नीचे दो कथन दिए गए हैं, जिनमें एक को अभिकथन (A) तथा दूसरे को कारण (R) कहा गया है । अभिकथन (A) : मानव त्वचा से पसीने का वाष्पीकरण शरीर की गर्मी को नष्ट कर देता है । कारण (R) : गर्म दिन में उच्च आर्द्रता से परेशानी बढ़ जाती है । नीचे दिए गए कूट से सही उत्तर चुनिए : कूट :
- (a)(A) और (R) दोनों सही हैं, किन्तु (R), (A) की सही व्याख्या नहीं करता है
- (b)(A) सही है, किन्तु (R) गलत है
- (c)(A) गलत है, किन्तु (R) सही है
- (d)(A) और (R) दोनों सही हैं और (R), (A) की सही व्याख्या करता है
सही उत्तर — (a) (A) और (R) दोनों सही हैं, किन्तु (R), (A) की सही व्याख्या नहीं करता है। इस विकल्प के पाठ को ध्यान से पढ़ें, क्योंकि इस पुस्तिका ने वह कूट उलट दिया है जिसका आपने अभ्यास किया है: इस प्रश्नपत्र पर (a) 'दोनों सही, R व्याख्या नहीं करता' वाला स्थान है और (d) 'दोनों सही और R ही व्याख्या करता है' वाला स्थान है — सामान्य UPSC व्यवस्था से उल्टा। अब सार की बात। अभिकथन सही है, और यह सीधी भौतिकी है। तरल पसीने को वाष्प में बदलने में ऊर्जा खर्च होती है — वाष्पीकरण की गुप्त ऊष्मा, वाष्पित होने वाले प्रत्येक लीटर पसीने के लिए लगभग 2,400 किलोजूल — और यह ऊर्जा त्वचा तथा उसके नीचे बहते रक्त से खींची जाती है। इसलिए शरीर ठंडा हो जाता है। यह मार्ग ठीक तब सबसे अधिक महत्वपूर्ण होता है जब अन्य मार्ग असफल होते हैं: विकिरण, चालन और संवहन तीनों को आसपास के परिवेश का त्वचा से ठंडा होना आवश्यक है, इसलिए जैसे ही वायु तापमान त्वचा तापमान की ओर बढ़ता है, वाष्पीकरण ही ऊष्मा त्यागने का लगभग एकमात्र शेष मार्ग बन जाता है। कारण भी सही है। आर्द्र गर्मी उसी तापमान की शुष्क गर्मी से अधिक असुविधाजनक होती है, यही कारण है कि मौसम सेवाएँ केवल थर्मामीटर की रीडिंग के बजाय ऊष्मा सूचकांक रिपोर्ट करती हैं। परंतु कारण अभिकथन की व्याख्या नहीं करता। बात इसके उल्टी है। चूँकि शीतलन वाष्पीकरण पर निर्भर करता है, और चूँकि आसपास की हवा पहले से ही संतृप्ति के निकट होने पर वाष्पीकरण धीमा पड़ जाता है — गीली त्वचा और आर्द्र हवा के बीच वाष्प-दाब अंतर ढह जाता है — पसीना तब वाष्पित होने के बजाय टपकने लगता है, शरीर से कम ऊष्मा निकलती है, और व्यक्ति अधिक असहज महसूस करता है। अभिकथन कारण है और कारण (Reason) परिणाम है; व्याख्यात्मक तीर A से R की ओर चलता है, R से A की ओर नहीं। दोनों सही, R व्याख्या नहीं करता, और इस प्रश्नपत्र पर वह विकल्प (a) है।
