வெப்ப அளவியல்

வெப்ப அளவியல்

இதுவரை வெப்ப ஆற்றலின் விளைவுகள் பற்றி நாம் பார்த்தோம். ஒரு பொருளுக்கு வெப்ப ஆற்றலை அளிக்கும்போது அதன் இயற்பியல் பண்புகளில் மாற்றம் ஏற்படுகின்றது. திட நிலையிலுள்ள நீர் (பனிக்கட்டி) திரவ நிலைக்கும், திரவ நிலையிலுள்ள நீர் ஆவி நிலைக்கும் மாற்றமடைகின்றன. இவையாவும் வெப்பத்தினால் ஏற்படும் இயற்பியல்மாற்றங்கள் ஆகும். இதேபோல் வெப்ப ஆற்றல் வேதியியல் மாற்றங்களையும் ஏற்படுத்துகிறது. பொருள்களில் ஏற்படும் இயற்பியல் மற்றும் வேதியியல் மாற்றங்களைப் பற்றித் தெரிந்து கொள்வற்கு, அப்பொருளில் உள்ள வெப்ப ஆற்றலினை அளவிடவேண்டும்.இவ்வாறு பொருள்களில் நடைபெறும் இயற்பியல் மற்றும் வேதியியல் நிகழ்வுகளில் உள்ள வெப்ப ஆற்றலின் மதிப்பினைக் கணக்கிடும் முறைக்கு வெப்ப அளவியல் என்று பெயர்.

1. வெப்பநிலை

ஒரு பொருள் சூடாக உள்ளதா அல்லது குளிர்ச்சியாக உள்ளதா என்பதை அறிய உதவும் இயற்பியல் அளவு வெப்பநிலை ஆகும். இது வெப்ப நிலைமானியைக் கொண்டு அளவிடப்படுகிறது. வெப்பநிலையை அளவிட மூன்று விதமான அளவுகோல்கள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன..

• செல்சியஸ் அளவுகோல்

• ஃபாரன்ஹீட் அளவுகோல்

• கெல்வின் அளவுகோல்

மேற்கண்ட அளவுகோல்களுள், கெல்வின் அளவுகோலே பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. இதைப்பற்றி உயர் வகுப்புகளில் நீங்கள் விரிவாகத் தெரிந்துகொள்ளலாம்

2. வெப்பத்தின் அலகு

வெப்பம் என்பது ஒரு வகையான ஆற்றல் என்பது நமக்குத் தெரியும். ஆற்றலின் SI அலகு ஜூல். எனவே, வெப்பத்தையும் ஜூல் எனும் அலகில் இது J என்ற எழுத்தால் குறிப்பிடலாம். குறிப்பிடப்படுகிறது. வெப்பத்தை அளவிட பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படும் அலகு கலோரி ஆகும். 1 கிராம் நிறையுள்ள நீரின் வெப்பநிலையை 1°C உயர்த்தத் தேவைப்படும் வெப்ப ஆற்றலின் அளவு 1 கலோரி என வரையறுக்கப்படுகிறது. கலோரி மற்றும் ஜூல் ஆகிய அலகுகளுக்கிடையேயான தொடர்பு பின்வருமாறு குறிப்பிடப்படுகிறது. 1 கலோரி=4.189J.

உணவுப்பொருள்களில் உள்ள ஆற்றலின் அளவு கிலோ கலோரி எனும் அலகால் குறிப்பிடப்படுகிறது.

1கிலோ கலோரி = 4200J (தோராயமாக)

3. வெப்ப ஏற்புத்திறன்

செயல்பாடு 6

ரேண்டு வெவ்வேறு முகவைகளில் நீர் மற்றும் எண்ணெய் இரண்டையும் தனித்தனியாக எடுத்துக்கொள்ளவும். ஒரு குறிப்பிட்ட வெப்பநிலையை அடையும்வரை இரண்டையும் தனித்தனியே வெப்பப்படுத்தவும் (எச்சரிக்கை: எண்ணெய்யைச் சூடு செய்யும்போது ஆசிரியர் முன்னிலையில் செய்யவேண்டும்) எது முதலில் வெப்பமடைகிறது? எண்ணெய்யைவிட நீர் வெப்பம் அடைவதற்கு அதிக நேரம் எடுத்துக்கொள்ளும். ஏன்?

பொதுவாக, பொருள் ஒன்று ஏற்கும் அல்லது இழக்கும் வெப்பத்தின் அளவானது மூன்று காரணிகளால் நிர்ணயிக்கப்படுகிறது.

• பொருளின் நிறை

• பொருளின் வெப்பநிலையில் ஏற்படும் மாற்றம்

• பொருளின் தன்மை

ஒவ்வொரு பொருளும் ஒரு குறிப்பிட்ட வெப்பநிலையை அடைவதற்கு அவற்றிற்கு வெவ்வேறு அளவு வெப்ப ஆற்றல் தேவைப்படுகிறது. இது அப்பொருளின் வெப்ப ஏற்புத்திறன் என்று அழைக்கப்படுகிறது.

