AP Inter 1st Year Physics Important Questions Chapter 12 పదార్ధ ఉష్ణ ధర్మాలు

Students get through AP Inter 1st Year Physics Important Questions 12th Lesson పదార్ధ ఉష్ణ ధర్మాలు which are most likely to be asked in the exam.

AP Inter 1st Year Physics Important Questions 12th Lesson పదార్ధ ఉష్ణ ధర్మాలు

Very Short Answer Questions (అతిస్వల్ప సమాధాన ప్రశ్నలు)

ప్రశ్న 1.
ఉష్ణోగ్రతను నిర్వచించండి. ఉష్ణము మరియు ఉష్ణోగ్రతల మధ్య తేడాను వ్రాయండి. [TS-15,20] [Imp.Q]
జవాబు:
ఒక వస్తువు యొక్క వేడిమి లేదా చల్లదనాన్ని తెలియజేయు సాపేక్ష కొలమానమునే ఉష్ణోగ్రత అంటారు.

ఉష్ణము మరియు ఉష్ణోగ్రతల మధ్య భేదాలు :

ఉష్ణము (Q)	ఉష్ణోగ్రత (T)
1. ఉష్ణము శక్తి యొక్క ఒక రూపము.	1. ఒక వస్తువు యొక్క వేడిమి లేదా చల్లదనాన్ని తెలియజేయు సాపేక్ష కొలమానమునే ఉష్ణోగ్రత
2. ప్రమాణాలు : కెలోరీ లేదా జౌలు	2. ప్రమాణాలు : సెంటీగ్రేడ్ లేదా ఫారెన్ హీట్
3. ఉష్ణమును కారణముగా భావించవచ్చు.	3. ఉష్ణోగ్రతను ఫలితముగా భావించవలెను.
4. ఉష్ణము ఎల్లప్పుడూ అధిక ఉష్ణోగ్రత నుండి అల్పఉష్ణోగ్రత వైపుకు ప్రవహించును.	4. ఉష్ణోగ్రత అనే భౌతిక రాశి ఉష్ణప్రవాహ దిశను సూచించును.

ప్రశ్న 2.
సెల్సియస్, ఫారన్హీట్ ఉష్ణోగ్రతా మానాలలో అధో, ఊర్ధ్వ స్థిర విలువలను తెలపండి. [AP 19][IPE’14][Imp.Q]
జవాబు:
నిమ్న స్థిర బిందువు : 0°C ఊర్ధ్వ స్థిర బిందువు : 100°C (సెల్సియస్ మానంలో)
నిమ్న స్థిర బిందువు : 32°F ఊర్ధ్వ స్థిర బిందువు : 212°F (ఫారన్హీట్ మానంలో)

ప్రశ్న 3.
ఉష్ణోగ్రతలను సెల్సియస్ లేదా ఫారన్హీట్ మానాలలో కొలిస్తే, వ్యాకోచ గుణకాల విలువలు మారతాయా? [Imp.Q]
జవాబు:
మారతాయి. a,B మరియు వ్యాకోచ గుణకాలు సెల్సియస్ మానంలో మరియు ఫారన్హీట్ మానంలో సమానంకాదు.

ప్రశ్న 4.
వేడి చేస్తే పదార్థాలు సంకోచిస్తాయా? ఒక ఉదాహరణ ఇవ్వండి. [AP 18][Imp.Q][TS 16,18]
జవాబు:
సంకోచిస్తాయి. ఉదా: ఇండియన్ రబ్బరు, పోత ఇనుము, సిలికా, సిల్వర్ అయోడైడ్.

ప్రశ్న 5.
రైల్వే ట్రాక్పై రెండు వరుస రైలు పట్టాల మధ్య ఖాళీ ప్రదేశం ఎందుకు వదులుతారు? [AP 15,16,17,19,19,22]
జవాబు:
రైలు పట్టాలు వేసేటప్పుడు వేసవి కాలంలో ఉష్ణ వ్యాకోచాన్ని దృష్టిలో ఉంచుకుని రెండు రైలు పట్టాల మధ్య కొంత ఖాళీ వదులుతారు.

