विशिष्ट ऊष्मा की परिभाषा

एवलिन मैती मारिन
औद्योगिक अभियंता, भौतिकी में एमएससी और एडीडी

विशिष्ट ऊष्मा (c) को तापमान की एक इकाई में पदार्थ के एक इकाई द्रव्यमान के तापमान में वृद्धि के अनुसार आवश्यक ऊर्जा की मात्रा के रूप में परिभाषित किया गया है। इसे तापीय क्षमता या विशिष्ट ताप क्षमता के रूप में भी जाना जाता है।

यह एक भौतिक मात्रा है जो पदार्थ की स्थिति पर निर्भर करती है, क्योंकि तरल अवस्था में किसी पदार्थ की विशिष्ट ऊष्मा गैसीय अवस्था में उसी पदार्थ की विशिष्ट ऊष्मा के समान नहीं होती है। इसी तरह, दबाव और तापमान की स्थिति जिस पर सामग्री मिलती है, उसकी विशिष्ट गर्मी को प्रभावित करती है। मूल रूप से, यह पदार्थ का एक गहन गुण है जो a की तापीय क्षमता को संदर्भित करता है पदार्थ, चूंकि यह जोड़ने के लिए सामग्री की तापीय संवेदनशीलता का मूल्य प्रदान करता है ऊर्जा।

क्या तुम्हें पता था…? विशिष्ट ऊष्मा शब्द उस समय उत्पन्न हुआ जब यांत्रिक भौतिकी और ऊष्मप्रवैगिकी की शाखाएँ लगभग स्वतंत्र रूप से विकसित हुईं; हालाँकि, वर्तमान में, विशिष्ट ऊष्मा के लिए एक अधिक उपयुक्त शब्द विशिष्ट ऊर्जा हस्तांतरण होगा।

यदि एक ही तापमान पर गर्म कॉफी को दो गिलास में डाला जाता है: एक स्टायरोफोम (एनीमे) से बना होता है और दूसरा एल्यूमीनियम से बना होता है और दोनों गिलास हाथों में पकड़े जाते हैं, तो यह माना जाएगा कि गिलास एल्युमीनियम स्टायरोफोम की तुलना में अधिक गर्म महसूस होता है, जिसका अर्थ है कि स्टायरोफोम कप में अधिक गर्मी जोड़ने की आवश्यकता होती है ताकि इसका तापमान स्टायरोफोम कप की तरह बढ़ जाए। एल्यूमीनियम।

विशिष्ट ताप सूत्र

यदि Q द्रव्यमान m और उसके परिवेश के पदार्थ के बीच ऊर्जा की मात्रा का आदान-प्रदान होता है, जिससे तापमान भिन्नता ΔT (Tf - Ti) होती है, तो हमारे पास:

\(c = \frac{Q}{{m.ΔT}}\)

जहाँ c विशिष्ट ऊष्मा है।

इस अभिव्यक्ति से यह अनुमान लगाया जा सकता है कि विशिष्ट ऊष्मा इकाइयाँ होंगी:

• अंतर्राष्ट्रीय प्रणाली में, विशिष्ट ऊष्मा c = (J/kg. क)
• अंग्रेजी प्रणाली में, c = (BTU/lb-m.ºF)
• अन्य प्रणालियों में, c = (Cal/g.ºC) व्यक्त करना भी आम है

दूसरी ओर, यह भी देखा जा सकता है कि किसी पदार्थ की विशिष्ट ऊष्मा जितनी अधिक होती है, आपूर्ति की गई ऊर्जा की मात्रा के लिए उसका तापमान परिवर्तन उतना ही कम होता है। इस कारण से, यदि आप एक ऐसी सामग्री चाहते हैं जो आसानी से गर्म हो जाए, तो आपको वह चुनना चाहिए जिसकी विशिष्ट ऊष्मा कम हो।

नोट: यह स्पष्ट करना महत्वपूर्ण है कि विशिष्ट ऊष्मा ऊर्जा की मात्रा को संदर्भित करती है तापमान में वृद्धि, गर्मी ऊर्जा हस्तांतरण का एक विशेष रूप है, लेकिन नहीं केवल। उदाहरण के लिए, आप किसी पदार्थ पर यांत्रिक कार्य करके उसका तापमान बढ़ा सकते हैं।

