उष्णता (Heat)
पदार्थ थंड आहे कि उष्ण
याची जाणीव करून देणाऱ्या राशीला उष्णता म्हणतात. उष्णता हे एक उर्जेचे स्वरूप
आहे.(Heat is
sort of energy).
उष्णतेमुळे खालील परिणाम होतात.
·
Change in size - आकारात बदल
·
Change in state - अवस्थेत बदल (उदा. घन अवस्थेतून द्रव, द्रव
अवस्थेतून वायू.)
·
Change in temperature - तापमान बदल
·
Change in structure/volume - आकारमान बदल
·
Change in physical properties - भौतिक गुणधर्मात बदल
Units of Heat – उष्णतेची एकके
1)
Calorie (कॅलरी) – वजनाच्या पाण्याचे
तापमान ने वाढवण्यास लागणाऱ्या उष्णतेस कॅलरी उष्णता म्हणतात.
किंवा
2)
B.THU (ब्रिटीश थर्मल युनिट) – 1
पौंड वजनाच्या पाण्याचे तापमान 
(एक अंश fharnet) ने वाढविण्यास लागणाऱ्या 1 B.THU उष्णतेस
म्हणतात.
(एक अंश fharnet) ने वाढविण्यास लागणाऱ्या 1 B.THU उष्णतेस
म्हणतात.
3)
C.H.U - 1 पौंड वजनाच्या पाण्याचे तापमान 
(एक अंश सेल्सियसने)
वाढवण्यास लागणाऱ्या उष्णतेस 1 C.H.U म्हणतात.
(एक अंश सेल्सियसने)
वाढवण्यास लागणाऱ्या उष्णतेस 1 C.H.U म्हणतात.
1
B.THU = 252 calories
1C.H.U.
= 453.6 calories
1
C.H.U = 
=
1.8 B.THU,
=
1.8 B.THU,
1
Kilo Calorie or 1 Kcal = 100 calories.
तापमान (Temperature) – उष्णतेची तिव्रता
मोजणाऱ्या संख्येस तापमान म्हणतात. याचे एकक अंश (Degree) असून याचे मापन करण्यास
तापमानाचा वापर करतात.
उष्णता व तापमान यातील फरक
|
उष्णता
|
तापमान
|
|
१.
हे एक उर्जेचे स्वरूप आहे. पदार्थ थंड किंवा उष्णता याची
जाणीव करून देते.
|
हे
पदार्थांच्या उष्णतेची तिव्रता दर्शिवते.
|
|
२.
एकक – कॅलरी (Calorie)
|
एकक
– अंश (Degree)
|
|
३.
उष्णता कॅलरी मीटरच्या सहायाने मोजतात.
|
तापमानाच्या (Thermometer) सहाय्याने मोजतात.
|
|
४.
दोन भिन्न उष्णतेचे पदार्थ एकत्र मिळल्यास मिश्रणाची एकूण
उष्णता त्यांच्या बेरजेने काढता येते.
|
दोन
भिन्न तापमानाचे पदार्थ एकत्र मिसळल्यास मिश्रणाचे एकूण तापमान त्यांच्या
बेरजेने काढता येत नाही
|
|
५.
तापमान बदल न करता पदार्थास उष्णता देऊन त्याची एकूण
उष्णता वाढविता येते.
|
दोन
भिन्न पदार्थांचे तापमान जरी सारखे असले तरी, त्यांची उष्णता सारखी असेलच असे
नाही.
|
Boiling Point (उत्कलन बिंदू)
ज्या तापमानास पदार्थाचे
बाष्पात/हवेत रुपांतर होते त्या तापमानास उत्कलन बिंदू म्हणतात.
Melting Point (विलय बिंदू)
ज्या तापमानास पदार्थ
वितळून द्रवात रुपांतर होते त्यास विलय बिंदू म्हणतात.
विशिष्ट उष्णता (Specific Heat)
एक एकक वस्तुमानाच्या
पदार्थाचे तापमान 
ने वाढविण्यास लागणारी उष्णता व एक एकक
वस्तुमानाच्या पाण्याचे तापमान ने वाढविण्यास लागणारी उष्णता यांच्या
गुणोत्तरास विशिष्ट उष्णता म्हणतात.