ప్రశ్న 6.
ద్రవాలకు దైర్ఘ్య, విస్తీర్ణ వ్యాకోచాలు ఉండవు. ఎందువల్ల ? [TS 19][Imp.Q]
జవాబు:
ద్రవాలకు నిర్ధిష్ట ఆకారము ఉండదు. పాత్రలో నింపినప్పుడు అది పాత్ర ఆకారమును పొందును. కావున దైర్ఘ్య, విస్తీర్ణ వ్యాకోచాలు ఉండవు.

ప్రశ్న 7.
ద్రవీభవన గుప్తోష్ణం అంటే ఏమిటి? [AP 17]
జవాబు:
ద్రవీభవన గుప్తోష్ణం :
స్థిర ఉష్ణోగ్రత వద్ద ప్రమాణ ద్రవ్యరాశి గల పదార్ధాన్ని ఘనస్థితి నుంచి పూర్తిగా ద్రవస్థితికి మార్చడానికి కావలసిన ఉష్ణరాశిని ఆ పదార్ధ ద్రవీభవన గుప్తోష్ణం అంటారు.

ప్రశ్న 8.
బాష్పీభవన గుప్తోష్ణం అనగానేమి? [Imp.Q] [Mar 13]
జవాబు:
బాష్పీభవన గుప్తోష్ణం :
స్థిర ఉష్ణోగ్రత వద్ద ప్రమాణ ద్రవ్యరాశి గల ద్రవాన్ని పూర్తిగా బాష్పంగా మార్చడానికి కావలసిన ఉష్ణరాశిని బాష్పీభవన గుప్తోష్టం అంటారు.

ప్రశ్న 9.
విశిష్ట వాయు స్థిరాంకం అంటే ఏమిటి? దీని విలువ అన్ని వాయువులకు సమానమా? [Imp.Q]
జవాబు:
PV/T యొక్క విలువ ఒక స్థిరాంకం. ఒక గ్రాము వాయువు విషయంలో ఈ స్థిరాంకంను విశిష్టవాయు స్థిరాంకం (r) అంటారు. దీని విలువ వివిధ వాయువులకు వివిధ రకాలుగా ఉంటుంది.

ప్రశ్న 10.
విశిష్ట వాయు స్థిరాంకం ప్రమాణాలు వ్రాయండి [IPE ’14][Imp.Q]
జవాబు:
ప్రమాణాలు : J Kg^-1K^-1 మితి ఫార్ములా L²T^-2K^-1.

ప్రశ్న 11.
వంట పాత్రల బాహ్యతలాలకు నలుపు రంగు పూస్తారు. ఎందుకు? పాత్రల అడుగు భాగమును రాగితో ఎందుకు చేస్తారు? [AP,TS 18][Imp.Q]
జవాబు:
నలుపు రంగు ఉత్తమ శోషిణి, అందువలన వంట పాత్రల బాహ్యతలాలకు నలుపు రంగు పూసినపుడు, ఎక్కువ మోతాదులో ఉష్ణమును గ్రహించి, పాత్ర లోపలి పదార్థాలకు సరఫరా చేయును.

రాగి ఉత్తమ ఉష్ణవాహకము. పాత్రల అడుగు భాగము రాగితో చేసినపుడు, అది ఎక్కువ ఉష్ణమును గ్రహించి, పాత్ర అన్ని వైపులకు సమముగా ఉష్ణమును ప్రసరింప చేసి, లోపలి పదార్ధములు సమముగా వేడి అగునట్లు చేయును.

ప్రశ్న 12.
వీన్ స్థానభ్రంశ నియమమును వ్రాయండి. [AP 17,19][TS 20][Imp.Q]
జవాబు:
ఒక వస్తువు ఉద్గారించు వికిరణములలో గరిష్ట శక్తిగల వికిరణ తరంగదైర్ఘ్యం (λ_m), ఆ వస్తువు యొక్క పరమ ఉష్ణోగ్రత (T) కు విలోమానుపాతంలో ఉండును.

