थर्मोमेट्रिक गुणधर्म और तापमान पैमाना

ऊष्मा और तापमान को थर्मल भौतिकी में समझने के लिए, हमें पहले कुछ बुनियादी अवधारणाओं का अन्वेषण करना होगा जिनमें थर्मोमेट्रिक गुणधर्म और तापमान पैमाने शामिल हैं। ये अवधारणाएं हमें तापमान को मापने में मदद करती हैं, जो थर्मल भौतिकी और दैनिक जीवन में सबसे आवश्यक मापदंडों में से एक है।

थर्मामीटर के गुणधर्म क्या हैं?

थर्मोमेट्रिक गुणधर्म पदार्थों के भौतिक गुण होते हैं जो तापमान में परिवर्तन के साथ एक पूर्वानुमानित ढंग में बदलते हैं। इन गुणधर्मों का उपयोग करके, हम तापमान को सही ढंग से माप सकते हैं। थर्मामीटर डिज़ाइन में कई थर्मोमेट्रिक गुणधर्मों का उपयोग किया जाता है:

• आयतन या लंबाई: एक द्रव-इन-कांच थर्मामीटर में, द्रव (आमतौर पर पारा या अल्कोहल) का आयतन तापमान के साथ बदलता है।
• विद्युत प्रतिरोध: धातुएं जैसे की प्लेटिनम का प्रतिरोध तापमान के साथ बदलता है, जिसका उपयोग प्रतिरोध थर्मामीटरों में होता है।
• वोल्टेज: थर्मोकपल्स तब वोल्टेज उत्पन्न करते हैं जब दो भिन्न धातुओं को जोड़ा जाता है और उनमें तापमान का अंतर होता है।
• दबाव: एक स्थिर आयतन पर गैस का दबाव तापमान के साथ बदलता है, जिसका उपयोग गैस थर्मामीटरों में होता है।

आयतन या लंबाई में विस्तार: एक साधारण उदाहरण

एक पारा थर्मामीटर की कल्पना करें। यहां, द्रव (पारा) तापमान बढ़ने पर विस्तार करता है और ठंडा होने पर संकुचित करता है। मान लीजिए कि आपके पास पारा से भरी एक सरल कांच ट्यूब है:

    | | |______________|

जैसे ही तापमान बढ़ता है, पारा विस्तार करता है:

    | | |______________|  / __________/

इस प्रत्याशित विस्तार को तब मापने के लिए एक पैमाने पर अंशांकित किया जाता है।

सामान्य तापमान पैमाना

तापमान को व्यक्त करने के लिए, हम विभिन्न तापमान पैमाने का उपयोग करते हैं। प्रत्येक पैमाना संख्यात्मक रूप से भिन्न और स्थिर बिंदुओं पर आधारित समानांतर का एक प्रणाली प्रदान करता है। सबसे सामान्य तापमान पैमाने सेल्सियस, फॉरेनहाइट, और कैल्विन हैं।

सेल्सियस पैमाना

सेल्सियस पैमाना दुनिया भर में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, विशेष रूप से वैज्ञानिक संदर्भों में। यह मानक वायुमंडलीय दबाव में बर्फ के पिघलने के बिंदु और पानी के उबलने के बिंदु पर आधारित है। सेल्सियस पैमाने पर:

• 0 डिग्री सेल्सियस (°C) बर्फ का पिघलने का बिंदु है।
• 100 डिग्री सेल्सियस (°C) पानी का उबलने का बिंदु है।

इन दो बिंदुओं के बीच के अंतराल को 100 सम भागों में विभाजित किया जाता है, प्रत्येक भाग में 1°C की वृद्धि होती है। यहाँ एक साधारण दृष्टिगत प्रतिनिधित्व है:

    0°C |-----|-----|-----|---- ... ----|-----|-----| 100°C

सेल्सियस व्यावहारिक है क्योंकि इसका जल के चरण परिवर्तन बिंदुओं से सीधा संबंध है, जिससे यह कई वास्तविक विश्व परिदृश्यों में सहज बनता है।

फॉरेनहाइट पैमाना

फॉरेनहाइट पैमाना मुख्य रूप से संयुक्त राज्य अमेरिका में उपयोग होता है। इसका अंशांकितकरण सेल्सियस से अधिक जटिल है:

• 32 डिग्री फॉरेनहाइट (°F) बर्फ का पिघलने का बिंदु है।
• 212 डिग्री फॉरेनहाइट (°F) पानी का उबलने का बिंदु है।

