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

सिद्धांत:

न्यूटन का शीतलन नियम

व्याख्या:

न्यूटन का शीतलन नियम कहता है कि किसी वस्तु के तापमान में परिवर्तन की दर वस्तु और उसके परिवेश के बीच तापमान के अंतर के समानुपाती होती है। यह नियम आमतौर पर उन स्थितियों पर लागू होता है जहाँ कोई वस्तु अपने परिवेश के साथ तापमान अंतर की उपस्थिति में ठंडी या गर्म हो रही होती है।

1. पानी से भरे गिलास में बर्फ पिघल रही है:
   • बर्फ का पिघलना अधिकतर प्रावस्था परिवर्तन और गुप्त ऊष्मा के अवशोषण से संबंधित है, न कि साधारण शीतलन या तापन से, और इस प्रकार न्यूटन का शीतलन नियम सीधे लागू नहीं होता है।
2. एक खुले बर्तन में पानी उबल रहा है:
   • पानी के उबलने में प्रावस्था परिवर्तन और वाष्पीकरण शामिल है, जिसमें गुप्त ऊष्मा का अवशोषण शामिल है और यह केवल एक साधारण शीतलन या तापन प्रक्रिया नहीं है। इस प्रकार, न्यूटन का शीतलन नियम सीधे लागू नहीं होता है।
3. एक धातु की छड़ को भट्टी में गर्म किया जा रहा है:
   • जबकि भट्टी में गर्म करने में ऊष्मा स्थानांतरण शामिल है, यह आमतौर पर उच्च तापमान पर किया जाता है और इसमें साधारण शीतलन या कमरे के तापमान पर गर्म करने से परे विभिन्न ऊष्मा स्थानांतरण तंत्र शामिल हो सकते हैं। इस प्रकार, न्यूटन का शीतलन नियम आमतौर पर यहां लागू नहीं होता है।
4. एक कप कॉफी को मेज पर ठंडा होने दिया जाता है:
   • यह स्थिति न्यूटन के शीतलन नियम का एक उत्कृष्ट उदाहरण है, जहाँ कॉफी आसपास की हवा में ऊष्मा स्थानांतरित करके ठंडी होती है। शीतलन की दर कॉफी और परिवेश के बीच तापमान अंतर के समानुपाती होती है।

इसलिए, वह स्थिति जहाँ न्यूटन का शीतलन नियम लागू होता है, है: (2) केवल 4।

संप्रत्यय:

ऊष्मा

• ऊष्मा ऊर्जा का एक रूप है जो विभिन्न तापमानों वाले तंत्रों या वस्तुओं के बीच स्थानांतरित होती है (गति में तापीय ऊर्जा)।
• यह हमेशा गर्म वस्तु से ठंडी वस्तु की ओर प्रवाहित होती है, जब तक कि तापीय साम्यावस्था प्राप्त नहीं हो जाती।
• ऊष्मा की SI इकाई जूल (J) है, लेकिन इसे आमतौर पर कैलोरी (cal) में भी मापा जाता है।

व्याख्या:

• दिए गए विकल्पों में से:
  • विकल्प 1: "ऊर्जा का एक रूप से दूसरे रूप में परिवर्तन" ऊष्मा के लिए विशिष्ट नहीं है, क्योंकि यह सामान्य रूप से ऊर्जा पर लागू होता है।
  • विकल्प 2: "तापमान अंतर के कारण ऊर्जा का द्रव्यमान में और इसके विपरीत रूपांतरण" एक सापेक्षतावादी अवधारणा (E=mc²) को संदर्भित करता है, न कि ऊष्मा स्थानांतरण को।
  • विकल्प 3: "तापमान अंतर के कारण ऊर्जा का स्थानांतरण" ऊष्मा का सही वर्णन करता है।
  • विकल्प 4: "तापमान के साथ किसी पदार्थ के आयतन में परिवर्तन" तापीय प्रसार को संदर्भित करता है, न कि स्वयं ऊष्मा को।

इसलिए, दिए गए विकल्पों में से ऊष्मा की सबसे अच्छी परिभाषा है तापमान अंतर के कारण ऊर्जा का स्थानांतरण।