ஒரு பொருளின் வெப்பநிலையை 1°C அல்லது 1K உயர்த்தத் தேவைப்படும் வெப்ப ஆற்றலின் அளவு அப்பொருளின் வெப்ப ஏற்புத்திறன் என வரையறுக்கப்படுகிறது.

இது C' என்ற எழுத்தால் குறிப்பிடப்படுகிற்று. வெப்ப ஏற்புத்திறன்,

C'= தேவைப்படும் வெப்ப ஆற்றலின் அளவு (Q) / வெப்பநிலை உயர்வு (AT)

C' = Q/ΔΤ

வெப்ப ஏற்புத்திறனின் அலகு கலோரி / °C. இதன் SI அலகு JK ஆகும்.

-பிற பொருள்களை விட நீர் அதிக அளவு வெப்ப ஏற்புத் திறனைப் பெற்றுள்ளது. இதன் காரணமாகவே நீரானது பயன்படுத்தப்படுகிறது. குளிர்விப்பானாகப் 100 கிராம் எண்ணையைவிட 100 கிராம் தண்ணீர் அதிக அளவு வெப்பத்தை இழுத்துக் கொள்ள முடியும்.

கணக்கீடு 1

ஒரு உலோகத்தின் வெப்பநிலை 30°C ஆக உள்ளது. அதற்கு 3000 ) அளவுள்ள வெப்ப ஆற்றல் அளிக்கப்படும்போது அதன் வெப்பநிலை 40° C ஆக உயர்கிறது எனில், அதன் வெப்ப எற்புத்திறனைக் கணக்கிடுக.

தீர்வு

வெப்ப ஏற்புத்திறன், C' = Q / AT

இங்கு,Q=3000 J

AT = 40°C - 30°C = 10°C அல்லது 10 K

எனவே, C' = 3000 / 10 = 300 JK^-1

உலோகப் பந்தின் வெப்ப ஏற்புத்திறன் 300 JK^-1 ஆகும்.

கணக்கீடு 2

ஒரு இரும்புப் பந்தின் வெப்பநிலையை IK உயர்த்துவதற்கு 500JK வெட்பம் தேவைப்படுகிறது. அதன் வெப்பநிலையை 20K உயர்த்துவதற்குத் தேவையான வெப்ப ஆற்றலைக் கனக்கிடுக.

தீர்வு

வெப்ப ஏற்புத்திறன், C = Q / AT

Q = C' x AT

இங்கு, C' = 500 JK

AT = 20 K

Q = 500 x 20 = 10000 J.

தேவையான வெப்ப ஆற்றல் 10000 J ஆகும்.

4. தன் வெப்ப ஏற்புத்திறன்

ஓரலகு நிறையுடைய பொருளின் வெப்ப ஏற்புத்திறனே ஏற்புத்திறன் அப்பொருளின் தன் வெப்ப என அழைக்கப்படுகிறது. 1 கிலோகிராம் நிறையுள்ள பொருள் ஒன்றின் வெப்பநிலையை 1°C அல்லது 1K அளவு உயர்த்தத் தேவைப்படும் வெப்ப ஆற்றவின் அளவே அப்பொருளின் தன் வெப்ப ஏற்புத்திறன் என் வரையறுக்கப்படுகிறது. இது C என்ற எழுத்தாவ் குறிப்பிடப்படுகிறது.

தன் வெப்ப ஏற்புத்திறன்,

C = தேவைப்படும் வெப்ப ஆற்றலின் அளவு (Q) / நிறை (m) x வெப்பநிலை உயர்வு (AT)

C=Q/mx ∆T

இதன் SI அலகு J^-1 kgK^-1

கணக்கீடு 3

2 kg நிறையுள்ள நீரின் வெப்பநிலையை 60°C லிருந்து 70°C ஆக உயர்த்தத் தேவைப்படும் வெப்ப ஆற்றலின் அளவு 84000) எனில், நீரின் தன் வெப்ப ஏற்புத்திறனின் மதிப்பைக் கணக்கிடுக.

தீர்வு

தன் வெப்ப ஏற்புத்திறன், C = Q/ m x AT

இங்கு,Q = 84000 J

m =2kg

∆T = 70°C - 60° C = 10° C அல்லது 10 K

C = 84000 / 2x 10 = 4200 J^-1 kgK^-1

நீரின் தன் வெப்ப ஏற்புத்திறன் 4200 kgK^-1 k^-1 ஆகும்.

கணக்கீடு 4

ஒரு உலோகத்தின் தன் வெப்ப ஏற்புத்திறனின் மதிப்பு 160 J^-1 kgK^-1 500கிராம் நிறையுள்ள உலோகத்தின் வெப்பநிலையை 125°C லிருந்து 325°C ஆக உயர்த்தத் தேவைப்படும் வெப்ப ஆற்றலின் மதிப்பைக் கணக்கிடுக.

தீர்வு

தன் வெப்ப ஏற்புத்திறன், C =Q/mX AT

Q=Cx mx AT

இங்கு, C = 160 Jkg K^-1

m = 500 g = 0.5kg

∆T=325°C-125°C = 200°C அல்லது 200 K

எனவே, = 160 × 0.5 × 200 = 16000J

தேவைப்படும் வெப்ப ஆற்றலின் மதிப்பு = 16000 J.