ने वाढविण्यास लागणारी उष्णता व एक एकक
वस्तुमानाच्या पाण्याचे तापमान ने वाढविण्यास लागणारी उष्णता यांच्या
गुणोत्तरास विशिष्ट उष्णता म्हणतात.
Specific
Heat of Water = 1
Specific
Heat of Aluminium = 0.22
Specific
Heat of Copper = 0.1
Specific
Heat of Iron = 0.12
उष्णता
शोषक अंक (Water
equivalent of heat)
1 gram वस्तुमानाच्या
पदार्थाचे तापमान ने वाढविण्यास जेवढी उष्णता द्यावी लागते
तेवढ्याच उष्णतेने
ने वाढविण्यास जेवढी उष्णता द्यावी लागते
तेवढ्याच उष्णतेने
ज्या
वस्तुमानाच्या (वजनाच्या) पाण्याचे तापमान ने वेगळे, पाण्याच्या त्या वस्तुमानास उष्णता
शोषक अंक म्हणतात.
ने वेगळे, पाण्याच्या त्या वस्तुमानास उष्णता
शोषक अंक म्हणतात.
पाण्याचा
उष्णता शोषक अंक = पदार्थाचे वस्तुमान x विशिष्ट उष्णता
Water
equivalent = Mass of substance x Specific heat
अप्रकट
उष्मा (गुप्त उष्णता)
तापमानात बदल न करता एक एकक वस्तुमानाच्या
पदार्थचे एका स्थितीतून दुसऱ्या स्थितीत रुपांतर होताना जी उष्णता घ्यावी किंवा
द्यावी लागते त्यास गुप्त उष्णता अथवा अप्रकट उष्मा म्हणतात.
बर्फाची
द्रवीभवनाची उष्णता (Latent
Heat of Fusion) – 80 कॅलरी.
तापमान
न बदलता म्हणजेच 
तापमानास बर्फ पाण्यात रुपांतरीत होण्यासाठी
वातावरणातून 80 कॅलरी एवढी उष्णता घेतो.
तापमानास बर्फ पाण्यात रुपांतरीत होण्यासाठी
वातावरणातून 80 कॅलरी एवढी उष्णता घेतो.
पाण्याच्या
बाष्पीभवनाची उष्णता (Latent
Heat of Vaporization) – 539.5 calorie/gm
तापमान
न बदलता म्हणजेच 
तापमानास 1gm वजनाचे पाणी वातावरणात 
एवढी सोडतो.
तापमानास 1gm वजनाचे पाणी वातावरणात एवढी सोडतो.
Mechanical equivalent of Heat
Mechanical
equivalent of Heat = 4186 joules
=
Derived
unit of Heat (उष्णतेचे साधित एकक) = joule (ज्युल)
किंवा
= 
joule/kg
joule/kg
Quantity
of Heat required to rise the temperature.
पदार्थचे
तापमान 
ने वाढविण्यास पदार्थास द्यावी लागणारी उष्णता
ने वाढविण्यास पदार्थास द्यावी लागणारी उष्णता
Q
= m x s x 
m
= पदार्थाचे वस्तुमान (mass)
m
= पदार्थाचे वस्तुमान (mass)
s
= विशिष्ट उष्णता (specific Heat)
= तापमानातील वाढ (rise in temp)
मिश्रणाची उष्णता (heat of Mixture)
(Interchange of Heat/देवाणघेवाण)
उष्ण थंड पदार्थ एकमेकांत मिसळल्यास
उष्ण पदार्थ उष्णता सोडते व थंड पदार्थ तो ग्रहण करतो. उष्णतेची हि देवाणघेवाण जो
पर्यंत मिश्रणाचे तापमान स्थिर होत नाही तोपर्यंत चालू राहते.
उष्ण
पदार्थाने सोडलेली उष्णता = थंड पदार्थाने ग्रहण केलेली उष्णता
(Heat lost by
substance) =
(Heat gained/received by substance)
M1.s1.t1 = m2.s2.t2
M1 x s1 x t1 = m2 x s2 x t2
M
= वस्तुमान (mass), s = विशिष्ट उष्णता (specific
Heat), t = तापमान (temperature)
उदाहरण
(example)
40
liter of water of 
is
poured in 80 liter of water of 
. Find temperature of mixture. Also find
heat of mixture.
is
poured in 80 liter of water of . Find temperature of mixture. Also find
heat of mixture.
