అవసరమైనదాని కంటే కొన్ని రెట్లు ఎక్కువ, కాబట్టి సముద్రం క్రమంగా వేడెక్కుతుంది. వేడి సూప్లో లోహపు స్పూన్ మరో వైపు చూపుతుంది: తక్కువ విశిష్టోష్ణం, త్వరగా ఉష్ణోగ్రత మార్పు.
సాధారణ తప్పులు
అత్యంత లోతైన గందరగోళం — ఉష్ణం, ఉష్ణోగ్రత ఒకటే అని భావించడం — ఉష్ణోగ్రత అంటే బిందువులు సగటున ఎంత వేగంగా కదులుతున్నాయో, ఉష్ణం అంటే ప్రయాణంలో ఉన్న శక్తి, వీటి మధ్య మార్పిడి రేటును ఈ నియమమే చెబుతుంది: Q = m · c · ΔT. అప్పుడు అనుపాతాన్ని గమనించండి: ద్రవ్యరాశి రెట్టింపు అయితే శక్తి రెట్టింపు (2 kg × 4000 J/(kg·K) × 5 K = 40,000 J అయితే 4 kg వద్ద 80,000 J), ఉష్ణోగ్రత మార్పు రెట్టింపు అయినా అంతే. వేర్వేరు పదార్థాలు నిజంగా వేర్వేరు రేట్లు చెల్లిస్తాయి.
ఇది ఎలా అనుసంధానమవుతుంది
ఆదర్శ వాయు నియమం వాయువు ఉష్ణోగ్రత దాని పీడనాన్ని ఎలా నిర్ణయిస్తుందో చెప్పింది; ఇది ఉష్ణోగ్రతను మార్చడానికే ధర జాబితా — ద్రవ్యరాశి, పదార్థం, మార్పు గుణించబడినవి. తర్వాతి ఉష్ణ యంత్రాలు ఆ ఉష్ణ ప్రవాహాన్ని చక్రంలో నడిపి పనిని తీసుకోడానికి ప్రయత్నిస్తాయి, తాము ఖర్చు చేయాల్సిన ఉష్ణం ఎంత అనే దానిపై వాటికి లోతైన శ్రద్ధ ఉంటుంది.