Back to the topics list

पदार्थ को स्थिति मा परिवर्तन

ठोस, तरल र ग्यास गरी पदार्थको तीन अवस्था/चरणहरू छन्। एउटै कुरा तापमान र दबाबको विभिन्न अवस्थाहरूमा सबै तीन चरणहरूमा अवस्थित हुन सक्छ। उदाहरणका लागि, ० डिग्रीमा बरफ (ठोस) तताउँदा ० डिग्री सेल्सियसमा पानी (तरल) हुन्छ, जुन थप तताउँदा १०० डिग्री सेल्सियसमा भाप (ग्यास) मा परिवर्तन हुन्छ। यसरी एक वायुमण्डलीय चापमा, पानी तीनै चरणहरूमा फरक-फरक तापक्रममा पाइन्छ।

स्थिर तापक्रममा एक अवस्थाबाट अर्को अवस्थामा परिवर्तन हुने प्रक्रियालाई चरण परिवर्तन भनिन्छ। यो गर्मीको आदानप्रदानको कारण ल्याइएको हो।
ठोसबाट तरल चरणमा हुने परिवर्तनलाई पग्लने भनिन्छ, जबकि तरलबाट ठोसमा उल्टो परिवर्तनलाई फ्रिजिङ भनिन्छ। तरलबाट वाष्पमा हुने परिवर्तनलाई वाष्पीकरण भनिन्छ, जबकि ग्यासबाट तरलमा उल्टो परिवर्तनलाई संक्षेपण (वा द्रवीकरण) भनिन्छ। ठोसबाट वाष्पमा प्रत्यक्ष परिवर्तनलाई उदात्तीकरण भनिन्छ र वाष्पबाट ठोसमा उल्टो परिवर्तनलाई निक्षेप भनिन्छ।

पिघल्ने र जमेको

स्थिर तापक्रममा तातो अवशोषणद्वारा ठोसबाट तरल चरणमा हुने परिवर्तनलाई पग्लन भनिन्छ। द स्थिर तापक्रम जसमा ठोस तरल पदार्थमा परिणत हुन्छ त्यसलाई ठोसको पग्लने बिन्दु भनिन्छ। स्थिर तापक्रममा तापको मुक्तिसँगै तरल पदार्थबाट ठोस चरणमा हुने उल्टो परिवर्तनलाई फ्रिजिङ भनिन्छ र तरल पदार्थ स्थिर भएर ठोस बन्ने तापक्रमलाई यसको फ्रिजिङ पोइन्ट भनिन्छ। तातो ऊर्जा पग्लिने क्रममा अवशोषित हुन्छ र स्थिर तापक्रममा चिसो हुँदा अस्वीकार गरिन्छ।

पग्लिने क्रममा बरफको ताप वक्र

माथिको ग्राफमा हेर्नुहोस्। पूरै बरफ पग्लिएसम्म बरफको तापक्रम भाग AB मा ० डिग्री सेल्सियस बराबर रहन्छ। यस समयमा आपूर्ति गरिएको गर्मी बरफ पग्लन प्रयोग गरिन्छ। यसपछि, बरफ पग्लिएर बनेको पानीको तापक्रम ० डिग्री सेल्सियस (पार्ट BC) बाट बढ्न थाल्छ।

वाष्पीकरण वा उमाले

स्थिर तापक्रममा तातो अवशोषणमा तरल पदार्थबाट ग्यास (वा वाष्प) चरणमा हुने परिवर्तनलाई वाष्पीकरण भनिन्छ। वाष्पीकरण हुने विशेष तापक्रमलाई तरल पदार्थको उम्लने बिन्दु भनिन्छ। त्यसैगरी, स्थिर तापक्रममा तातोको मुक्तिमा वाष्पबाट तरल चरणमा हुने परिवर्तनलाई कन्डेन्सेसन भनिन्छ र जुन विशेष तापक्रममा सघन हुन्छ त्यसलाई वाष्पको संक्षेपण बिन्दु भनिन्छ।
ताप ऊर्जा वाष्पीकरणको समयमा स्थिर तापक्रममा अवशोषित हुन्छ, जबकि पदार्थको समान द्रव्यमानको लागि त्यो तापक्रममा संक्षेपणको समयमा उही मात्रामा तातो ऊर्जा मुक्त हुन्छ।