सामग्री में विशिष्ट गर्मी के उदाहरण

नियंत्रित प्रयोगशाला स्थितियों के तहत, विभिन्न प्रकार की विशिष्ट गर्मी का निर्धारण करना संभव हो गया है पदार्थ, जो अनुप्रयोग के अनुसार सामग्री की तुलना और चयन की अनुमति देता है विशिष्ट। निम्न तालिका कुछ सामग्रियों के लिए विशिष्ट हीट का एक नमूना है (वायुमंडलीय दबाव और 25 ºC पर):
पदार्थ सी (जे / किग्रा। के) सी (कैल / जी। ºC)
पानी (15ºC) 4186 1
एथिल अल्कोहल 2438 0.582
रेत 780 0.186
कॉपर 385 0.091
बर्फ (-10 ºC) 2220 0.530
ऑक्सीजन 918 0.219
हाइड्रोजन पेरोक्साइड (H2O2) 2619 0.625
ग्लास 792 0.189
एल्यूमिनियम 897 0.214
लकड़ी 170 0.406
जैतून का तेल 1675 0.400
आग रोक ईंट 879 0.210

नोट: जैसा कि देखा जा सकता है, पानी उच्चतम विशिष्ट ऊष्मा वाले पदार्थों में से एक है, जो हमारे ग्रह के तापमान को नियंत्रित करने के लिए इस तरल के महत्व की पुष्टि करता है।

उदाहरण 1: पानी के 2 किग्रा द्रव्यमान को उसके तापमान को 15 ºC से 90 ºC तक बढ़ाने के लिए कितनी ऊर्जा स्थानांतरित की जानी चाहिए?

समाधान: पिछली तालिका से यह प्राप्त किया जा सकता है कि शुद्ध पानी की विशिष्ट ऊष्मा 1 Cal/g.ºC है, ताकि इस मान और प्रदान किए गए डेटा से, ऊर्जा Q को साफ़ किया जा सके:

ऊष्मा की मात्रा है:

क्यू = सी ∙ एम ∙ ∆T

इसका तात्पर्य है कि 2 किलो पानी (2000 ग्राम) का तापमान 15ºC से 90ºC तक बढ़ाने के लिए 150,000 कैलोरी की आवश्यकता होती है।

उदाहरण 2: एक 1 किलो एल्यूमीनियम बार का अंतिम तापमान क्या होगा जिसे 4000 जूल ऊर्जा का उपयोग करके 25 ºC के तापमान से बन्सेन बर्नर में गर्म किया जाता है?

समाधान: विशिष्ट तापों की तालिका से, इस चर का मान एल्यूमीनियम के लिए लिया जा सकता है, जहाँ c = 897 J/kg है। क।

तापमान के मामले में, 25ºC 273.15 इकाइयों को जोड़कर एक पूर्ण केल्विन पैमाने में परिवर्तित हो जाता है, ताकि बार का प्रारंभिक तापमान 298.15 K हो।

हमारे पास मौजूद विशिष्ट ऊष्मा की अभिव्यक्ति से अंतिम तापमान को साफ़ करना:

\({T_f} = \frac{Q}{{c \cdot m}} + {T_i} = \frac{{4000\;J}}{{\बाएं( {897\;J/kg \cdot K} \right)\left( {1\;kg} \right)}} + 298.15\;K = 302.61\;K\)

एल्युमीनियम बार का अंतिम तापमान 302.61 K या 29.46 ºC होगा।

नोट: पदार्थों की विशिष्ट ऊष्मा का ज्ञान और व्याख्या तब बहुत उपयोगी होती है जब आप किसी निश्चित उपयोग के लिए सबसे उपयुक्त सामग्री का चयन करना चाहते हैं। उदाहरण के लिए, मोटर वाहन यांत्रिकी में, वाहन के तंत्र को बनाने वाले कई घटक, उच्च तापमान के अधीन किया जाएगा, इसलिए यह वांछनीय है कि गर्म होने पर सामग्री थकान न करे आराम।