१५ तापमान असलेले ४० लिटर पाणी, ६० तापमानाच्या ८० लिटर पण्यात मिसळले तर मिश्रणाचे
तापमान काढा. तसेच मिश्रणाची उष्णता काढा. (Specific Heat of water = 4.2kj/kg)
तापमान असलेले ४० लिटर पाणी, ६० तापमानाच्या ८० लिटर पण्यात मिसळले तर मिश्रणाचे
तापमान काढा. तसेच मिश्रणाची उष्णता काढा. (Specific Heat of water = 4.2kj/kg)
थंड
पाण्याने घेतलेली उष्णता = गरम पाण्याने सोडलेली उष्णता.
मिश्रणाचे
तापमान 
मानू.
मानू.
थंड
पण्याचे तापमान = 
म्हणून त्यांचे (x - 
एवढे वाढेल.
म्हणून त्यांचे (x - एवढे वाढेल.
गरम
पाण्याचे तापमान = 
म्हणून त्याचे तापमान 
एवढेच कमी होईल.
म्हणून त्याचे तापमान एवढेच कमी होईल.
आता
थंड पाण्याने घेतलेली उष्णता = गरम पाण्याने सोडलेली उष्णता
M1s1t1
= m2s2t2
40
x 4.2 x (x-15) = 80 x 4.2 x (60 – x)
40
x (x-15) = 2 x (60-x)
X
- 15 = 120-2x
3x
= 120 + 15
3x
= 135
X
= 
X
= 
Co-efficient
of linear expansion (रेखिय प्रसरण गुणक)
The
change in length per unit original length per degree change in temperature is
called co-efficient of linear expansion.
पदार्थाची वाढलेल्या लांबीचे –
पदार्थाची मुळ लांबी व वाढलेले तापमान यांच्याशी असलेल्या गुणोत्तरास रेखिय प्रसरण
गुणक म्हणतात.
l
= पदार्थाची मूळ लांबी - original length
L
= पदार्थाला उष्णता दिल्यास होणारी लांबी - (Change length
after heat)
= (L
– l) लांबीतील वाढ – Change in length
T1
= मूळ तापमान
T2
= नवीन तापमान/अंतिम तापमान
= तापमानातील वाढ 
= रेखिय प्रसरण गुणक - (co-efficient of linear expansion) = 
= 
= 
= 
= 
लांबीतील
वाढ = रेखिय प्रसरण गुणक x मूळ लांबी x तापमानातील वाढ
(Change
in length) = co-efficient of linear expansion x original length x change in
temperature
उदा.
A shaft 850 mm length is turned in
bet centers and a temperature rise is noted from 
to
. If the co-efficient of linear expansion
is 0.000012/. Determine the change in length.
to. If the co-efficient of linear expansion
is 0.000012/. Determine the change in length.
मूळ
लांबी = l = 850mm
तापमानातील
बदल = 
= 
= 
= =
रेखिय
प्रसरण गुणक = = 0.000012/
= 0.000012/
लांबीतील
वाढ =
= 0.000012 x 850 x 65
= 0.663
Heat
transmission (उष्णतेचे वहन)
३
प्रकारे होते.
1.
Conduction – वहन
2.
Convection – अभिसरण किंवा प्रापण
3.
Radiation – किरणोत्सर्जन
Conduction
is the name given to transmission of heat energy by
contact.
पदार्थ
हा कणांच्या समुच्चयाने बनला असून, त्यास उष्णता दिल्यास कणांचे प्रत्यक्ष
स्थलांतर न होता उष्णतेचे वहन एका टोकाकडून दुसऱ्या टोकाकडे होते.
उदा.
लोखंड सळईचे एक टोक तापविण्यास हळूहळू दुसऱ्या टोकापर्यंत उष्णतेचे वहन होते
व दुसरे टोक तापते.