- (b)(A) सही है, किन्तु (R) गलत है — यह इस पृष्ठ का सबसे ख़तरनाक विकल्प है, और इसलिए नहीं कि इसमें दी गई भौतिकी लुभावनी है। यह वह विकल्प है जिसे वह अभ्यर्थी चिह्नित करता है जो सार को पूरी तरह सही ढंग से समझता है — दोनों कथन सही, R व्याख्या नहीं करता — और फिर उस स्थान की ओर हाथ बढ़ाता है जहाँ यह उत्तर एक सामान्य UPSC प्रश्नपत्र पर होता है। इस पुस्तिका में उस स्थान पर बिल्कुल अलग कथन है। योग्यता की दृष्टि से यह विकल्प स्पष्ट रूप से गलत है: कारण सही है। आर्द्र गर्मी वास्तव में अधिक असुविधाजनक होती है, और यह प्रभाव ऊष्मा सूचकांक तथा गीले-बल्ब तापमान से मापने योग्य है, यही कारण है कि ऊष्मा-तनाव का मानक माप केवल तापमान नहीं बल्कि आर्द्रता है।
- (c)(A) गलत है, किन्तु (R) सही है — अभिकथन गलत नहीं है। वाष्पीकरणीय शीतलन वह प्रमुख मार्ग है जिससे मानव शरीर गर्म परिस्थितियों में ऊष्मा त्यागता है, ठीक इसलिए क्योंकि यह एकमात्र ऐसा मार्ग है जिसे आसपास के परिवेश का त्वचा से ठंडा होना आवश्यक नहीं है। अभ्यर्थी कभी-कभी अभिकथन को इस आधार पर अस्वीकार कर देते हैं कि केवल पसीना आना आपको ठंडा नहीं करता — जो एक वास्तविक बिंदु है, क्योंकि टपककर बहने वाला पसीना लगभग कुछ भी नहीं ले जाता — परंतु अभिकथन 'पसीने का वाष्पीकरण' कहता है, 'पसीने का स्रावण' नहीं, और वाष्पीकरण ही ठीक वह चरण है जो ऊष्मा को हटाता है।
- (d)(A) और (R) दोनों सही हैं और (R), (A) की सही व्याख्या करता है — दोनों कथन सही हैं, इसलिए यह विकल्प यहाँ तक तो सही है, परंतु व्याख्यात्मक तीर गलत दिशा में इशारा करता है। आर्द्र मौसम में असुविधा यह नहीं बताती कि वाष्पित होता पसीना शरीर को क्यों ठंडा करता है; वाष्पीकरण की गुप्त ऊष्मा यह बताती है, और यह किसी भी आर्द्रता में काम करती है। उच्च आर्द्रता जो करती है वह अभिकथन में वर्णित तंत्र को बाधित करना है, और परिणामी असुविधा उसी का परिणाम है। यह भी ध्यान दें कि इस पुस्तिका में (d) 'R ही व्याख्या करता है' वाला स्थान है — वह अर्थ जो सामान्य UPSC प्रश्नपत्र पर (a) पर होता है — इसलिए याद किए हुए कूट को लागू करने वाला अभ्यर्थी गलत कारण से यहाँ पहुँचता है।
मानव शरीर अपने आसपास के परिवेश के साथ चार मार्गों से ऊष्मा का आदान-प्रदान करता है: विकिरण, चालन, संवहन और वाष्पीकरण। पहले तीन तापमान-अंतर से संचालित होते हैं और तभी काम करते हैं जब परिवेश त्वचा से ठंडा हो, जो लगभग तैंतीस से पैंतीस डिग्री सेल्सियस पर रहती है। वाष्पीकरण अलग है। यह तापमान-अंतर के बजाय वाष्प-दाब अंतर पर काम करता है, इसलिए यह तब भी काम करता रहता है जब हवा शरीर से अधिक गर्म हो। पसीने की ग्रंथियाँ त्वचा को गीला करती हैं, पानी त्वचा और उसके नीचे के रक्त से अपनी वाष्पीकरण की गुप्त ऊष्मा सोखता है, और वह ऊष्मा साथ लेकर वाष्प के रूप में निकल जाता है। महत्वपूर्ण रूप से, केवल वह पसीना ठंडा करता है जो वाष्पित होता है; जो पसीना शरीर से बहकर निकल जाता है वह कुछ नहीं करता। वाष्पीकरण की दर इस पर निर्भर करती है कि हवा संतृप्ति से कितनी दूर है, यही कारण है कि किसी गर्म दिन की गर्मी कितनी तेज़ महसूस होती है यह केवल तापमान नहीं बल्कि सापेक्ष आर्द्रता तय करती है।
