पदार्थ, सबै भौतिक वस्तुहरू बनेको पदार्थले थर्मल गुणहरूको दायरा देखाउँछ जुन हाम्रो वरपरको संसार बुझ्नको लागि महत्त्वपूर्ण छ। तापक्रम, ताप र थर्मल विस्तार जस्ता यी गुणहरू ऊर्जा स्थानान्तरणका सिद्धान्तहरू र भौतिकशास्त्रका नियमहरूद्वारा शासित हुन्छन्।
तापक्रम कुनै पदार्थमा रहेका कणहरूको औसत गतिज ऊर्जाको मापन हो, जसलाई अक्सर डिग्री सेल्सियस (°C), फरेनहाइट (°F), वा Kelvin (K) मा मापन गरिन्छ। ताप, अर्कोतर्फ, तापक्रम भिन्नताको कारणले दुई वस्तु वा प्रणालीहरू बीच ऊर्जा स्थानान्तरणको एक रूप हो। इन्टरनेशनल सिस्टम अफ युनिट्स (SI) मा तापको एकाइ जुल (J) हो। गर्मी ( \(Q\) ), द्रव्यमान ( \(m\) ), विशिष्ट ताप क्षमता ( \(c\) ), र तापमान परिवर्तन ( \(\Delta T\) ) बीचको सम्बन्ध समीकरणद्वारा वर्णन गरिएको छ: \(Q = mc\Delta T\) विशिष्ट ताप क्षमता भनेको एक किलोग्राम पदार्थको तापक्रमलाई एक डिग्री सेल्सियसले परिवर्तन गर्न आवश्यक ताप ऊर्जाको परिमाण हो।
जब सामग्री तताइन्छ, तिनीहरू सामान्यतया विस्तार हुन्छन्। यो घटनालाई थर्मल विस्तार भनिन्छ र यो ठोस, तरल पदार्थ र ग्यासहरूमा अवलोकन गर्न सकिन्छ। थर्मल विस्तार हुन्छ किनभने तापक्रममा भएको वृद्धिले कणहरूको गतिज ऊर्जामा वृद्धि हुन्छ, जसले गर्दा तिनीहरू अलग हुन्छन्। थर्मल विस्तारको दायरा रैखिक विस्तारको गुणांक ( \(\alpha\) ) द्वारा वर्णन गर्न सकिन्छ, ठोसहरूका लागि, जसले लम्बाइ ( \(\Delta L\) ) प्रति एकाइ लम्बाइ ( \(L\) मा परिवर्तन देखाउँछ। ) तापमानमा प्रति डिग्री परिवर्तन ( \(\Delta T\) ): \(\Delta L = \alpha L \Delta T\) तरल पदार्थ र ग्यासहरूको लागि, भोल्युम विस्तार रैखिक विस्तार भन्दा बढी सान्दर्भिक छ, र यो गुणांक द्वारा वर्णन गरिएको छ। भोल्युमेट्रिक विस्तार को।
चरण परिवर्तनहरू कुनै पदार्थको ठोस, तरल र ग्यास चरणहरू बीचको परिवर्तनहरू हुन् र तापमान परिवर्तन नगरी ऊर्जाको अवशोषण वा रिलीज समावेश गर्दछ। चरण परिवर्तनहरूको मुख्य प्रकारहरूमा पग्लने, चिसो, वाष्पीकरण, संक्षेपण, उदात्तीकरण, र निक्षेप समावेश छ। चरण परिवर्तनसँग सम्बन्धित तापलाई अव्यक्त ताप भनिन्छ। उदाहरणका लागि, तापक्रम परिवर्तन नगरी १ किलो बरफलाई पानीमा बदल्नको लागि आवश्यक ऊर्जालाई फ्युजनको सुप्त ताप ( \(L f\) ) भनिन्छ, जहाँ तापक्रम परिवर्तन नगरी १ किलो पानीलाई वाफमा परिणत गर्न आवश्यक ऊर्जा भनिन्छ। वाष्पीकरणको अव्यक्त ताप ( \(Lv\) ): \(Q = mL_f\) पग्लने वा जम्नको लागि, \(Q = mL_v\) वाष्पीकरण वा संक्षेपणको लागि।