इन बिंदुओं के बीच का अंतराल 180 सम भागों में विभाजित होता है, जिसके परिणामस्वरूप इस पैमाने पर हर डिग्री सेल्सियस की तुलना में छोटी होती है। यहाँ एक उदाहरण है:

    32°F |-----|-----|-----|---- ... ----|-----|-----| 212°F

सेल्सियस से फॉरेनहाइट में तापमान बदलने के लिए निम्नलिखित सूत्र उपयोग होता है:

    °F = (°C × 9/5) + 32

और फॉरेनहाइट से सेल्सियस में बदलने के लिए:

    °C = (°F - 32) × 5/9

कैल्विन पैमाना

कैल्विन पैमाना वैज्ञानिक मापों में तापमान की मानक इकाई है, क्योंकि यह शून्य तापमान से शुरू होता है, जहां कणों का गत्यात्मक कार्य सैद्धांतिक रूप से रुक जाता है। इस पैमाने पर कोई नकारात्मक संख्या नहीं होती, जो कई वैज्ञानिक गणनाओं को सरल बनाता है।

इस पैमाने में:

• 0 कैल्विन (K) शून्य तापमान है।
• 273.15 K पानी का जमाव बिंदु है।
• 373.15 K पानी का उबलने का बिंदु है।

सेल्सियस से कैल्विन में बदलने का सूत्र है:

    K = °C + 273.15

कैल्विन से सेल्सियस संपरिवर्तन निम्नलिखित का उपयोग करके किया जाता है:

    °C = K - 273.15

मापन यंत्र

विभिन्न थर्मामीटरों को विशिष्ट थर्मोमेट्रिक गुणधर्म के आधार पर डिज़ाइन किया गया है, और इन यंत्रों को विभिन्न पैमानों के अनुरूप अंशांकित किया गया है। चलिए आमतौर पर उपयोग होने वाले थर्मामीटर के प्रकारों को देखते हैं:

लिक्विड-इन-ग्लास थर्मामीटर

ये थर्मामीटर सबसे सरल थर्मामीटरों में से हैं। एक संकीर्ण कांच की ट्यूब में द्रव, आमतौर पर पारा या अल्कोहल के विस्तार का तापमान परिवर्तन के साथ संबंध होता है। इनकी सरलता के कारण वे घरेलू और क्षेत्रीय अनुप्रयोगों में सबसे आमतौर पर उपयोग होते हैं।

गैस थर्मामीटर

गैस थर्मामीटर तापमान परिवर्तनों के आधार पर दबाव को बदलते हैं जबकि स्थिर आयतन को बनाए रखते हैं। वे अत्यधिक सटीक होते हैं और मुख्य रूप से प्रयोगशालाओं में सटीक माप के लिए उपयोग होते हैं।

प्रतिरोध थर्मामीटर

प्लेटिनम जैसी धातुओं का उपयोग करके, एक विद्युत प्रतिरोध थर्मामीटर के कार्यक्षमता का आधार धातु के प्रतिरोध में तापमान के साथ परिवर्तन होता है। इसकी सटीकता इसे औद्योगिक अनुप्रयोगों में लोकप्रिय बनाती है।

थर्मोकपल्स

ये तापमान संवेदक वोल्टेज पर आधारित होते हैं जो दो असमान धातुओं के एक छोर पर जुड़े होने पर उत्पन्न होता है, दूसरे छोर पर तापमान अंतर के सापेक्ष। उनके व्यापक तापमान सीमा और तेज प्रतिक्रिया समय के कारण, वे विभिन्न क्षेत्रों में लाभदायक होते हैं।

निष्कर्ष

थर्मोमेट्रिक गुणधर्म और तापमान पैमाने को समझना थर्मल भौतिकी में ऊष्मा और तापमान का अध्ययन करने के लिए महत्वपूर्ण है। ये सिद्धांत न केवल हमें तापमान मापने में मदद करते हैं बल्कि विभिन्न वैज्ञानिक अवधारणाओं को जोड़ते हैं, जो हमें तापमान पर निर्भर प्राकृतिक और औद्योगिक घटनाओं के बारे में मूल्यवान जानकारी प्रदान करते हैं।

यह जानकर कि विभिन्न सामग्री और यंत्र कैसे इन मापों को प्राप्त करते हैं, हम व्यावहारिक और सैद्धांतिक संदर्भों में थर्मल अवधारणाओं को लागू करने के लिए बेहतर सुसज्जित बन जाते हैं।

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