इस प्रश्न को तीन चरणों में हल करें और कूट आपको धोखा नहीं दे सकता। क्या A अपने आप में सही है? हाँ — वाष्पीकरण की गुप्त ऊष्मा। क्या R अपने आप में सही है? हाँ — आर्द्र गर्मी मापने योग्य रूप से अधिक कष्टदायक है। क्या R, A का कारण बताता है? नहीं, और यह तय करने वाली परीक्षा यह पूछना है कि कारणात्मक तीर किस दिशा में चलता है। यदि आप कारण को हटा दें, तो अभिकथन अछूता बना रहता है: पूरी तरह शुष्क हवा में भी वाष्पित होता पसीना शरीर को ठंडा करता ही रहेगा, बल्कि बेहतर ढंग से। यदि आप अभिकथन को हटा दें, तो कारण अपना आधार पूरी तरह खो देता है, क्योंकि आर्द्रता असुविधाजनक इसलिए है क्योंकि यह वाष्पीकरणीय शीतलन को बाधित करती है। जो कथन अभिकथन पर निर्भर करता है वह अभिकथन की व्याख्या नहीं हो सकता; वह उसका परिणाम है। इस तरह के उलटे-तीर वाले जोड़े अभिकथन-कारण के सबसे सामान्य जालों में से हैं, और यही कारण है कि यह तीन-चरण विधि सहज बुद्धि से अधिक मूल्यवान है। इसके बाद ही छपे हुए विकल्पों को देखें — और इस प्रश्नपत्र पर इन्हें पढ़ें, क्योंकि (a) और (d) ने अपने अर्थ आपस में बदल लिए हैं।
- वाष्पित होता पानी अपनी वाष्पीकरण की गुप्त ऊष्मा सोखता है — 100 डिग्री सेल्सियस पर लगभग 2,260 किलोजूल प्रति किलोग्राम और त्वचा तापमान पर लगभग 2,400 किलोजूल प्रति किलोग्राम — और यह ऊष्मा त्वचा तथा उसके नीचे के रक्त से खींची जाती है
- केवल वह पसीना शरीर को ठंडा करता है जो वाष्पित होता है; जो पसीना टपककर बह जाता है वह लगभग कोई ऊष्मा नहीं ले जाता
- विकिरण, चालन और संवहन के लिए आवश्यक है कि परिवेश त्वचा से ठंडा हो, इसलिए जैसे ही हवा त्वचा तापमान के निकट पहुँचती है, वाष्पीकरण ऊष्मा त्यागने का लगभग एकमात्र शेष मार्ग बन जाता है
- वाष्पीकरण गीली त्वचा और आसपास की हवा के बीच वाष्प-दाब अंतर से संचालित होता है, इसलिए उच्च सापेक्ष आर्द्रता इसे धीमा कर देती है — यही कारण है कि समान तापमान पर शुष्क गर्मी आर्द्र गर्मी से कहीं अधिक सहनीय होती है
- यही कारण है कि ऊष्मा-तनाव को केवल शुष्क-बल्ब थर्मामीटर रीडिंग के बजाय गीले-बल्ब तापमान और ऊष्मा-सूचकांक मानों से मापा जाता है, और लगभग 35 डिग्री सेल्सियस के निरंतर गीले-बल्ब तापमान को मानव सहनशीलता की सीमा माना जाता है
- वही गुप्त-ऊष्मा तंत्र मरुस्थलीय या वाष्पीकरणीय कूलर तथा पारंपरिक अनग्लेज़्ड मिट्टी के घड़े को समझाता है, जो अपनी छिद्रयुक्त दीवारों से रिसाव और वाष्पीकरण द्वारा पानी को ठंडा रखता है — और दोनों ही, पसीने की तरह, आर्द्र मौसम में ठीक से काम नहीं करते
