Calorimetry MCQ Quiz in हिन्दी - Objective Question with Answer for Calorimetry - मुफ्त [PDF] डाउनलोड करें

सिद्धांत:

ऊष्मा स्थानांतरण और विशिष्ट ऊष्मा धारिता:

• जब समान द्रव्यमान के दो द्रवों को मिलाया जाता है, तो गर्म द्रव द्वारा खोई गई ऊष्मा ठंडे द्रव द्वारा प्राप्त ऊष्मा के बराबर होती है।
• ऊष्मा स्थानांतरण का सूत्र है:
  Q = mcΔT,
  जहाँ:
  Q = स्थानांतरित ऊष्मा (J),
  m = पदार्थ का द्रव्यमान (kg),
  c = विशिष्ट ऊष्मा धारिता (J/kg°C),
  ΔT = तापमान में परिवर्तन (°C).
• दो द्रवों A और B के मिश्रण के लिए, समीकरण इस प्रकार दी जाती है:
  m × c_A × (T_{अंतिम} - T_A) = m × c_B × (T_B - T_{अंतिम})
• अन्य मिश्रणों पर समान समीकरणों को लागू करके, हम द्रवों A, B और C की विशिष्ट ऊष्मा धारिताओं के अनुपात की गणना कर सकते हैं।

गणना:

दिया गया है,

द्रव A का तापमान, T_A = 15°C

द्रव B का तापमान, T_B = 24°C

द्रव C का तापमान, T_C = 30°C

जब द्रव A और B को मिलाया जाता है, तो अंतिम तापमान, T_AB = 20°C

जब द्रव B और C को मिलाया जाता है, तो अंतिम तापमान, T_BC = 26°C

मान लीजिये कि द्रवों A, B और C की विशिष्ट ऊष्मा धारिताएँ क्रमशः c_A, c_B और c_C हैं।

A और B के मिश्रण के लिए:

ऊष्मा संतुलन समीकरण का उपयोग करके:
m × c_A × (T_AB - T_A) = m × c_B × (T_B - T_AB)

m × c_A × (20 - 15) = m × c_B × (24 - 20)

c_A × 5 = c_B × 4

c_A / c_B = 4 / 5

B और C के मिश्रण के लिए:

ऊष्मा संतुलन समीकरण का उपयोग करने पर:
m × c_B × (T_BC - T_B) = m × c_C × (T_C - T_BC)

m × c_B × (26 - 24) = m × c_C × (30 - 26)

c_B × 2 = c_C × 4

c_B / c_C = 4 / 2 = 2

दोनों समीकरणों से:

c_A / c_B = 4 / 5

c_B / c_C = 2

दूसरे समीकरण से c_B को पहले समीकरण में प्रतिस्थापित करने पर:

c_A / (c_C / 2) = 4 / 5

c_A × 2 / c_C = 4 / 5

c_A / c_C = 2 / 5

अब, हमारे पास निम्नलिखित अनुपात हैं:

c_A / c_B = 4 / 5

c_B / c_C = 2

c_A / c_C = 2 / 5

इसलिए, द्रवों A, B और C की विशिष्ट ऊष्मा धारिताओं का अनुपात है:

c_A : c_B : c_C = 8 : 10 : 5

∴ द्रवों A, B और C की विशिष्ट ऊष्मा धारिताओं का अनुपात 8:10:5 है।
इसलिए, सही विकल्प 2) 8:10:5 है।

गणना:

⇒ mL = ΔQ = msΔT

\(\Rightarrow m=\frac{5 \times 0.39 \times 10^3 \times 500}{335}\)

⇒ m = 2.9 kg

∴ पिघलने वाली बर्फ की अधिकतम मात्रा लगभग 2.9 kg है,

संकल्पना:

कैलोरीमिति:

• अपनी अवस्थाओं में परिवर्तन से जुड़े ऊष्मा हस्तांतरण की गणना करने के लिए किसी निकाय के राज्य चर में परिवर्तन को मापने का कार्य या विज्ञान, जैसे भौतिक परिवर्तन या विशिष्ट परिस्थितियों में चरण संक्रमण, कैलोरीमिति के रूप में जाना जाता है।
• कैलोरीमीटर की सहायता से कैलोरीमिति की जाती है।

कैलोरीमिति सिद्धांत:

• जब अलग-अलग तापमान के दो पिंडों को एक-दूसरे के साथ भौतिक संपर्क में रखा जाता है, तो ऊष्मा को उच्च तापमान वाले पिंड से कम तापमान वाले पिंड में तब तक स्थानांतरित किया जाता है, जब तक कि उनके बीच थर्मल संतुलन प्राप्त नहीं हो जाता।