ఈ స్థిరాంకమును వీన్ స్థిరాంకం అని అంటారు. దీనిని b తో సూచిస్తారు. దీని విలువ 2.9 × 10^-3 mK

ప్రశ్న 13.
పై కప్పుకు కొంచెం క్రింది భాగం వద్ద వెంటిలేటర్లను అమర్చుతారు. ఎందువలన? [AP 20][Imp.Q]
జవాబు:
తలుపులు మరియు కిటికీల ద్వారా చల్లటి గాలి లోపలికి ప్రవేశించినపుడు వెంటిలేటర్ల ద్వారా వేడిగాలి బయటకుపోతుంది. ఎందుకనగా వేడిగాలి యొక్క సాంద్రత తక్కువ.

ప్రశ్న 14.
0°K వద్ద మానవ దేహం ఉష్ణాన్ని వికిరణం చేస్తుందా? 0°C కూడా అది వికిరణం చేస్తుందా? [Imp.Q]
జవాబు:

1. లేదు. 0°K వద్ద మానవ దేహం వికిరణం చెందదు. (ప్రీవోస్ట్ ఉష్ణ వినిమయ సిద్ధాంతం ప్రకారం)
2. అవును. 0°C వద్ద మానవ దేహం వికిరణం చెందుతుంది.

ప్రశ్న 15.
ఉష్ణ బదిలీకి సంబంధించి వివిధ విధానాలను తెలపండి. వీటిలో ఏ విధానాలకు యానకం అవసరం? [TS 18]
జవాబు:

1. ఉష్ణ వహనం
2. ఉష్ణ సంవహనం
3. ఉష్ణ వికిరణం.
   వహనం మరియు సంవహనంలకు యానకం అవసరం.

ప్రశ్న 16.
ఉష్ణ వహన గుణకం మరియు ఉష్ణోగ్రతా ప్రవణతను నిర్వచించండి. [Imp.Q]
జవాబు:
ఉష్ణ వహన గుణకం :
పదార్ధం ఏకాంక అడ్డుకోత వైశాల్యానికి లంబంగా, ఏకాంక ఉష్ణోగ్రతా ప్రవణత ద్వారా సెకనుకు జరిగే ఉష్ణరాశి ప్రవాహాన్ని ఉష్ణ వహన గుణకం అంటారు.

ప్రశ్న 17.
వాహకం యొక్క ఉష్ణ నిరోధం అనగానేమి ? అది ఏ అంశాలపై ఆధారపడుతుంది? [Imp.Q]
జవాబు:
ఉష్ణ ప్రసారమునకు వాహకము చూపు నిరోధమును “ఉష్ణ నిరోధం” అని అంటారు.

ఉష్ణ నిరోధం ఈ క్రింది అంశాలపై ఆధారపడి ఉండును.

1. వాహక స్వభావము (అనగా పదార్థ ఉష్ణవాహకత్వ గుణకం K)
2. వాహక జ్యామితీయ కొలతల పై (అనగా పొడవు, వైశాల్యము d/A).

ప్రశ్న 18.
ఉష్ణ సంవహన గుణకం ప్రమాణాలు, మితులు తెలపండి. [Imp.Q]
జవాబు:

ప్రశ్న 19.
ఉద్గార సామర్థ్యము మరియు ఉద్గారతలను నిర్వచించండి. [Imp.Q]
జవాబు:
ఉద్గార సామర్థ్యము :
ఒక ఉష్ణోగ్రత వద్ద, ఒక తరంగదైర్ఘ్యంలో, ఏకాంక వైశాల్యం సెకనుకు జరిపే శక్తి వికిరణాన్ని ఆ వస్తువు ఉద్గార సామర్థ్యంగా నిర్వచిస్తారు.

ఉద్గారత :
ఒక వస్తువు ఉద్గార సామర్థ్యానికి, అదే ఉష్ణోగ్రత వద్ద పరిపూర్ణ కృష్ణ వస్తువు ఉద్గార సామర్థ్యానికి గల నిష్పత్తిని ఆ వస్తువు ఉద్గారత అంటారు.