- इस पुस्तिका में उलटा हुआ कूट। यहाँ (a) का अर्थ है 'दोनों सही, R व्याख्या नहीं करता' और (d) का अर्थ है 'दोनों सही और R ही व्याख्या करता है'। जो अभ्यर्थी सही ढंग से तर्क करता है और फिर याद किए हुए UPSC ढाँचे को लागू करता है, वह (b) चिह्नित कर देता है और अंक गँवा बैठता है
- एक उलटे व्याख्यात्मक तीर को स्वीकार कर लेना। इसे हटाकर परखें: कारण को हटा दें तो अभिकथन फिर भी टिका रहता है, अभिकथन को हटा दें तो कारण ढह जाता है — इसलिए अभिकथन ही कारण की व्याख्या करता है, इसके उल्टा नहीं
- पसीना आने को शीतलन समझ लेना। पसीना स्रावित होने से शरीर का पानी खर्च होता है; उस पसीने का वाष्पीकरण ही, और केवल वही, ऊष्मा को हटाता है
UPPSC को ठीक इसी प्रकार के दैनिक-भौतिकी अभिकथन-कारण जोड़े पसंद हैं — एक परिचित अनुभूति को किसी पाठ्यपुस्तक तंत्र के साथ जोड़ना — और यह अंतर्निहित भौतिकी को सीधे भी पूछता है, जैसा इसने 2019 में निर्वात फ्लास्क और उर्ध्वपातन पर किया। UPSC इसी विचार को जलवायु के ढाँचे में डालना पसंद करता है, यह पूछते हुए कि बढ़ता हुआ गीला-बल्ब तापमान मानव शरीर की ऊष्मा त्यागने की क्षमता के लिए क्या अर्थ रखता है।
निम्नलिखित कथनों पर विचार कीजिए: 1. 100 °C पर भाप और 100 °C पर उबलता पानी बराबर मात्रा में ऊष्मा रखते हैं। 2. बर्फ की संगलन की गुप्त ऊष्मा पानी की वाष्पीकरण की गुप्त ऊष्मा के बराबर होती है। 3. एक एयर-कंडीशनर में, कमरे की हवा से ऊष्मा वाष्पित्र कुंडलियों पर निकाली जाती है और संघनित्र कुंडलियों पर बाहर निकाली जाती है। इनमें से कौन-सा/से कथन सही है/हैं?
- (a) 1 और 2
- (b) 2 और 3
- (c) केवल 2
- (d) केवल 3
उत्तर(d) केवल 3
उस भौतिकी की आपूर्ति करता है जिस पर अभिकथन टिका है। इसका दूसरा कथन वाष्पीकरण की गुप्त ऊष्मा का आकार संगलन की गुप्त ऊष्मा के सापेक्ष तय करता है, और यही आँकड़े पूरी वजह हैं कि पसीना आना काम करता है: पानी को वाष्प में बदलने के लिए आवश्यक ऊर्जा बहुत बड़ी होती है, इसलिए वाष्पित पसीने की एक मामूली मात्रा भी शरीर की काफी ऊष्मा ले जाती है।
हमारे शरीर में त्वचा की सतह के नीचे उपस्थित वसा किसके विरुद्ध एक अवरोधक के रूप में कार्य करती है
- (a) शरीर से ऊष्मा की हानि
- (b) आवश्यक शारीरिक तरल पदार्थों की हानि
- (c) शरीर से लवणों की हानि
- (d) परिवेश से हानिकारक सूक्ष्मजीवों का प्रवेश
उत्तर(a) शरीर से ऊष्मा की हानि
मानव ऊष्मा-संतुलन को विपरीत दिशा से देखता है — त्वचा के नीचे की वसा एक ऐसे कुचालक के रूप में जो ऊष्मा-हानि को कम करती है। दोनों को साथ रखने पर वह पूरा चित्र मिलता है जिस पर मौजूदा प्रश्न निर्भर करता है: शरीर को ऊष्मा बनाए रखने और उसे त्यागने, दोनों में सक्षम होना चाहिए, और वाष्पीकरण वह तंत्र है जिसका उपयोग वह त्यागने के लिए करता है जब हवा अन्य मार्गों के लिए बहुत गर्म हो।
