तापको अवधारणाले हाम्रो वरपरको भौतिक संसारलाई बुझ्नको लागि आधारभूत भूमिका खेल्छ। यस पाठमा, हामी तातो के हो, यसको मापन, र पदार्थमा यसको प्रभावको अन्वेषण गर्नेछौं। तापको मात्रालाई यसको परिभाषा, मापनको एकाइहरू, विशिष्ट ताप क्षमता, र ताप स्थानान्तरण गणनामा यसको प्रयोगको सन्दर्भमा बुझ्न सकिन्छ।
ताप ऊर्जाको एक रूप हो जुन विभिन्न तापक्रम भएका प्रणाली वा वस्तुहरू बीच हस्तान्तरण गरिन्छ। यो ऊर्जा स्थानान्तरण तातो वस्तुबाट चिसो वस्तुमा तापीय सन्तुलन प्राप्त नभएसम्म हुन्छ। गर्मी स्थानान्तरण तीन तरिकामा हुन सक्छ: चालन, संवहन, र विकिरण।
इन्टरनेशनल सिस्टम अफ युनिट्स (SI) मा तापको एकाइ जुल (J) हो। ऐतिहासिक रूपमा, तापलाई क्यालोरी (क्यालोरी) मा मापन गरिएको थियो, जहाँ 1 क्यालोरीलाई वायुमण्डलीय दबावमा 1 ग्राम पानीको तापक्रम 1 डिग्री सेल्सियसले बढाउन आवश्यक तापको मात्राको रूपमा परिभाषित गरिन्छ। जूल र क्यालोरीहरू बीचको सम्बन्ध यसद्वारा दिइएको छ: \( 1\, \textrm{cal} = 4.184\, \textrm{जे} \) ब्रिटिश प्रणालीमा ताप ऊर्जाको अर्को साझा एकाइ ब्रिटिश थर्मल एकाइ (BTU), 1 BTU 1 पाउन्ड पानीको तापक्रम 1°F ले बढाउनको लागि आवश्यक तापको मात्रा हो।
विशिष्ट ताप क्षमता ( \(c\) ) पदार्थको गुण हो जसले पदार्थको १ किलोग्राम तापक्रमलाई १ केल्भिन (के) वा १ डिग्री सेल्सियसले परिवर्तन गर्न आवश्यक तापको मात्रा परिभाषित गर्दछ। यो जूल प्रति किलोग्राम केल्विन ( \(J/(kg\cdot K)\) ) मा व्यक्त गरिएको छ। विशिष्ट ताप क्षमता प्रयोग गरेर गर्मीको मात्रा ( \(Q\) ) गणना गर्ने सूत्र हो: \( Q = m \cdot c \cdot \Delta T \) जहाँ: - \(Q\) मा तापको मात्रा हो। joules, - \(m\) किलोग्राममा पदार्थको द्रव्यमान हो, - \(c\) पदार्थको विशिष्ट ताप क्षमता हो, र - \(\Delta T\) केल्भिन वा °C मा तापमान परिवर्तन हो। ।
ताप स्थानान्तरणको गणना विभिन्न वैज्ञानिक र ईन्जिनियरिङ् क्षेत्रहरूमा महत्त्वपूर्ण छ, जसमा मौसमको ढाँचाहरू बुझ्ने, ताप र शीतलन प्रणालीहरू डिजाइन गर्ने, र पदार्थहरूको भौतिक परिवर्तनहरू व्याख्या गर्ने समावेश छ। गर्मीको मात्रा कसरी गणना गर्ने भनेर वर्णन गर्न एउटा उदाहरण हेरौं:
उदाहरण: 2 किलोग्राम पानीको तापक्रम 20°C बाट 50°C सम्म बढाउन आवश्यक तापको मात्रा गणना गर्नुहोस्। पानीको विशिष्ट ताप क्षमता \(4184 J/(kg\cdot K)\) हो।
हामी तापको मात्राको लागि सूत्र प्रयोग गर्छौं: \( Q = m \cdot c \cdot \Delta T \) दिइएको मानहरू प्रतिस्थापन गर्दै: \( Q = 2\, \textrm{के। जि} \cdot 4184\, \textrm{J/(किग्रा}\cdot \textrm{के)} \cdot (50 - 20)\, \textrm{°C} \) \(Q\) को मान गणना गर्नाले हामीलाई आवश्यक तापको मात्रा दिनेछ।
प्रयोगहरू गर्मीको अवधारणा र विभिन्न पदार्थहरूमा यसको प्रभावहरू बुझ्नको लागि एक व्यावहारिक तरिका हो। यहाँ दुई सरल प्रयोगहरू छन् जुन गर्मी स्थानान्तरण र विशिष्ट ताप क्षमताको अवधारणालाई चित्रण गर्दछ:
प्रयोग 1: पानी मा तापमान परिवर्तन मापन
यो प्रयोगमा पानीको ज्ञात मात्रा तताउने र तापमान परिवर्तन मापन समावेश छ। पानीमा ज्ञात मात्रामा ऊर्जा आपूर्ति गर्न विद्युतीय हिटर प्रयोग गरेर, विद्यार्थीहरूले तापक्रम वृद्धि मापन गर्न सक्छन् र पहिले प्रदान गरिएको सूत्र प्रयोग गरेर पानीको विशिष्ट ताप क्षमता गणना गर्न सक्छन्।
प्रयोग २: ताप अवशोषण तुलना गर्दै
यस प्रयोगमा, पानी र तेल जस्ता विभिन्न पदार्थहरूको बराबर वस्तुहरू समान अवस्थामा राखिन्छन् र समान अवधिको लागि तताइन्छ। प्रत्येक पदार्थको तापमान परिवर्तन मापन गरेर, विद्यार्थीहरूले ताप अवशोषणमा भिन्नताहरू अवलोकन गर्न सक्छन् र यसलाई विशिष्ट ताप क्षमताको अवधारणासँग सम्बन्धित गर्न सक्छन्।
तापको मात्रा भौतिक संसारमा ऊर्जा स्थानान्तरण बुझ्नको लागि एक महत्वपूर्ण पक्ष हो। ताप, मापन एकाइहरू, र विशिष्ट ताप क्षमताको परिभाषा मार्फत, हामी विभिन्न प्रक्रियाहरू र प्रणालीहरूमा ताप स्थानान्तरणको मात्रा र गणना गर्न सक्छौं। प्रयोगहरू सञ्चालन गर्दा तापले विभिन्न पदार्थहरूलाई कसरी असर गर्छ भन्ने व्यावहारिक अन्तरदृष्टि प्रदान गर्दछ र यस पाठमा समेटिएका सैद्धान्तिक अवधारणाहरूलाई सुदृढ पार्न मद्दत गर्छ।