• उच्च तापमान पर निकाय ऊष्मा त्यागता है, जबकि कम तापमान पर निकाय ऊष्मा को अवशोषित करता है।
• कैलोरीमिति का सिद्धांत संरक्षण ऊर्जा के नियम को इंगित करता है अर्थात गर्म निकाय द्वारा खोई गई कुल ऊष्मा ठंडे निकाय द्वारा प्राप्त कुल ऊष्मा के बराबर होती है।
• ऊष्मा हानि = ऊष्मा लब्धि 
• निकाय में ऊष्मा हस्तांतरण की गणना सूत्र का उपयोग करके की जाती है, Q = mcΔT, जहाँ Q = ऊष्मा हस्तांतरण की माप, m = निकाय का द्रव्यमान, c  = निकाय की विशिष्ट ऊष्मा, Δt = तापमान में परिवर्तन। 

गणना:

दिया गया है,

बर्फ का द्रव्यमान m = 500 g

जल के लिए संगलन की गुप्त ऊष्मा, L = 80 कैलोरी/ग्राम

बर्फ पर तापमान, T_i = 0ºC

जल का द्रव्यमान, M= 500 ग्राम

जल का तापमान, T_w = 80ºC

मान लीजिए कि पूरी बर्फ पिघल जाती है और अंतिम तापमान T है।

समस्त बर्फ को पिघलाने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा = mL

संतुलन तापमान T तक पहुँचने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा = mc Δ T = mc (T - 0)

80ºC से T तक पहुँचने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा

=   Mc Δ T = Mc ( 80ºC - T)

कैलोरीमिति के सिद्धांत से,

mL +  mc (T - 0) = Mc ( 80ºC - T)

500 × 80 + 500 × 1 × T = 500 × 1 ( 80 - T)

80 + T = 80 - T

T = 0ºC

इसलिए, मिश्रण का अंतिम तापमान 0ºC है।

संकल्पना:

द्रव द्वारा ऊष्मा का लाभ या हानि निम्न रूप में दी जाती है

\(Q = mcdT\)

जहाँ Q ऊष्मा लाभ या हानि है, m द्रव का द्रव्यमान है, c विशिष्ट ऊष्मा स्थिरांक है और dT तापमान में परिवर्तन है।

गणना:

दिया गया है:

m_i = 4 kg, T_i = - 20°C = - 20 + 273 = 253 K, m_w = 4 kg, T_w = 30°C = 30 + 273 = 303 K, c_w = 1 cal/g°C, c_i = 0.5 cal/g°C, L = 80 cal/g  

30°C से 0°C तक जल द्वारा खोई गई ऊष्मा है

\(Q_w = mcdT = 4\times 1\times (30-0) = 120 \) kcal

0°C से नीचे के जल से बर्फ द्वारा प्राप्त ऊष्मा है,

\(Q_i = 4\times 0.5\times (20-0) = 40\) kcal 

शेष ऊष्मा है

Q = Q_w - Q_i   

Q = 120 - 40 = 80 kcal

पिघली हुई बर्फ का द्रव्यमान है,

\(m' = \frac{Q}{L} = \frac{80}{80} = 1 \ kg\)

मिश्रण का तापमान 0°C हो जाएगा,

पानी का द्रव्यमान  = 4 + 1 = 5 kg

बर्फ का द्रव्यमान = 4 -1 = 3 kg  

संकल्पना:

ऊँचाई (h) पर बर्फ के टुकड़े की गुरुत्वाकर्षण स्थितिज ऊर्जा = mgh

बर्फ द्वारा अवशोषित ऊष्मा पूरी तरह से पिघल जाती है

\(\rm Δ Q=\frac{1}{4}\) mgh       .......... (i)

साथ ही, Δ Q = mL      ...........(ii)

(i) और (ii) समीकरण से, 

⇒ \(\rm mL=\frac{1}{4}mgh\) 

या, \(\rm h=\frac{4L}{g}\)

गणना:

दिया है:

यहाँ L = 3.4 × 105 J kg-1, g = 10 N kg-1

∴ \(\rm h=\frac{4×3.4×10^5}{10}\) 

⇒ h = 4 × 34 × 10³ 

⇒ h = 136 km

व्याख्या:

उष्मामिति

• उष्मामिति ऊष्मा के मापन का विज्ञान है। किसी पदार्थ की विशिष्ट ऊष्मा और गुप्त ऊष्मा के निर्धारण के लिए इसकी विधियों का उपयोग किया जाता है। यह विधि मूल आधार का उपयोग करती है कि जब अलग-अलग तापमान पर दो पिंडों को संपर्क में लाया जाता है, तो गर्म पिंड ऊष्मा खो देता है और ठंडा पिंड तब तक ऊष्मा प्राप्त करता है जब तक उनका तापमान बराबर नहीं हो जाता। इस प्रकार गर्म पिंड द्वारा खोई गई ऊष्मा ठंडे पिंड द्वारा प्राप्त ऊष्मा के बराबर होती है।
• हालाँकि, आपको याद रखना चाहिए कि भले ही ऊष्मा का आदान-प्रदान बराबर हो, लेकिन तापमान परिवर्तन अलग-अलग होते हैं। यहां याद रखने वाली एक और महत्वपूर्ण बात यह है कि जब दो पिंड एक साथ लाए जाते हैं तो उनका अंतिम तापमान हमेशा ठंडे पिंड के तापमान से अधिक (या उसके बराबर) होगा और गर्म पिंड के तापमान से हमेशा कम (या उसके बराबर) होगा।
• 100°C पर प्रति ग्राम भाप की ऊष्मा सामग्री 100°C पर प्रति ग्राम पानी की ऊष्मा सामग्री से अधिक होती है।
• ऐसा इसलिए है क्योंकि पानी को भाप में बदलने के लिए दी गई ऊष्मा ऊर्जा भाप द्वारा बरकरार रहती है।
• किसी एक पिंड की ऊष्मा का योग हमेशा ऊष्मा की कुल मात्रा के बराबर होगा जब तक कि ऊष्मा ऊर्जा को ऊर्जा के दूसरे रूप में परिवर्तित नहीं किया जाता है।
• इसलिए, यहाँ विकल्प 4 गलत है क्योंकि यह पूरी तरह से नहीं दिया गया है।

संकल्पना:

• विशिष्ट ऊष्मा धारिता किसी पदार्थ के तापमान को प्रति इकाई द्रव्यमान में एक इकाई तक बढ़ाने के लिए आवश्यक ऊष्मा ऊर्जा की मात्रा है।
• किसी पदार्थ की विशिष्ट ऊष्मा धारिता एक भौतिक गुण है।
• यह एक विस्तारी गुण का एक उदाहरण भी है क्योंकि इसका मान जांच की जा रही निकाय के आकार के समानुपाती होता है।
• द्रव्यमान m के पदार्थ द्वारा प्राप्त ऊष्मा,

Q = mc ΔT      ....(1)

जहाँ, m = द्रव्यमान, c = पदार्थ की विशिष्ट ऊष्मा धारिता, ΔT = बढ़ा हुआ तापमान

गणना:

दिया है: ΔT = 25°C  - 15°C, = 10°C, c = 400 J/(kg °C, Q = 20 kJ

• समीकरण 1 का उपयोग करने पर,

⇒ 20000 = m × 400 × 10 

⇒ m  = 5 kg

तो, सही उत्तर विकल्प 4 है।

अवधारणा:

• उष्मामितिके लिए ऊष्मा को मापने के लिए जिस उपकरण का उपयोग किया जाता है उसे कैलोरीमीटर कहते हैं।
• कैलोरीमीटर में एक धातु का पात्र होता है जो उस सामग्री बना होता है जो विद्युत के अच्छे संवाहक होते है जैसे तांबा और एल्यूमीनियम।
• इसका उपयोग किसी पिंड के तापीय परिवर्तनों को मापने के लिए किया जाता है।

व्याख्या:

जैसा कि ऊपर वर्णित है, एक कैलोरीमीटर एक उपकरण है जिसका उपयोग तापमान में अंतर के कारण मिश्रक विधि या ऊष्मा प्रवाह द्वारा ऊष्मा की मात्रा को मापने के लिए किया जाता है।

 एक कैलोरीमीटर में जब गर्म ठोस / तरल पदार्थ ठंडे (ठोस / तरल पदार्थ) के साथ मिलाया जाता है, तो इस कारण से ऊष्मा स्थानांतरण तब तक होता है जब तक कि दोनों पदार्थ एक ही समय में एक ही तापमान पर नहीं पहुंचते, कैलोरीमीटर भी एक ही तापमान पर पहुंच जाता है।

इस प्रकार, मिश्रण के नियम द्वारा-

ठोस/तरल द्वारा ऊष्मा का नुकसान = ठोस/तरल पदार्थ द्वारा अवशोषित ऊष्मा + कैलोरीमीटर द्वारा अवशोषित ऊष्मा ।

अवधारणा:

गुप्त ऊष्मा

• बिना तापमान को बदले किसी पदार्थ के इकाई द्रव्यमान की स्थिति को बदलने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा है अर्थात, हम कह सकते हैं कि अवस्था को बदलने के लिए आपूर्ति की गई आवश्यक ऊष्मा पदार्थ के द्रव्यमान m के समान आनुपातिक होगी।

Q ∝ m

⇒ Q = mL

• गुप्त ऊष्मा की क्रमश: SI इकाई J/Kg और CGS इकाई Cal/g है।

गणना:

दिया गया है: Q = 2000 J और m = 80 g = 0.08 kg

• वाष्पीकरण की गुप्त ऊष्मा है-

⇒ Q = mL

\(\Rightarrow L = \frac{2000}{0.08}=25000 \, J/kg\)

⇒ L = 0.25 × 105 J/kg

अवधारणा :

• जब अलग-अलग तापमान के दो निकायों (अधिमानतः एक ठोस और एक द्रव) को एक दूसरे के साथ भौतिक संपर्क में रखा जाता है, तो ऊष्मा को उच्च तापमान वाले निकाय से निम्न तापमान वाले निकाय तब तक स्थानांतरित किया जाता है जब तक कि उनके बीच तापीय साम्यावस्था प्राप्त नहीं हो जाती है।
• कैलोरीमेट्री का सिद्धांत संरक्षण ऊर्जा के नियम को इंगित करता है अर्थात तप्त निकाय द्वारा खोई गई कुल ऊष्मा शीत निकाय द्वारा प्राप्त कुल ऊष्मा के बराबर है।

⇒ mA SA ΔTA = mB SB ΔTB

जहाँ mA, mB = निकाय A और निकाय B के द्रव्यमान, SA, SB = A और B की विशिष्ट ऊष्मा धारिताएँ और ΔTA, ΔTB = A और B का तापमान अंतर

गणना :

दिया गया - m_A = 600 ml, m_B = 250 ml, T_A = 60°C, और T_B = 26°C

• कैलोरीमेट्री के सिद्धांत के अनुसार,

द्रव A द्वारा खोई गई उष्मा = द्रव B द्वारा प्राप्त ऊष्मा

⇒ mA SW ΔTA = mB SW ΔTB

⇒ 600 (60 –T) = 250 (T – 26)

⇒ 720 - 12T = 5T - 130

⇒ 850 = 17T

⇒ T = 50° C

अवधारणा:

• उष्मामितिके लिए ऊष्मा को मापने के लिए जिस उपकरण का उपयोग किया जाता है उसे कैलोरीमीटर कहते हैं।
• कैलोरीमीटर में एक धातु का पात्र होता है जो उस सामग्री बना होता है जो विद्युत के अच्छे संवाहक होते है जैसे तांबा और एल्यूमीनियम।
• इसका उपयोग किसी पिंड के तापीय परिवर्तनों को मापने के लिए किया जाता है।

व्याख्या:

• एक कैलोरीमीटर का पात्र एक धातु सामग्री से बना है क्योंकि यह विद्युत का एक अच्छा चालक है।
• इस अच्छी चालन सामग्री के कारण, हम विद्युत तापक के माध्यम से ऊष्मा देने के लिए विद्युत का चालन कर सकते हैं। तो विकल्प 1 सही है।

अवधारणा:

• किसी सामग्री के द्रव्यमान के लिए उसके तापमान में परिवर्तन करने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा को उस सामग्री की ऊष्मा क्षमता कहा जाता है।

 Q = m S ∆T
जहां Q आवश्यक ऊष्मा है, ∆T तापमान में परिवर्तन है और m वस्तु का द्रव्यमान है।

तो ताप क्षमता (S) इस प्रकार होगी:

\({\rm{S}} = {\rm{}}\frac{Q}{{m\Delta T{\rm{}}}}\)

व्याख्या:

• यह दिया गया है कि दोनों वस्तु एक ही सामग्री से निर्मित हैं। तो उनकी ताप क्षमता (S) समान होगी।
• यह भी दिया गया है कि दोनों वस्तुओं के लिए तापमान वृद्धि (T) समान है

दिया गया है;

A का द्रव्यमान (mA) = 2 kg, B का द्रव्यमान (mB) = 4 kg और दोनों वस्तुओं के लिए तापमान वृद्धि (T) समान है;

• A द्वारा अवशोषित ऊष्मा

⇒ QA = mA S Δ T = 2 × S × Δ T = 2 S Δ T

• B  द्वारा अवशोषित ऊष्मा

⇒ QB) = mB S Δ T = 4 × S × Δ T = 4 S Δ T = 2 × A द्वारा अवशोषित ऊष्मा (QA)