प्रयुक्त अवधारणा:

किसी सतह की उत्सर्जनता (e) उसके परावर्तन (r) और अवशोषकता (a) से संबंधित होती है, जो किरचॉफ के विकिरण नियम पर आधारित है:

e = a

चूँकि ऊर्जा संरक्षण लागू होता है, हम संबंध का उपयोग करते हैं:

r + a = 1

जहाँ:

r = सतह की परावर्तनता

a = सतह की अवशोषकता

e = सतह की उत्सर्जनता

गणना:

यह दिया गया है कि सतह की परावर्तनता r = 0.7 है, हम उत्सर्जनता की गणना करते हैं:

⇒ a = 1 - r

⇒ a = 1 - 0.7

⇒ a = 0.3

किरचॉफ के नियम से:

⇒ e = a = 0.3

कॉलम-3 को देखते हुए, 0.3 के लिए संगत मान (R) है।

कॉलम-1 और कॉलम-2 से, किरचॉफ का नियम बताता है कि:

⇒ तापीय साम्यावस्था में अवशोषकता उत्सर्जनता के बराबर होती है → (III) (iii)

इस प्रकार, सही मिलान (III) (iii) (R) है।

सही विकल्प: विकल्प 4

गणना:

\(\mathrm{R}_{1}=\frac{2 \mathrm{~L}}{\mathrm{~K}_{1} \mathrm{~A}}\)

\(\mathrm{R}_{2}=\frac{2 \mathrm{~L}}{\mathrm{~K}_{2} \mathrm{~A}}\)

\(\mathrm{R}_{3}=\frac{\mathrm{L}}{\mathrm{~K}_{3} \mathrm{~A}}\)

\(\frac{θ-100}{\frac{\mathrm{R}_{1} \mathrm{R}_{2}}{\mathrm{R}_{1}+\mathrm{R}_{2}}}+\frac{θ-0}{\mathrm{R}_{3}}=0\)

∴ θ = 40

गणना:

हम जानते हैं कि

\(\frac{\mathrm{d} \theta}{\mathrm{dt}}=\sigma \mathrm{eAT}^{4} \Rightarrow \mathrm{P} \propto \mathrm{AT}^{4}\)

\(\frac{\mathrm{P}_{\text {smaller }}}{\mathrm{P}_{\text {larger }}}=\frac{(0.2)^{2} \times 800^{4}}{(0.8)^{2} \times 400^{4}}\)

\(\frac{1}{16} \times 16=1\)

∴ P_बड़ी = P_छोटी

धारणा:

• ऊष्मा स्थानांतरण: तापमान अंतर के कारण पदार्थ में एक स्थान से दूसरे स्थान पर ऊष्मा का स्थानांतरण होता है। 

• वाष्पीकरण: इस प्रक्रिया में तरल पदार्थ ऊष्मा और दबाव के कारण ऊपर की सतह पर गैसीय अवस्था में परिवर्तित हो जाता है।
• संघनन: इस प्रक्रिया में किसी वस्तु का गैसीय चरण दबाव और तापमान के कारण तरल रूप में परिवर्तित हो जाता है।

स्पष्टीकरण:

• एक बार बर्तन के निचले अणु गर्म हो जाते हैं, ऊपर आते हैं।

• और ऊपरी अणु भारी होते हैं इसलिए गुरुत्वाकर्षण के कारण नीचे चले जाते हैं।

• यह चक्रीय प्रक्रिया तापन के समय जारी रहती है।

एक तरल पदार्थ को बर्तन में गर्म करते समय संवहन होता है।

• ऊर्जा के अच्छे अवशोषक ऊर्जा के अच्छे उत्सर्जक होते हैं।

Key Points

• संकल्पना
  • तथ्य यह है कि 'ऊर्जा के अच्छे अवशोषक अच्छे उत्सर्जक होते हैं' किरचॉफ के विकिरण नियम पर आधारित है।
  • किरचॉफ के विकिरण नियम में कहा गया है कि किसी तापमान पर किसी पिंड के अवशोषण का गुणांक उसके उत्सर्जन के गुणांक के बराबर होता है।
• व्याख्या
  • एक काला शरीर ऊर्जा के अच्छे अवशोषक का उदाहरण है और साथ ही गर्मी का एक अच्छा उत्सर्जक है।
  • जिस आसानी से एक काला शरीर एक फोटॉन को अवशोषित कर सकता है वह उत्सर्जन की व्युत्क्रम प्रक्रिया है।
  • यह पूरा चक्र EM क्षेत्र से जुड़े संक्रमणों की संख्या के कारण होता है।