पानीको तताउने वक्र

बिन्दु A मा, पानी कोठाको तापक्रम (20 डिग्री सेल्सियस) मा हुन्छ र त्यसपछि तातो ऊर्जाको अवशोषणको साथ, पानीको तापक्रम AB भागमा लगातार बढ्छ जहाँ यो तरल अवस्थामा हुन्छ। बिन्दुमा B उम्लने सुरु हुन्छ र BC भागमा तापक्रम बढ्दैन, ताप उर्जा निरन्तर अवशोषित हुन्छ र पानीको उम्लने बिन्दु B लाई प्रतिनिधित्व गर्दछ।

दाल पकाउँदा नुन किन हाल्ने ? यो तथ्यमा आधारित छ कि अशुद्धता थप्दा पानीको उम्लने बिन्दु बढ्छ। हामी दाल पकाउँदा नुन थप्छौं, यसरी पानीले उमालेर अघि यसको सामग्रीलाई पर्याप्त ताप ऊर्जा प्रदान गर्दछ र त्यसैले खाना पकाउन सजिलो र छिटो हुन्छ। तराईमा भन्दा पहाडमा खाना पकाउन किन धेरै समय लाग्छ ? यो तथ्य मा आधारित छ कि उबलने बिन्दु दबाव मा कमी संग घट्छ। पहाड वा पहाडहरू जस्ता उच्च उचाइहरूमा, वायुमण्डलीय चाप कम हुन्छ, त्यसैले यी स्थानहरूमा, पानी 100 डिग्री सेल्सियस भन्दा कम तापक्रममा उम्लन्छ र त्यसैले खाना पकाउनको लागि आवश्यक ताप ऊर्जा प्रदान गर्दैन। त्यसैले यस्ता ठाउँमा खाना पकाउन धेरै समय लाग्छ।

अव्यक्त ताप र विशिष्ट अव्यक्त ताप

स्थिर तापक्रममा हुने पदार्थको चरण परिवर्तनको क्रममा पर्याप्त मात्रामा तातो ऊर्जा अवशोषित वा मुक्त हुन्छ।   तापक्रमको परिवर्तनमा अवशोषित वा मुक्त हुने तापक्रम कुनै पनि वृद्धि वा गिरावटबाट बाहिरी रूपमा प्रकट नहुने भएकाले यसलाई सुप्त ताप भनिन्छ।
अव्यक्त ताप, जब कुनै पदार्थको एकाइ द्रव्यमानको लागि अभिव्यक्त गरिन्छ, विशिष्ट अव्यक्त ताप भनिन्छ र प्रतीक L द्वारा जनाइएको छ।

विशिष्ट अव्यक्त तापको SI एकाइ J kg ^-1 हो, अन्य सामान्य एकाइहरू cal g ^-1 हुन्।
1 cal g ^-1 = 4.2 × 10 ³ J kg ^-1