• इस प्रकार B द्वारा अवशोषित ऊष्मा A की तुलना में दोगुनी है क्योंकि द्रव्यमान दोगुना है। तो विकल्प 1 सही है।

अवधारणा :

• ऊष्मा ऊर्जा का एक रूप है जो अपेक्षाकृत गर्म वस्तु से अपेक्षाकृत अधिक ठंडी वस्तु तक बहती है।
• विशिष्ट ऊष्मा: एक इकाई °C द्वारा एक इकाई द्रव्यमान के तापमान को बढ़ाने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा को सामग्री की विशिष्ट ऊष्मा कहा जाता है।

द्रव्यमान के तापमान को बदलने के लिए आवश्यक या लुप्त ऊष्मा:

Q = msΔT

जहां Q आवश्यक ऊष्मा, m वस्तु का द्रव्यमान है और s सामग्री की विशिष्ट ऊष्मा है और ΔT तापमान में परिवर्तन है।

गणना:

दिया हुआ है कि V1 = 0.1 m3; T1 = 80 °C; V2 = 0.3 m3; T2 = 60 °C

कैलोरीमेट्री के सिद्धांत के अनुसार
लुप्त ऊष्मा = प्राप्त ऊष्मा

माना कि मिश्रण के बाद मिश्रण का तापमान T है

m1sΔT1 = m2sΔT2

(dV1) s (80 - T) = (dV2) s (T - 60)

0.1 (80 - T) = 0.3 (T - 60)

T = 65°C

तो सही उत्तर विकल्प 4 है।

अवधारणा:

• वाष्पीकरण की गुप्त ऊष्मा: यह गैसीय अवस्था में क्वथन बिन्दु पर 1 kg द्रव्यमान को इसकी तरल अवस्था में पदार्थ के 1 kg मे बदलने के लिए आवश्यक ऊष्मा है।

Q = mL​

जहां Q = ऊष्मा की मात्रा और m = सामग्री का आयतन

• यह अवमुक्त की गई तापीय ऊर्जा की मात्रा है जब 1kg वाष्प 1 kg तरल में बदलता है।

• अपने सामान्य क्वथनांक या संघनन तापमान (100 °C) पर पानी के लिए, वाष्पीकरण की गुप्त ऊष्मा (भाप की गुप्त ऊष्मा)

गणना:

दिया गया है:

इथाइल अल्कोहल का द्रव्यमान (m) = 20 g = 0.02 kg और इथाइल अल्कोहल की वाष्पीकरण की गुप्त ऊष्मा: (L) = 8.5 x 105 J/kg

• अपने क्वथनांक पर रखे गए इथाइल अल्कोहल के 20 gm को वाष्पीकृत करने के लिए आवश्यक ऊष्मा होगी-

⇒ Q = mL

⇒ Q = 0.02 × 8.5 x 105 

⇒ Q = 0.17 x 105 J

⇒ Q = 17000 J

दिया गया है:

तांबे के गुटके का द्रव्यमान (mCu) = 3 kg

भट्टी का तापमान (Tf) = 450° C 

तांबे की विशिष्ट ऊष्मा (sCu)= 0.39 Jg-1K-1

बर्फ के संलयन की गुप्त ऊष्मा (Lf) = 335 Jg-1

संकल्पना:

ऊष्मा तब तक प्रवाहित होती है जब तक कि दोनों निकायों का तापमान समान न हो जाए।

अधिकतम बर्फ पिघलेगी यदि कॉपर ब्लॉक द्वारा दी गई ऊष्मा का उपयोग केवल बर्फ को पिघलाने में किया जाता है लेकिन इसका तापमान नहीं बढ़ाया जाता है।

कॉपर ब्लॉक का तापमान भट्ठी के तापमान तक बढ़ जाएगा

∴ TCu = 450° C 

अंतिम तापमान T_{अंतिम} = 0° C

सूत्र:

उष्मामिति के सिद्धांत से:

गर्म निकाय द्वारा दी गई ऊष्मा = ठंडे निकाय द्वारा प्राप्त ऊष्मा

या इस मामले में,

कॉपर ब्लॉक द्वारा दी गई ऊष्मा = बर्फ के ब्लॉक द्वारा प्राप्त ऊष्मा

⇒ mCusCu(TCu - Tfinal) = miceLf

गणना:

mCusCu(TCu - Tfinal) = miceLf

⇒ mice = mCusCu(TCu - Tfinal)/Lf

⇒ mice = 3 × 0.39 × (450 - 0)/335

⇒ mice ≈ 1.57 kg