धातू (Metals) – उष्णतेचे सुवाहक (good conductors of
heat)
अधातू (None - metal/insulators) – उष्णतेचे दुर्वाहक (bad conductors
of heat)
Convection
– अभिसरण/प्रापण
Convection
is the name given to transmission of heat energy by the up-word flow
द्रव पदार्थांना उष्णता दिल्यास
प्रत्यक्ष द्रव कणांच्या स्थलांतराने उष्णतेचे वहन होते.
द्रवास तळाकडे उष्णता दिल्यास ते उष्ण
होऊन हलके होतात व वरच्या पृष्ट्भागाकडे जाऊन थंड कणांची जागा व्यापतात व थंड कण
खाली येतात.
In
all liquids heat transmission is by mean of convection. म्हणजेच
सर्व द्रव पदार्थात उष्णतेचे वहन convection (अभिसरण)
पद्धतीने होते.
Radiation
– किरणोत्सर्जन
Heat
is transmitted from one object to the other in space without actually being in
contact by means of electromagnetic waves.
These
waves are similar to light waves & audio waves.
दोन पदार्थ एकमेकांशी सलग्न नसताना
म्हणजेच सान्निध्यात नसताना एका पदार्थापासून दुसऱ्या पदार्थाकडे उष्णतेचे वहन
इलेक्ट्रोमाग्नेटिक तरंगाच्याव्दारे अंतराळातून होते. यास किरणोत्सर्जन म्हणतात. हे तरंग किंवा लहरी
प्रकाश लहरी किंवा रेडीओ लहरीसारख्या असतात.
थोडक्यात उष्णतेच्या अशा वहनास
माध्यमाची आवश्यकता नसते.
उदा.
सूर्यापासून मिळणारी उष्णता.
Temperature
Seals (तापमापी/तपमापके)
Temperature
scales are calibrated between two fixed reference points namely the freezing
point & boiling point of water.
तापमापी
किंवा विविध तापमापके बनविताना पण्याचा गोठण बिंदू व उत्कलन बिंदू हे प्रमाण मानून
त्यामध्ये समान भाग पाडले जाऊन तापमापी बनवितात.
|
Scale (तापमापिचे ताव)
|
Freezing
Point (गोठण बिंदू)
|
Boiling Point (उत्कलन बिंदू)
|
|
Centigrade
 |
 |
 |
|
Fahrenheit
 |
 |
 |
|
Kelvin
 |
 |
 |
|
Reaumur
 |
 |
 |
परस्परातील
संबंध
वरील
तापमापीएवजी औद्योगिक क्षेत्रात उच्च तापमान मोजण्यास वेगवेगळ्या प्रकारचे तापमापी
वापरतात.
Thermometer
pyrometer a radiation pyrometers ई. प्रकारचे तापमापके आहेत.
Thermometer
–
यामध्ये पारा (Mercury)
किंवा alcohol याचा वापर करतात. कारण त्यांचे
सर्वत्र समान प्रसरण (Universal expansion) होते.
Pyrometer
–
Thermoelectric pyrometer is based on
the principle that the soldering point between the wires of different metals,
when heated a contact, voltage is generated.
थर्मोइलेक्ट्रिक
पाय्रोमिटर दोन भिन्न धातूंच्या युग्मापासून बनवितात.यासाठी वापरलेले धातू, Copper
& Constant/Platinum किंवा Platinum – Rhodium - 
पर्यंत तापमान मोजता येतो.
पर्यंत तापमान मोजता येतो.
Radiation
Pyrometer –
Radiation Pyrometer are used to
measure temperature of red hot metals upto 
एवढे उच्च तापमान मोजता येते.
एवढे उच्च तापमान मोजता येते.
Mechanical
Equivalent of Heat –
विशीष्ट मुल्याची
निर्माण करण्यासाठी, विशीष्ट कार्य होणे (करणे) आवश्यक आहे झालेले कार्य (W) व
निर्माण झालेली उष्णता (H) यांचे गुणोत्तर स्थिर असते.
To
produce certain amount of heat (H), a definite amount of work (W) must be done.
The ratio between the work done (W) & the heat produced (H) is constant.
