ऊष्मा (Heat)

ए. गर्मी बनाम तापमान:

• हीट ($Q$): तापमान अंतर के कारण दो निकायों के बीच स्थानांतरित आंतरिक ऊर्जा का रूप। यह शरीर के सभी अणुओं की गतिज और स्थितिज ऊर्जा का योग है। एसआई इकाई: जूल ($\text{J}$) ($1\text{ cal} = 4.186\text{ J}$).
• तापमान ($T$): वह भौतिक मात्रा जो किसी पिंड की गर्माहट या ठंडक की डिग्री को मापती है, जो उसके अणुओं की औसत गतिज ऊर्जा द्वारा निर्धारित होती है। एसआई इकाई: केल्विन ($\text{K}$).

बी. थर्मोमेट्रिक स्केल और मास्टर रूपांतरण समीकरण:

• सेल्सियस स्केल: निचला निश्चित बिंदु (बर्फ बिंदु) $= 0^\circ\text{C}$; ऊपरी निश्चित बिंदु (भाप बिंदु) $= 100^\circ\text{C}$। (100 प्रभाग).
• फ़ारेनहाइट स्केल: बर्फ बिंदु $= 32^\circ\text{F}$; भाप बिंदु $= 212^\circ\text{F}$. (180 डिवीजन).
• केल्विन स्केल: पूर्ण शून्य $= 0\text{ K} = -273.15^\circ\text{C}$। $T(\text{K}) = t(^\circ\text{C}) + 273$.
• क्लासिक खोज: किस तापमान पर सेल्सियस और फ़ारेनहाइट पैमाने समान मान पढ़ते हैं? $$\frac{x}{5} = \frac{x - 32}{9} \implies 9x = 5x - 160 \implies 4x = -160 \implies \mathbf{x = -40^\circ}$$ !

ए. क्लिनिकल थर्मामीटर:

• विशेष रूप से मानव शरीर के तापमान ($37^\circ\text{C}$ या $98.6^\circ\text{F}$) को मापने के लिए डिज़ाइन किया गया।
• श्रेणी: $35^\circ\text{C}$ से $42^\circ\text{C}$ (या $94^\circ\text{F}$ से $108^\circ\text{F}$).
• द किंक (कसना): इसमें बल्ब के ठीक ऊपर एक संकीर्ण मोड़ या संकुचन होता है। जब रोगी के मुंह से निकाला जाता है, तो पारा स्तंभ सिकुड़ जाता है और मोड़ पर टूट जाता है, जिससे पढ़ने से पहले पारा वापस बल्ब में गिरने से बच जाता है! आगामी उपयोग से पहले इसे जोर से झटका देना चाहिए।

बी. प्रयोगशाला थर्मामीटर:

• सामान्य प्रयोगों के लिए विज्ञान प्रयोगशालाओं में उपयोग किया जाता है। रेंज: $-10^\circ\text{C}$ से $110^\circ\text{C}$.
• इसमें कोई संकुचन (किंक) नहीं है। जब बल्ब अभी भी तरल में डूबा हुआ हो तो तापमान पढ़ना चाहिए!

1. चालन (ठोस):

   आण्विक कंपन द्वारा कणों के किसी भी वास्तविक स्थूल आंदोलन के बिना पदार्थ के माध्यम से एक कण से दूसरे कण में ताप स्थानांतरण। धातुएँ (तांबा, एल्युमीनियम) उत्कृष्ट चालक हैं; लकड़ी, वायु और कांच विद्युतरोधी हैं।

2. संवहन (तरल पदार्थ: तरल पदार्थ और गैसें):

   गर्म, कम सघन द्रव अणुओं के वास्तविक थोक शारीरिक संचलन द्वारा ऊष्मा का स्थानांतरण ऊपर की ओर होता है, जबकि ठंडा, सघन द्रव नीचे की ओर बढ़ता है, जिससे संवहन धाराएं बनती हैं।

   • समुद्री हवा (दिन के समय): भूमि समुद्र की तुलना में तेजी से गर्म होती है $\to$ भूमि के ऊपर गर्म हवा ऊपर उठती है $\to$ ठंडी हवा समुद्र से भूमि की ओर चलती है।
   • भूमि हवा (रात का समय): भूमि समुद्र की तुलना में तेजी से ठंडी होती है $\to$ समुद्र के ऊपर गर्म हवा ऊपर उठती है $\to$ ठंडी हवा भूमि से समुद्र की ओर चलती है।
3. विकिरण (वैक्यूम और पारदर्शी मीडिया):

   बिना किसी भौतिक माध्यम की आवश्यकता के प्रकाश की गति से यात्रा करने वाली विद्युत चुम्बकीय अवरक्त तरंगों द्वारा ताप स्थानांतरण (उदाहरण के लिए, 150 मिलियन किमी खाली स्थान में सूर्य की ऊष्मा पृथ्वी तक पहुँचती है)। धुंधली काली सतहें सबसे अच्छी अवशोषक और उत्सर्जक होती हैं; चमकदार चांदी की सतहें सर्वोत्तम परावर्तक होती हैं।

ए. थर्मस फ्लास्क (देवर फ्लास्क):

• दोहरी दीवारों वाला कांच का पात्र: कांच ऊष्मा का कुचालक है।
• दीवारों के बीच वैक्यूम: चालन और संवहन द्वारा गर्मी हस्तांतरण को समाप्त करता है!
• सिल्वर आंतरिक सतह: विकिरण द्वारा गर्मी हानि या लाभ को कम करता है (अवरक्त किरणों को वापस प्रतिबिंबित करता है)।
• कॉर्क/प्लास्टिक स्टॉपर: गर्दन के माध्यम से संवहन हानि को रोकने वाली इन्सुलेशन सामग्री।

बी. ठोस पदार्थों में थर्मल विस्तार:

• रेलवे ट्रैक: गर्म गर्मी के दिनों में रैखिक विस्तार को समायोजित करने के लिए, ट्रैक की बकलिंग को रोकने के लिए लगातार स्टील रेल के बीच जानबूझकर छोटे अंतराल छोड़े जाते हैं।
• द्विधातु पट्टी: दो अलग-अलग धातु की पट्टियां (जैसे, पीतल और लोहा) एक साथ वेल्ड की गईं। क्योंकि गर्म करने पर पीतल लोहे की तुलना में अधिक फैलता है, पट्टी मुड़ जाती है, थर्मोस्टैट्स (आयरन, फायर अलार्म) में स्वचालित सर्किट ब्रेकर स्विच के रूप में कार्य करती है।