थर्मस फ्लास्क में कोई तरल लंबे समय तक गर्म या ठंडा बना रहता है क्योंकि इसके द्वारा ऊष्मा की कोई हानि या प्राप्ति नहीं होती
- (a) चालन (Conduction)
- (b) संवहन और विकिरण
- (c) (a) और (b) दोनों
- (d) उपर्युक्त में से कोई नहीं
उत्तर(c) (a) और (b) दोनों
उन तीन ऊष्मा-स्थानांतरण मार्गों को परखता है जिनकी जगह वाष्पीकरण को लेनी पड़ती है। एक निर्वात फ्लास्क चालन, संवहन और विकिरण को बंद करके काम करता है; किसी गर्म दिन मानव शरीर एक अलग कारण से यही तीनों मार्ग खो देता है — परिवेश अब त्वचा से ठंडा नहीं रहता — यही वह स्थिति है जो पूरा भार वाष्पीकरण पर छोड़ देती है।
निम्नलिखित में से किसी भी पदार्थ का नमूना, जैसे कपूर, नैफ्थलीन या शुष्क बर्फ, हवा में रखने पर कुछ समय बाद ग़ायब हो जाता है। इस परिघटना को कहा जाता है
- (a) उर्ध्वपातन (Sublimation)
- (b) वाष्पीकरण
- (c) विसरण
- (d) विकिरण
उत्तर(a) उर्ध्वपातन (Sublimation)
वाष्पीकरण को उर्ध्वपातन के विरुद्ध उत्तर-विकल्प के रूप में रखता है, जिससे अभ्यर्थियों को यह सटीक रूप से समझना पड़ता है कि कौन-सा प्रावस्था-परिवर्तन हो रहा है। यही सटीकता मौजूदा अभिकथन में भी अपेक्षित है: शीतलन तरल-से-वाष्प परिवर्तन से आता है, और वाष्पीकरण का चरण ही, पसीने के स्रावण का नहीं, ऊष्मा को हटाता है।
- अभ्यास — वास्तविक PYQ नहीं
पसीने का वाष्पीकरण मानव शरीर को मुख्य रूप से इसलिए ठंडा करता है क्योंकि
- (a)पसीना त्वचा से कम तापमान पर होता है
- (b)वाष्पित होता पसीना त्वचा से अपनी वाष्पीकरण की गुप्त ऊष्मा सोखता है
- (c)पसीना आपतित सौर विकिरण को त्वचा से परावर्तित कर देता है
- (d)पसीना त्वचा की ऊष्मीय चालकता बढ़ा देता है
उत्तर(b) वाष्पित होता पसीना त्वचा से अपनी वाष्पीकरण की गुप्त ऊष्मा सोखता है — वाष्पित होने वाले प्रत्येक लीटर के लिए लगभग 2,400 किलोजूल, यही कारण है कि केवल टपककर बहने वाला पसीना आपको ठंडा नहीं करता।
- अभ्यास — वास्तविक PYQ नहीं
किसी गर्म दिन उच्च सापेक्ष आर्द्रता गर्मी को मुख्य रूप से इसलिए अधिक कष्टदायक बना देती है क्योंकि
- (a)हवा में जलवाष्प अधिक सौर विकिरण सोख लेती है
- (b)आर्द्रता बढ़ने के साथ हवा का तापमान और अधिक बढ़ जाता है
- (c)त्वचा से पसीने का वाष्पीकरण धीमा पड़ जाता है
- (d)आर्द्रता बढ़ने के साथ वायुमंडलीय दाब घट जाता है
उत्तर(c) त्वचा से पसीने का वाष्पीकरण धीमा पड़ जाता है — आर्द्र हवा संतृप्ति के निकट होती है, इसलिए वाष्पीकरण को चलाने वाला वाष्प-दाब अंतर सिकुड़ जाता है और शरीर कम ऊष्मा त्यागता है।