नीचे चार स्थितियाँ दी गईं जिनमें कुछ निश्चित ऊष्मा अंतरण हो रहा है : 1. जल से भरे हुए गिलास में बर्फ पिघल रही है; 2. एक खुले बर्तन में जल उबल रहा है; 3. एक भट्टी में एक धातु की छड़ को गर्म किया जा रहा है; 4. एक कप कॉफी को ठंडा होने के लिए मेज पर छोड़ दिया जाता है; उपर्युक्त में से किस स्थिति में, न्यूटन का शीतलन नियम लागू होता है ?
- (a)केवल 1
- (b)केवल 4
- (c)केवल 1 और 4
- (d)1, 2 और 3
उत्तर
क्यों
सही — B, केवल 4. न्यूटन का शीतलन नियम कहता है कि किसी गर्म वस्तु के ऊष्मा खोने की दर उस वस्तु और उसके परिवेश के तापांतर के समानुपाती होती है, और यह उस वस्तु का वर्णन करता है जो ठंडी हो रही हो । केवल मेज पर छोड़ा गया कॉफी का कप (स्थिति 4) ही ऐसी गर्म वस्तु है जो ठंडे परिवेश को ऊष्मा दे रही है, इसलिए नियम केवल उसी पर लागू होता है ।
अन्य विकल्प क्यों गलत हैं
- (a)केवल 1 — जल के गिलास में बर्फ का पिघलना नियत तापमान (0 डिग्री C) पर होने वाला अवस्था-परिवर्तन है । यहाँ कोई वस्तु परिवेश के तापमान की ओर ठंडी नहीं हो रही, इसलिए न्यूटन का शीतलन नियम इसका वर्णन नहीं करता ।
- (c)केवल 1 और 4 — स्थिति 4 ठीक है, किंतु स्थिति 1 (बर्फ का पिघलना) ठंडी होती वस्तु न होकर नियत-तापमान वाला अवस्था-परिवर्तन है, इसलिए उसे जोड़ना ग़लत है ।
- (d)1, 2 और 3 — तीनों विफल हैं: पिघलती बर्फ (1) और उबलता जल (2) नियत-तापमान वाले अवस्था-परिवर्तन हैं, और भट्टी में गर्म होती छड़ (3) ऊष्मा ग्रहण कर रही है, ठंडी नहीं हो रही ।
अवधारणा
न्यूटन का शीतलन नियम कहता है कि किसी वस्तु के ऊष्मा-ह्रास की दर उस वस्तु के तापमान और परिवेश के तापमान के अंतर के अनुक्रमानुपाती होती है, और यह ठंडी होती वस्तु पर लागू होता है । यह तब सबसे अच्छा टिकता है जब यह तापांतर छोटा हो और परिवेश का तापमान स्थिर बना रहे ।
हर स्थिति को दो कसौटियों पर परखिए: क्या वस्तु ठंडी हो रही है, और क्या उसका तापमान वास्तव में गिर रहा है ? बर्फ का पिघलना और जल का उबलना — दोनों नियत तापमान पर होते हैं (गुप्त ऊष्मा का आदान-प्रदान होता है, तापमान नहीं बदलता), और भट्टी में रखी छड़ गर्म की जा रही है, ठंडी नहीं । केवल कॉफी का कप ही ऐसी गर्म वस्तु है जो ऊष्मा खोकर कमरे के तापमान की ओर गिर रही है ।
मुख्य तथ्य
- न्यूटन का शीतलन नियम: ऊष्मा-ह्रास की दर (वस्तु का तापमान घटा परिवेश का तापमान) के समानुपाती होती है ।
- यह ठंडी होती वस्तु पर लागू होता है, और छोटे तापांतर पर सबसे अच्छा काम करता है ।
- पिघलती बर्फ और उबलता जल नियत तापमान पर होते हैं (गुप्त ऊष्मा / अवस्था-परिवर्तन), इसलिए नियम लागू नहीं होता ।
- भट्टी में गर्म होती छड़ ऊष्मा ग्रहण कर रही है, ठंडी नहीं हो रही, इसलिए वह नियम के दायरे से बाहर है ।
आगे की तैयारी
सामान्य भ्रम
- अवस्था-परिवर्तन वाली स्थितियों (पिघलती बर्फ, उबलता जल) को जोड़ लेना, जो नियत तापमान पर होती हैं ।
- गर्म की जा रही वस्तु (भट्टी में छड़) को ठंडी होती वस्तु समझ बैठना ।
'किस स्थिति में न्यूटन का शीतलन नियम लागू होता है ?' के रूप में, अथवा वह कब मान्य है — इस पर कथन-परीक्षण के रूप में पूछा जाता है ।
संबंधित PYQ
इस प्रश्न से सीधे संबंधित कोई पूर्व PYQ उपलब्ध नहीं।
अभ्यास
- अभ्यास — वास्तविक PYQ नहीं
न्यूटन का शीतलन नियम तब सर्वाधिक सटीक होता है जब वस्तु और उसके परिवेश के बीच तापांतर हो :
- (a)बहुत बड़ा
- (b)छोटा
- (c)शून्य
- (d)ऋणात्मक
उत्तर(b) छोटा — यह नियम केवल छोटे तापांतर के लिए ही अच्छा सन्निकटन है । - अभ्यास — वास्तविक PYQ नहीं
न्यूटन के शीतलन नियम के अनुसार, किसी गर्म वस्तु के शीतलन की दर किसके समानुपाती होती है ?
- (a)वस्तु के अपने तापमान के
- (b)परिवेश के तापमान के
- (c)वस्तु और उसके परिवेश के तापांतर के
- (d)बीते हुए समय के
उत्तर(c) वस्तु और उसके परिवेश के तापांतर के ।