Work
done Heat
Energy
Heat
Energy
W
= JH
J
= 
Here
J=constant, known as mechanical equivalent of heat. It is defined as the amount
of work done to produce unit quantity of head.
Mechanical
equivalent of heat (J) = 4.2 kj/kg
In
SI unit W=H, where J=1.
E.g.
– Heat produced by friction between two slides.
दोन
स्थायू (घन) पदार्थातील घर्षणाने निर्माण होणारी उष्णता.
|
Relation Between
Heat Energy & Mechanical Work
1B.TH.U. = 778 ft.
lbs. /work.
1C.H.U = 1400 ft. lbs./work
|
Relation between
Heat Energy & HP.
1Hp = 42.4
B.TH.U/min
= 23.5 CHU/min.
|
Absolute
Zero degree 
= 
= 
= =
Temperature
in degree or kelvin
Convert 1)
2)
3)
2) 3)
Formula 
R
1) 
R
R
R
2) 
R
R
R
3) 
R
R
R
4) 
R
R
R
Convert
Formula
1)
2)
3)
4)
Convert
1 
2 
Solution
1
= c + 273
300 = c + 273
C = 300 - 273 = 
Convert
Formula
1)
2)
3)
4)
Convert
1 
2 
Solution
2
= F + 460
487 = F + 460
F = 487 - 460 = 
Examples on
co-efficient of linear expansion – रेखिय प्रसरण गुणकावरील उदाहरणे
1) If 8 meter long
metal rod is heated from
, it produces elongation of 0.84mm. find
its co-efficient of linear expansion.
, it produces elongation of 0.84mm. find
its co-efficient of linear expansion.
8 m.
लांबीची सळई 
तापमानापासून 
तापमानापर्यंत तापविल्यास त्यात 0.84mm एवढी
लांबीची वाढ होते, तर रेखिय प्रसरण गुणक काढा.
तापमानापासून तापमानापर्यंत तापविल्यास त्यात 0.84mm एवढी
लांबीची वाढ होते, तर रेखिय प्रसरण गुणक काढा.
देलेले माहिती, मूळ
लांबी (l) = 8m तापमान 
= 30, 
= 80
= 30, = 80
लांबीतील वाढ 
= 0.84mm तापमानातील वाढ
=
80-30 = 
= 0.84mm तापमानातील वाढ =
80-30 =
सूत्र 
– येथे मूळ लांबी 8m = 8000mm
2) The length of rod is 100cm at 
at calculate co-efficient of linear expansion. 
तापमानास सळईची लांबी 100cm
असून तापमानास ती 100.14cm इतकी आहे.
तर रेखिय प्रसरण गुणक काढा.
at calculate co-efficient of linear expansion. तापमानास सळईची लांबी 100cm
असून तापमानास ती 100.14cm इतकी आहे.
तर रेखिय प्रसरण गुणक काढा.
लांबीतील वाढ = नवीन लांबी – मूळ लांबी
= 100.14 – 100
= 0.14 cm
तापमानातील वाढ = अंतिम तापमान – मूळ तापमान
= 100 – 30
= 
= 
= 
= 
Quantity of heat
required to raise the temperature or (thermal capacity) पदार्थचे
तापमान वाढविण्यास द्यावी लागणारी उष्णता – यावरील उदाहरणे.
1) Calculate the
heat required to raise the temperature of 50gm water from 
वजनाच्या पाण्याचे तापमान 
पर्यंत वाढविण्यास किती उष्णता द्यावी लागती?
वजनाच्या पाण्याचे तापमान पर्यंत वाढविण्यास किती उष्णता द्यावी लागती?
= m.s.t
(द्यावी
लागणारी उष्णता) = वस्तुमान x विशिष्ट
उष्णता x तापमानातील वाढ
= 50 x 1 x (20 – 0)
------(पाण्याची विड = 1)
= 50 x 20
= 1000 calorie
= 1Kcal
2) calculate the amount of heat required to raise the temperature of
one liter of water by
.
.
1 लिटर पाण्याचे तापमान 
ने वाढविण्यास द्यावी लागणारी
उष्णता काढा.
ने वाढविण्यास द्यावी लागणारी
उष्णता काढा.