Additional Information

• किरचॉफ के विकिरण नियम का अनुप्रयोग:
  • रेत खुरदरा काला होता है, इसलिए यह एक अच्छा अवशोषक है और इसलिए रेगिस्तान में दिन बहुत गर्म होते हैं।
  • काली त्वचा वाले व्यक्ति को सफेद त्वचा वाले व्यक्ति की तुलना में अधिक गर्मी और ठंड का अनुभव होता है।
  • जब हरे रंग के ग्लास को भट्टी में गर्म किया जाता है और बाहर निकाला जाता है, तो यह लाल रंग की रोशनी से चमकता हुआ पाया जाता है, क्योंकि लाल और हरे रंग पूरक रंग हैं।

धारणा:

• ऊष्मा स्थानांतरण: तापमान अंतर के कारण पदार्थ में एक स्थान से दूसरे स्थान पर ऊष्मा का स्थानांतरण होता है। 

• वाष्पीकरण: इस प्रक्रिया में तरल पदार्थ ऊष्मा और दबाव के कारण ऊपर की सतह पर गैसीय अवस्था में परिवर्तित हो जाता है।
• संघनन: इस प्रक्रिया में किसी वस्तु का गैसीय चरण दबाव और तापमान के कारण तरल रूप में परिवर्तित हो जाता है।

स्पष्टीकरण:

• एक बार बर्तन के निचले अणु गर्म हो जाते हैं, ऊपर आते हैं।

• और ऊपरी अणु भारी होते हैं इसलिए गुरुत्वाकर्षण के कारण नीचे चले जाते हैं।

• यह चक्रीय प्रक्रिया तापन के समय जारी रहती है।

 जल आमतौर पर गर्म करते समय संवहन होता है।

व्याख्या:

• ऑक्सीजन की उपस्थिति में, उच्च तापमान के परिणामस्वरूप प्रकाश बल्ब का तंतु जल जाएगा। इसलिए बिजली के बल्ब में निर्वात बनाए रखा जाता है।
• चूंकि बिजली बल्ब में कोई माध्यम मौजूद नहीं है, इसलिए ऊष्मा स्थानांतरण विकिरण द्वारा होता है क्योंकि चालन और संवहन को ऊष्मा स्थानांतरित करने के लिए एक सामग्री माध्यम की आवश्यकता होती है।
• इसलिए, विकल्प 3 सही है।

संकल्पना:

• गुरुत्वाकर्षण के अभाव में भारहीनता का अनुभव होता है।
• पदार्थ के माध्यम से ऊष्मा का स्थानांतरण तीन रूपों में होता है

1. चालन
2. संवहन
3. विकिरण 

.

व्याख्या:

• भारहीनता में अणुओं के बीच कोई अन्योन्य क्रिया नहीं होती है।
• संवहन: संवहन में, गुरुत्वाकर्षण एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।
• जब तरल गर्म होता है तो निचले अणुओं का घनत्व कम हो जाता है।
• अधिक सघन अणु नीचे आते हैं।
• इस उदाहरण में, कोई गुरुत्वाकर्षण नहीं है इसलिए अणु इस गति को नहीं करेगा।
• विकिरण: यह विद्युत चुम्बकीय तरंग के रूप में उष्मीय ऊर्जा का स्थानांतरण है।
• ऊष्मा स्थानांतरित करने के लिए इसे माध्यम की आवश्यकता नहीं होती है।
• यहाँ ऊष्मा का संचरण चालन द्वारा होता है।
• बर्तन ऊष्मा का संचालन करेगा और इसे तरल में स्थानांतरित करेगा।
• चालन: इस प्रक्रिया में, पड़ोसी अणुओं में तापमान अंतर के कारण ऊष्मा स्थानांतरित होती है
• अतः विकल्प 1 सही है।