थर्मल ऊर्जा प्रवाह, संवहन, र विकिरण द्वारा पदार्थ मार्फत स्थानान्तरण गर्न सकिन्छ। कन्डक्शन भनेको एकअर्कासँग प्रत्यक्ष सम्पर्कमा रहेका पदार्थहरू बीचको तापको स्थानान्तरण हो। सामग्रीको थर्मल चालकता ( \(k\) ) यसको ताप सञ्चालन गर्ने क्षमताको मापन हो। थर्मल प्रवाहकत्वको फोरियरको नियमले ताप स्थानान्तरण दर ( \(Q/t\) ), थर्मल चालकता ( \(k\) ), क्षेत्र ( \(A\) ), तापक्रम ढाँचा ( \(\Delta T/L\) बीचको सम्बन्ध देखाउँछ। \(\Delta T/L\) ), र सामग्रीको मोटाई ( \(L\) ): \(Q/t = kA(\Delta T/L)\) संवहन भनेको तरल पदार्थ (तरल पदार्थ वा ग्यासहरू) को आन्दोलनद्वारा तापको स्थानान्तरण हो। ) तापमान भिन्नता को कारण। यसले तरल पदार्थको बल्क आन्दोलन समावेश गर्दछ। विकिरण भनेको विद्युत चुम्बकीय तरंगहरू मार्फत ऊर्जाको स्थानान्तरण हो र यसलाई प्रसार गर्न कुनै माध्यमको आवश्यकता पर्दैन। सबै वस्तुहरूले थर्मल विकिरण उत्सर्जन गर्छन्, र उत्सर्जित विकिरणको मात्रा वस्तुको तापक्रमको चौथो पावरसँगै बढ्छ, जसरी स्टेफन-बोल्ट्जम्यान कानूनद्वारा वर्णन गरिएको छ: \(P = \sigma AT^4\) जहाँ \(P\) उत्सर्जित शक्ति हो, \(\sigma\) Stefan-Boltzmann स्थिरता हो, \(A\) सतह क्षेत्र हो, र \(T\) केल्भिनको तापक्रम हो।
पानीको विशिष्ट ताप क्षमता र ४ डिग्री सेल्सियसको नजिक यसको व्यवहारसँग सम्बन्धित केही अद्वितीय गुणहरू छन्। पानीको विशिष्ट ताप क्षमता स्पष्ट रूपमा उच्च छ, जसको मतलब यसको तापक्रम बढाउन धेरै ताप ऊर्जा चाहिन्छ, यसले पारिस्थितिक तंत्रमा थर्मल बफरको रूपमा भूमिका खेल्छ। थप रूपमा, पानी यसको अधिकतम घनत्व 4 डिग्री सेल्सियसमा पुग्छ; यो तापक्रम भन्दा तल चिसो हुँदा, यो विस्तार हुन्छ। यो विषम विस्तार चिसो मौसममा जलीय जीवनको अस्तित्वको लागि महत्त्वपूर्ण छ, किनकि पानीको सतहमा बरफ बन्ने, तलको पानीलाई इन्सुलेट गर्ने।
पदार्थको थर्मल गुणहरू दैनिक जीवन र उद्योगमा व्यापक रूपमा प्रयोग हुन्छन्। उदाहरणका लागि, तापक्रम परिवर्तनसँग विस्तार र संकुचन गर्न अनुमति दिन पुल र रेलवेको डिजाइनमा थर्मल विस्तारलाई विचार गरिन्छ। पानीको उच्च विशिष्ट ताप क्षमताले यसलाई औद्योगिक प्रक्रिया र पावर प्लान्टहरूमा उत्कृष्ट शीतलक बनाउँछ।
पानीको विशिष्ट ताप क्षमता देखाउनको लागि प्रयोगमा, एक मापन गरिएको मात्रामा ऊर्जाको ज्ञात मात्रा स्थानान्तरण गर्न एक हीटर प्रयोग गरिन्छ। तापमान परिवर्तन अवलोकन गरेर, विद्यार्थीहरूले सूत्र \(Q = mc\Delta T\) प्रयोग गरेर पानीको विशिष्ट ताप क्षमताको गणना गर्न सक्छन्।
अर्को सामान्य प्रदर्शनमा पानीको साथ फ्लास्कमा बेलुन राख्नु समावेश छ। पानी तताएर वाफमा परिणत हुँदा, पानीको बाफले हावालाई धकेल्ने कारणले बेलुन फुल्छ। यसले पानीको विस्तारलाई देखाउँदछ जब यो ग्यासमा परिणत हुन्छ, पदार्थको थर्मल विस्तारको दृश्य प्रभाव।
पदार्थको थर्मल गुणहरू बुझ्नुले आधारभूत भौतिक विज्ञानको हाम्रो समझलाई मात्र बढाउँदैन तर विभिन्न व्यावहारिक चुनौतीहरूको लागि इन्जिनियर समाधानहरू गर्न हाम्रो क्षमतालाई पनि समृद्ध बनाउँछ।