Q=? m=mass (वस्तुमान) = 1 liter = 1kg = 1000gm s = specific heat of water = 1
T = rise (difference) in temperature =
Q = m s t
= 1 x 1 x 10
= 10 Kcal ------------- (1Kg =
1000gm, 1000 x 1 x 10 = 10,000 calorie = 10Kcal)
3) how much head is required to raise the temperature of copper vessel
of mass 0.05kg through 
. The specific
heat of copper is 390J/kg/. एका 0.05kg वजनाच्या तांब्याच्या भांड्याचे तापमान 
ने वाढविण्यास किती उष्णता द्यावी
लागेल? (तांब्याची विशिष्ट उष्णता = 390J/Kg/)
. The specific
heat of copper is 390J/kg/. एका 0.05kg वजनाच्या तांब्याच्या भांड्याचे तापमान ने वाढविण्यास किती उष्णता द्यावी
लागेल? (तांब्याची विशिष्ट उष्णता = 390J/Kg/)
M = वस्तुमान = 0.05kg
S = विशिष्ट उष्णता = 390J
T = तापमानातील वाढ =
Q = m s t
= 0.05 x 390 x 40
= 2 x 390
= 780 joule
या उदाहरणात तांब्याची विड हि (390J) Joule मध्ये दिल्यामुळे calorie अथवा Kcal (kilo Calorie) मध्ये रुपांतर करण्याची आवशक्यता नाही.
4) if 5oogm of water at 
gives 20 Kcal of heat, find the final
temperature at water
gives 20 Kcal of heat, find the final
temperature at water
Q = 20Kcal = 20,000 calorie
S = Specific Heat = 1
T = (
= (
M = 500gm
Q = m s t
20,000 = 500 x 1 x (
= (
Find temperature =
5) how much heat will be required to raise temperature of one liter of
water by .
.
Q =?
M = 1 liter = 1000gm
S = 1
T =
Q = m s t
= 1 x 1 x 15
= 15 Kcal.
(Same as above question no.3).
Temperature of mixer – मिश्रणाची उष्णता – उदाहरणे.
1) 300gm of water at 
is mixed with 200gm of water at find out final temperature of mixture assuming
no heat escapes.
is mixed with 200gm of water at find out final temperature of mixture assuming
no heat escapes.
तापमानाचे 300 gm वजनाचे पाणी 
तापमान असलेल्या 200gm वजनाच्या पाण्यात मिसळले
तर मिश्रणाची उष्णता काढा.
देलेली माहिती : 
मिश्रणाचे तापमान x मानू उष्ण पाण्याने सोडलेली उष्णता = 85 – x
थंड पाण्याने ग्रहण केलेली उष्णता = x – 25
सूत्र - 
उष्ण पाण्याने सोडलेली उष्णता = थंड पाण्याने ग्रहण केलेली उष्णता,
200 x 1 x (85-x) = 300 x 1 x (x-25) ………….. [s = पाण्याची विड = 1]
2 x (85 – x) = 3x – 75
170 – 2x = 3x – 75
3x + 2x = 170 + 75
5x = 245
X = 
= 
मिश्रणाचे अंतिम तापमान = 
2) A hot steel ball of 500gm at 
is dropped into 750gm of water at 
Find out final temperature of water. (Specific
heat of steel = 0.15).
is dropped into 750gm of water at Find out final temperature of water. (Specific
heat of steel = 0.15). तापमान असलेल्या 500gm वजनाच्या
पोलादाचा (स्टील) गोळा, तापमानाच्या 750gm वजनाच्या पाण्यात सोडला तर पाण्याचे अंतिम तापमान
काढा. (पोलादी गोळ्याची विशिष्ट उष्णता = 0.15)
दिलेली माहिती: 
x 
= 210 – x = 
= x – 30 = 
सूत्र -
500 x 0.15 x (210 – x) = 750 x 1 x (x – 30)
75 x (210 – x) = 750 x 1 x (x – 30)
(210 – x) = 10 x (x – 30)
210 – x = 10x – 300
10x + x = 300 + 210
11x = 510
X = 
= 
=
पाण्याचे अंतिम तापमान =