संकल्पना:

• एक स्थान से दूसरे स्थान तक ऊर्जा की गतिविधि को ऊर्जा स्थानांतरण कहा जाता है। ऊष्मा स्थानांतरण मुख्य रूप से तापमान अंतर के कारण होता है।
• ऊष्मा स्थानांतरण के तीन मोड निम्न हैं।

1. चालन: ठोस में ऊष्मा स्थानांतरण की वह विधि जहाँ ऊष्मा स्थानांतरण माध्यम कणों की गतिविधि के बिना होता है, चालन कहलाता है। उदाहरण के लिए: धातु के रॉड के एक छोर को गर्म करने पर हम दूसरे छोर पर गर्मी का अनुभव कर सकते हैं।
2. संवहन: तरल पदार्थो में ऊष्मा स्थानांतरण की वह विधि जहाँ ऊष्मा स्थानांतरण माध्यम के कणों की गतिविधि के कारण होता है, संवहन कहलाता है। उदाहरण के लिए: एक घड़े में पानी को गर्म करना।
3. विकिरण: ऊष्मा स्थानांतरण की वह विधि जहाँ ऊष्मा को माध्यम के कणों को प्रभावी किये बिना एक स्थान से दूसरे स्थान तक स्थानांतरित किया जाता है, विकिरण कहलाता है। उदाहरण के लिए: जब हम अपने हाथ को जलते हुए गैस चूल्हे के निकट रखते हैं, तो हम गर्मी का अनुभव कर सकते हैं। यह विकिरण के कारण होता है।

वर्णन:

• ऊपर से यह स्पष्ट है कि हस्तक्षेप माध्यम को गर्म किए बिना एक स्थान से दूसरे स्थान पर ताप के स्थानांतरण की प्रक्रिया को विकिरण कहा जाता है।
• यह निर्वात में भी संभव है उदा. सूर्य से निकलने वाली ऊष्मा विकिरण के माध्यम से पृथ्वी तक पहुँचती है। इसलिए विकल्प 3 सही है।

संकल्पना:

दो प्रणालियों के बीच ताप के स्थानांतरण के तीन तरीके हैं। वे चालन, संवहन और विकिरण हैं।

• चालन, गर्मी में ताप के स्थानांतरण की एक विधि है और कणों की गति के बिना ताप स्थानांतरित होती है।
• संवहन तरल पदार्थ (गैसों और तरल) में ताप के स्थानांतरण की एक विधि है और कणों की गति के कारण ताप स्थानांतरित होती है।
• विकिरण ताप के स्थानांतरण की एक विधि है जहाँ ताप के स्थानांतरण के माध्यम को प्रभावित किए बिना ताप एक स्थान से दूसरे स्थान तक स्थानांतरित की जाती है।

स्पष्टीकरण:

• दोनों एक ही तापमान पर कर रहे हैं, पर धातु अपनी ऊष्मा चालकता की वजह से लकड़ी से अधिक ठंडा होगा। धातु की ऊष्मा चालकता लकड़ी  तुलना में अधिक है।

धातु आपके हाथ में लकड़ी की तुलना में अधिक गर्मी  का संचालन करेगी।

लकड़ी की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता लोहे की तुलना में बहुत अधिक होती है। इसलिए धातु की तुलना में ठंडा या गर्म होने में समय लगता है।

अवधारणा:

घनत्व:

• किसी पदार्थ का घनत्व, उसका द्रव्यमान प्रति इकाई आयतन होता है।
• इसका अर्थ है कि घनत्व आयतन के व्युत्क्रमानुपाती होता है।
• घनत्व की SI इकाई kg/m3 है।

जल की विशिष्ट मात्रा और तापमान के बीच का आलेख:

• जल की दी गई मात्रा का आयतन 0°C से 4°C के बीच घट जाता है।
• जल को 0°C से गर्म करने पर आयतन कम होने लगता है क्योंकि गर्म करने से जल का घनत्व बढ़ जाता है।

व्याख्या:

• हालांकि गर्म करने पर तरल पदार्थ प्रसारित होते हैं, जल 0°C से 4°C के बीच प्रसारित नहीं होता है बल्कि यह सिकुड़ता है क्योंकि जल का घनत्व 4°C पर अधिकतम होता है।
• यह 4 डिग्री सेल्सियस से ऊपर प्रसारित होता है।
• इसलिए, जब जल का तापमान 0°C से 4°C तक बढ़ा दिया जाता है, तब जल की दी गई मात्रा का आयतन घट जाता है।

सही उत्तर विकल्प 2 है अर्थात दिन के दौरान।

Key Points

• एक समुद्री हवा या कोई भी हवा है जो बड़े पैमाने पर पानी के या एक भूस्खलन पर बहती है
• भूमि और पानी की असमान ताप दर के कारण समुद्री गर्मी, गर्मी के दिनों में होती है।
• दिन के दौरान, भूमि की सतह पानी की सतह की तुलना में अधिक तेजी से गर्म होती है, इसलिए भूमि पर एक उच्च तापमान और निम्न दबाव क्षेत्र बनाता है।
• हवा पानी के उच्च दबाव से हवा में उड़ती है जिससे समुद्र की हवा के कारण भूमि पर दबाव कम होता है।
• रात में, समुद्र के ऊपर की हवा अब जमीन पर हवा की तुलना में गर्म होती है। सूरज ढलने के बाद जमीन जल्दी से गर्म हो जाती है और ऊपर की हवा ठंडी हो जाती है

संकल्पना:

चालन:

• प्रत्यक्ष भौतिक संपर्क के माध्यम से ऊष्मा स्थानांतरण को चालन के रूप में जाना जाता है।
• ऊष्मा का एक सिरे से दूसरे सिरे तक स्थानांतरण चालन कहलाता है।
• चालन के माध्यम से ऊष्मा स्थानांतरण केवल लोहे, तांबे आदि जैसे ऊष्मा के संवाहकों में ही हो सकता है।
• लकड़ी, प्लास्टिक आदि जैसे अवरोधकों में ऊष्मा स्थानांतरण नहीं होता है।

विकिरण:

• जब विद्युतचुम्बकीय विकिरण का उत्सर्जन या अवशोषण ऊष्मा के स्थानांतरण के लिए होता है या जब ऊष्मा विद्युतचुम्बकीय तरंगों के रूप में स्थानांतरित होती है, तो उसे विकिरण के रूप में जाना जाता है। 
• विद्युतचुम्बकीय विकीकरण में माइक्रोवेव, रेडियो तरंग, अवरक्त तरंग, दृश्य प्रकाश, पराबैंगनी विकिरण, गामा किरण और X - किरण शामिल हैं। 
• इस विधि में किसी माध्यम की आवश्यकता नहीं होती है अतः इस विधि से सूर्य की ऊष्मा हम तक पहुँचती है।

संवहन 

• इसके अणुओं की गतिविधि द्वारा ऊष्मा स्थानांतरण होता है।
• यह केवल तरल पदार्थो (द्रव्य और गैस) में होता है, ना कि ठोस में क्योंकि ठोस कण एक स्थान से दूसरे स्थान तक गति नहीं कर सकते हैं।
• उदाहरण के लिए, स्टोव पर एक घड़े में उबलने वाला पानी या तड़ित वृष्टि में, जहाँ गर्म वायु बादल के आधार तक बढ़ जाती है।

निष्कर्ष

वह प्रक्रिया जिसके द्वारा किसी वस्तु के गर्म सिरे से ठंडे सिरे तक ऊष्मा का स्थानांतरण होता है, चालन कहलाती है।

संवहन में, ऊष्मा स्थानांतरण अणुओं के स्थानांतरण के माध्यम से होता है जबकि विकिरण विद्युत चुम्बकीय तरंगों के माध्यम से होता है।