حرارت اور کیلوری میٹری
حرارت ہمیشہ گرم جسم سے ٹھنڈے کو جاتی ہے، کبھی الٹ نہیں، یہاں تک کہ دونوں ایک درجۂ حرارت پر آ جائیں۔ اتنی توانائی تین چیزوں پر منحصر ہے: کتنا مادہ گرم کر رہے ہیں، وہ کس چیز کا بنا ہے، اور درجۂ حرارت تبدیلی کتنی بڑی چاہتے ہیں۔
فارمولہ
Q = m · c · ΔT
- Q — حرارتی توانائی (J): جسم میں یا باہر حرارت کی صورت میں منتقلی ہونے والی توانائی
- m — کمیت (kg): کتنا مادہ گرم یا ٹھنڈا ہو رہا ہے
- c — مخصوص حرارت (J/(kg·K)): مادے کے ایک کلوگرام کو ایک کیلون بڑھانے کی درکار توانائی
- ΔT — درجۂ حرارت تبدیلی (K): آخری اور ابتدائی درجۂ حرارت کا فرق
حل شدہ مثال
2 kg پانی کو 5 کیلون گرم کرنے کے لیے کتنی حرارتی توانائی چاہیے؟ (پانی کی مخصوص حرارت ≈ 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
خود کو آزمائیں
2 kg کے بجائے اب 4 kg پانی ہے اور اب بھی 5 کیلون بڑھانا ہے۔ کتنی حرارتی توانائی چاہیے؟
- 40,000 J
- 160,000 J
- درست جواب: 80,000 J
درست ہے! کمیت دگنی کرنا درکار توانائی دگنی کرتا ہے: 4 kg × 4000 J/(kg·K) × 5 K = 80,000 J۔
وہی 2 kg پانی، مگر اب درجۂ حرارت 10 کیلون بڑھانا ہے، 5 کے بجائے۔ کتنی حرارتی توانائی چاہیے؟
- درست جواب: 80,000 J
- 40,000 J
- 20,000 J
بالکل — درجہ حرارت تبدیلی دگنی کرنا توانائی دگنی کرتا ہے: 2 kg × 4000 J/(kg·K) × 10 K = 80,000 J۔
آپ یہ کہاں دیکھتے ہیں
اسی دوپہر ساحل کی ریت آپ کے پاؤں جلا دیتی ہے جبکہ سمندر ٹھنڈا رہتا ہے — پانی کا ایک کلوگرام ہر کیلون تقریباً 4000 جیول نگل لیتا ہے، یعنی ریت کی ضرورت سے کئی گنا زیادہ، اسی لیے سمندر پورے موسم میں آہستہ آہستہ گرم ہوتا ہے۔ گرم سوپ میں رکھا گیا دھاتی چمچا دوسرا رخ دکھاتا ہے: کم مخصوص حرارت، درجۂ حرارت کی تیزی سے تبدیلی۔
عام غلطیاں
سب سے گہری الجھن حرارت اور درجۂ حرارت کو ایک ہی چیز سمجھنا ہے — درجۂ حرارت سالموں کی اوسط رفتار ہے، حرارت منتقل ہو رہی توانائی ہے، اور ان دونوں کے درمیان تبادلے کی شرح وہی ہے جو یہ قانون بیان کرتا ہے: Q = m · c · ΔT۔ پھر تناسب پر نظر رکھیں: کمیت دوگنی کرنے سے توانائی دوگنی ہو جاتی ہے (2 kg × 4000 J/(kg·K) × 5 K = 40,000 J، 4 kg پر 80,000 J ہو جاتا ہے)، اور درجۂ حرارت کی تبدیلی دوگنی کرنے سے بھی یہی ہوتا ہے۔ مختلف مادے واقعی مختلف شرح ادا کرتے ہیں۔
یہ کیسے جڑا ہے
مثالی گیس قانون نے آپ کو بتایا کہ گیس کا درجۂ حرارت اس کا دباؤ کیسے طے کرتا ہے؛ یہ درجۂ حرارت بدلنے کی قیمت کی فہرست ہے — کمیت، مادہ اور تبدیلی، سب ضرب دیے ہوئے۔ اگلا سبق، حرارتی انجن، اسی حرارت کے بہاؤ کو ایک چکر میں چلانے کی کوشش کرتا ہے اور اس سے کام نکالتا ہے، اور اسے اس بات کی بہت فکر رہتی ہے کہ اس نے کتنی حرارت خرچ کرنی پڑی۔