फ्युजनको ताप भनेको थर्मल ऊर्जा हो जुन निश्चित द्रव्यमान वा तरल पदार्थको मात्रालाई ठोस बनाउन वा निश्चित द्रव्यमान वा ठोसको मात्रालाई पगाल्न थपिएको हुनुपर्दछ। यसलाई फ्युजनको सुप्त ताप पनि भनिन्छ। वाष्पीकरणको अव्यक्त ताप भनेको पदार्थ विघटन हुँदा, स्थिर तापक्रममा तरल पदार्थबाट ग्यास अवस्थामा परिवर्तन भई खपत हुने वा डिस्चार्ज हुने ताप हो।
बरफको फ्युजनको विशिष्ट सुप्त ताप भनेको तापक्रममा कुनै परिवर्तन नगरी ० डिग्री सेल्सियसमा पानीमा ० डिग्री सेल्सियसमा बरफको एकाइ पिसाब पग्लन आवश्यक ताप ऊर्जा हो। 0 °C मा पानीको एक एकाइ मास तापक्रममा कुनै परिवर्तन बिना 0 ° C मा बरफमा जम्मा हुँदा बरफको चिसोको विशिष्ट अव्यक्त ताप भनेको तातो ऊर्जा मुक्त / रिलीज हुन्छ। बरफको लागि, फ्युजनको विशिष्ट अव्यक्त ताप 336000 J kg ^-1 हो, जसको मतलब 0 ° C मा 1 kg बरफले 0 ° C मा पानीमा रूपान्तरण गर्न 336000 J तातो ऊर्जा अवशोषित गर्दछ। वाष्पीकरणको लागि, यो तापको मात्रा (540 cal g ⁻¹ ) 1 ग्राम पानी भन्दा 1 ग्राम पानीको धुवामा परिवर्तन हुने अपेक्षा गरिएको छ। 1 ग्राम पानीको धुवाँलाई 1 ग्राम पानीको निर्माणको क्रममा स्टेज चालमा उस्तै तापको मापन जारी गरिन्छ।

काइनेटिक मोडेलको आधारमा फ्युजनको अव्यक्त तापको व्याख्या
काइनेटिक मोडेल अनुसार, ठोस मा अणुहरु आफ्नो औसत स्थिति को बारे मा कम्पन। अणुको कुल ऊर्जा यसको गति र यसको सम्भावित ऊर्जा (जुन अणुहरू बीचको आकर्षण बल र तिनीहरू बीचको विभाजनमा निर्भर गर्दछ) को कारणले गतिज ऊर्जा (जो तापक्रममा निर्भर गर्दछ) को योगफल हो। जब ठोस तापक्रम परिवर्तन नगरी तरल पदार्थमा परिवर्तन हुन्छ, अणुहरूको औसत गति परिवर्तन हुँदैन तर अणुहरू बीचको विभाजन औसतमा बढ्छ। अणुहरू (अर्थात, अणुहरूको सम्भावित ऊर्जामा वृद्धिको लागि) बीचको आकर्षक बलहरू विरुद्ध विभाजन बढाउन केही ऊर्जा आवश्यक हुन्छ। यसरी पग्लने क्रममा आपूर्ति गरिएको तातो ऊर्जा अणुहरूको सम्भावित ऊर्जा बढाउन मात्र प्रयोग गरिन्छ र यसलाई पग्लिने सुप्त ताप भनिन्छ।

उदाहरणहरू

• हिमालहरूमा हिउँ एकैचोटि पग्लिँदैन: कारण यो हो कि बरफमा फ्युजनको उच्च विशिष्ट अव्यक्त ताप हुन्छ (336000 J kg ^-1 )। यो बिस्तारै पानीमा परिवर्तन हुन्छ किनकि यसले सूर्यबाट तातो ऊर्जा प्राप्त गर्दछ। अव्यक्त गर्मी कम भएको भए घामको तापले केही समयमै सबै हिउँ पग्लिन्थ्यो र नदीमा बाढी आउने थियो ।
• चिसो देशहरूमा ताल र पोखरीहरूमा पानी एकैचोटि जम्दैन: यसको कारण यो हो कि बरफको फ्यूजनको विशिष्ट अव्यक्त ताप पर्याप्त रूपमा उच्च हुन्छ, जसका कारण ताल र पोखरीहरूको पानीले ठूलो मात्रामा तातो मुक्त गर्नुपर्नेछ। चिसो हुनु अघि वरपर। पानीको सतहमा बनेको बरफको तहले तापको कम वाहक भएकोले तालको पानीबाट तातो गुम्नबाट पनि रोक्छ त्यसैले यो एकैचोटि जम्दैन।
• ० डिग्री सेल्सियसमा हिउँ चिसो पानीको तुलनामा बरफको टुक्रा थप्दा पेयहरू छिटो चिसो हुन्छन्: यो किनभने ० डिग्री सेल्सियसमा १ ग्राम बरफले ० डिग्री सेल्सियसमा पानीमा पग्लन पेयबाट ३३६ J तातो ऊर्जा लिन्छ। सी। यो पेय पदार्थले ० डिग्री सेल्सियसमा १ ग्राम बरफमा अतिरिक्त ३३६ J तातो उर्जा मुक्त गर्छ, ० डिग्री सेल्सियसमा १ ग्राम बरफको चिसो पानीको तुलनामा।

