حرارت کا تصور ہمارے آس پاس کی جسمانی دنیا کو سمجھنے میں بنیادی کردار ادا کرتا ہے۔ اس سبق میں، ہم دریافت کریں گے کہ حرارت کیا ہے، اس کی پیمائش، اور مادے پر اس کے اثرات۔ حرارت کی مقدار کو اس کی تعریف، پیمائش کی اکائیوں، حرارت کی مخصوص گنجائش، اور حرارت کی منتقلی کے حساب میں اس کے اطلاق کے تناظر میں سمجھا جا سکتا ہے۔
حرارت توانائی کی ایک شکل ہے جو مختلف درجہ حرارت والے نظاموں یا اشیاء کے درمیان منتقل ہوتی ہے۔ یہ توانائی کی منتقلی گرم چیز سے ٹھنڈی چیز تک ہوتی ہے جب تک کہ حرارتی توازن حاصل نہ ہوجائے۔ حرارت کی منتقلی تین طریقوں سے ہو سکتی ہے: ترسیل، نقل و حمل اور تابکاری۔
انٹرنیشنل سسٹم آف یونٹس (SI) میں حرارت کی اکائی جول (J) ہے۔ تاریخی طور پر، حرارت کو کیلوریز (cal) میں ماپا جاتا ہے، جہاں 1 کیلوری کو ماحولیاتی دباؤ پر 1 گرام پانی کے درجہ حرارت کو 1 ° C تک بڑھانے کے لیے درکار حرارت کی مقدار کے طور پر بیان کیا جاتا ہے۔ جولز اور کیلوریز کے درمیان تعلق اس طرح دیا جاتا ہے: \( 1\, \textrm{کیل} = 4.184\, \textrm{جے} \) برطانوی نظام میں حرارت کی توانائی کی ایک اور عام اکائی برٹش تھرمل یونٹ (BTU) ہے، 1 BTU کے ساتھ 1 پاؤنڈ پانی کے درجہ حرارت کو 1°F تک بڑھانے کے لیے درکار حرارت کی مقدار ہے۔
مخصوص حرارت کی گنجائش ( \(c\) ) ایک مادہ کی خاصیت ہے جو 1 کلو گرام مادے کے درجہ حرارت کو 1 Kelvin (K) یا 1°C سے تبدیل کرنے کے لیے درکار حرارت کی مقدار کی وضاحت کرتی ہے۔ اس کا اظہار جولز فی کلوگرام Kelvin ( \(J/(kg\cdot K)\) ) میں ہوتا ہے۔ مخصوص حرارت کی گنجائش کا استعمال کرتے ہوئے حرارت کی مقدار ( \(Q\) ) کا حساب کرنے کا فارمولا ہے: \( Q = m \cdot c \cdot \Delta T \) جہاں: - \(Q\) گرمی کی مقدار ہے joules، - \(m\) کلوگرام میں مادہ کی کمیت ہے، - \(c\) مادہ کی مخصوص حرارت کی گنجائش ہے، اور - \(\Delta T\) Kelvin یا °C میں درجہ حرارت کی تبدیلی ہے۔ .
مختلف سائنسی اور انجینئرنگ کے شعبوں میں حرارت کی منتقلی کا حساب بہت اہم ہے، بشمول موسم کے نمونوں کو سمجھنا، حرارتی اور کولنگ سسٹم کو ڈیزائن کرنا، اور مادوں کی جسمانی تبدیلیوں کی وضاحت کرنا۔ گرمی کی مقدار کا حساب کرنے کا طریقہ بتانے کے لیے آئیے ایک مثال دیکھیں:
مثال: 2 کلو پانی کے درجہ حرارت کو 20°C سے 50°C تک بڑھانے کے لیے درکار حرارت کی مقدار کا حساب لگائیں۔ پانی کی مخصوص حرارت کی گنجائش \(4184 J/(kg\cdot K)\) ہے۔
ہم حرارت کی مقدار کے لیے فارمولہ استعمال کرتے ہیں: \( Q = m \cdot c \cdot \Delta T \) دی گئی قدروں کا متبادل: \( Q = 2\, \textrm{کلو} \cdot 4184\, \textrm{J/(kg}\cdot \textrm{K)} \cdot (50 - 20)\, \textrm{°C} \) \(Q\) کی قدر کا حساب لگانے سے ہمیں مطلوبہ حرارت کی مقدار ملے گی۔
تجربات گرمی کے تصور اور مختلف مادوں پر اس کے اثرات کو سمجھنے کا ایک عملی طریقہ ہیں۔ یہاں دو آسان تجربات ہیں جو حرارت کی منتقلی اور مخصوص حرارت کی صلاحیت کے تصور کو واضح کرتے ہیں:
تجربہ 1: پانی میں درجہ حرارت کی تبدیلی کی پیمائش
اس تجربے میں پانی کی معلوم مقدار کو گرم کرنا اور درجہ حرارت کی تبدیلی کی پیمائش شامل ہے۔ پانی کو معلوم مقدار میں توانائی فراہم کرنے کے لیے الیکٹرک ہیٹر کا استعمال کرتے ہوئے، طلباء درجہ حرارت میں اضافے کی پیمائش کر سکتے ہیں اور پہلے فراہم کردہ فارمولے کا استعمال کرتے ہوئے پانی کی مخصوص حرارت کی صلاحیت کا حساب لگا سکتے ہیں۔
تجربہ 2: حرارت جذب کرنے کا موازنہ
اس تجربے میں، پانی اور تیل جیسے مختلف مادوں کی مساوی مقدار کو ایک جیسی حالتوں میں رکھا جاتا ہے اور اسی مدت کے لیے گرم کیا جاتا ہے۔ ہر مادہ کے درجہ حرارت کی تبدیلی کی پیمائش کرکے، طلباء گرمی جذب میں فرق کو دیکھ سکتے ہیں اور اسے مخصوص حرارت کی صلاحیت کے تصور سے جوڑ سکتے ہیں۔
حرارت کی مقدار جسمانی دنیا میں توانائی کی منتقلی کو سمجھنے کا ایک اہم پہلو ہے۔ حرارت، پیمائش کی اکائیوں اور مخصوص حرارت کی صلاحیت کی تعریف کے ذریعے، ہم مختلف عملوں اور نظاموں میں حرارت کی منتقلی کی مقدار اور حساب لگا سکتے ہیں۔ تجربات کا انعقاد عملی بصیرت فراہم کرتا ہے کہ کس طرح گرمی مختلف مادوں کو متاثر کرتی ہے اور اس سبق میں شامل نظریاتی تصورات کو تقویت دینے میں مدد کرتی ہے۔