• पसिनाले चिसो गराउँछ: पसिना एक जीवन बचाउने शारीरिक कार्य हो जसले तपाईंको शरीरको तापक्रमलाई नियन्त्रण गर्न मद्दत गर्दछ। जब मौसम तातो हुन्छ वा व्यायाम वा ज्वरोको कारण तपाईंको शरीरको तापक्रम बढ्छ, पसिना तपाईंको छालामा नलीहरूबाट निस्कन्छ। यसमा ९० प्रतिशत पानी हुन्छ । तपाईंको शरीरमा उपस्थित पसिनाका थोपाहरूले तरलबाट वाष्पमा चरण संक्रमणको लागि शरीरको तापलाई प्रयोग गर्दछ। यसले कूलिङ इफेक्टमा परिणाम दिन्छ जसले शरीरको तापक्रम कायम राख्न मद्दत गर्छ र शरीरलाई चिसो बनाउँछ।
• बर्तनको ढक्कन खोल्दा सँधै सावधान रहनुहोस् जब यसमा पानी उम्लिरहेको हुन्छ: पानीमा वाष्पीकरणको ठूलो विशिष्ट अव्यक्त ताप हुन्छ। जब तपाईंको हातको छालामा स्टीम कन्डेन्स हुन्छ, धेरै मात्रामा अव्यक्त ताप निस्कन्छ, जसले गम्भीर जलाउँछ।

प्रश्न 1: 10 किलो बरफ पग्लन कति ताप ऊर्जा चाहिन्छ? (बर्फको विशिष्ट अव्यक्त ताप = 336 J g ^-1 )
समाधान: m = 10 kg, L = 336 J g ^-1
तातो ऊर्जा आवश्यक = एमएल = 10000 × 336 = 3360000 J

प्रश्न २: ४० डिग्री सेल्सियसमा २५० ग्राम पानीको तापक्रममा बरफ मिसाएर ० डिग्री सेल्सियससम्म घटाइन्छ। थपिएको बरफको द्रव्यमान पत्ता लगाउनुहोस्। (विशिष्ट अव्यक्त ताप बर्फ 336 J g ^-1 हो र पानीको विशिष्ट ताप क्षमता 4.2 J g ^-1 K ^-1 हो)
समाधान: पानीले गुमाएको ताप ऊर्जा = बरफले प्राप्त गरेको ताप ऊर्जा
तापमानमा गिरावट 40 - 0 = 40 डिग्री सेल्सियस छ।
पानी द्वारा हराएको गर्मी = m⋅c⋅Δt = 250 × 4.2 × 40 = 42000 J
बरफ द्वारा प्राप्त गर्मी = 42000 = बरफको द्रव्यमान × 336 ⇒ बरफको द्रव्यमान = 42000 ∕ 336 = 125 ग्राम

प्रश्न 3: 10125J तातो उर्जाको 4.5 ग्राम पानीलाई 100 डिग्री सेल्सियसमा उमालेर 100 डिग्री सेल्सियसमा भाप हुन्छ, SI एकाइहरूमा भापको सुप्त ताप पत्ता लगाउनुहोस्।
समाधान: स्टीमको सुप्त ताप L = 10125 J ∕ (4.5 × 10 ^-3 ) kg = 2250 × 10 ³ J∕kg