ప్రశ్న 20.
హరితగృహ ప్రభావం అంటే ఏమిటి? గ్లోబల్ వార్మింగ్ గురించి వివరించండి. [Mar 13][AP 15][TS 16]
జవాబు:
హరితగృహ ప్రభావం :
భూ ఉపరితలం ఉద్గారించు ఉష్ణ వికిరణమును వాతావరణములోని కార్బన్ డయాక్సైడ్, మీథేన్ వంటి హరిత గృహ వాయువులు శోషించుకొనును. ఇది వాతావరణాన్ని భూ ఉపరితలాన్ని వేడెక్కించును. దీనినే హరిత గృహ ప్రభావం (Green House Effect) అని అంటారు.

గ్లోబల్ వార్మింగ్ :
మానవుల చర్యల వల్ల హరిత గృహ వాయువుల గాఢత అధికమై భూమి వేడిగా తయారవుతుంది. ఒక అంచనా ప్రకారం ఈ శతాబ్దం ప్రారంభం నుంచి భూమి సగటు ఉష్ణోగ్రత 0.3 నుండి 0.60°C వరకు పెరిగింది. దీనినే గ్లోబల్ వార్మింగ్ అని అంటారు.

ప్రశ్న 21.
పదార్థ శోషణ సామర్థ్యం అనగా నేమి? పరిపూర్ణ కృష్ణ వస్తువు యొక్క శోషణ సామర్థ్యం ఎంత ? [IPE’14]
జవాబు:
శోషణ సామర్థ్యం :
ఒక నిర్ణీత కాలవ్యవధిలో శోషణం చేసుకున్న శక్తి అభివాహానికి మరియు అదే కాలవ్యవధిలో పతనమయిన మొత్తం శక్తి అభివాహానికి మధ్య నిష్పత్తిని శోషణ సామర్ధ్యం అంటారు.
పరిపూర్ణ కృష్ణ వస్తువు యొక్క శోషణ సామర్థ్యం 1.

ప్రశ్న 22.
న్యూటన్ శీతలీకరణ సూత్రం తెలపండి. [TS 18][Imp.Q][AP 15,16,17,18,20]
జవాబు:
ఒక వస్తువుకు, పరిసరాలకు మధ్య గల ఉష్ణోగ్రత భేదం తక్కువగా ఉండి, వికిరణం చెందే వస్తువు తలం మారనప్పుడు ఆ వస్తువు పొందే ఉష్ణ నష్టపు రేటు ఆ వస్తువుకు, పరిసరాలకు మధ్య ఉష్ణోగ్రతా భేదానికి అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది.

ప్రశ్న 23.
ఏ నియమాల వద్ద న్యూటన్ శీతలీకరణ సూత్రం వర్తింపచేయవచ్చు? [TS 15]
జవాబు:

1. వహనం ద్వారా ఉష్ణ నష్టం విస్మరించదగినంత తక్కువగా, కేవలం సంవహనం ద్వారానే ఉష్ణ నష్టం జరుగుతున్నప్పుడు.
2. ఉష్ణ నష్టం బలాత్కృత సంవహనం జరిగేటప్పుడు, అంటే ధారా రేఖలుగా గాలి వీచేటప్పుడు.
3. వస్తువుపై ఉష్ణోగ్రత సమవితరణలో ఉన్నప్పుడు.

ప్రశ్న 24.
వేసవి కాలంలో ఇంటిపై కప్పుకు తెల్లటి రంగు వేస్తారు. ఎందువల్ల? [Imp.Q][TS 15,17][AP 16]
జవాబు:
అల్పశోషకం అల్ప ఉద్గారకం అవుతుంది. ఇంటి పైకప్పుకు తెల్లటి రంగు వేయడం వలన తక్కువ ఉష్ణశక్తిని శోషించుకుంటుంది. అందువలన వేసవికాలంలో చల్లగా ఉంటుంది.

Short Answer Questions (స్వల్ప సమాధాన ప్రశ్నలు)

ప్రశ్న 1.
సెల్సియస్ మరియు ఫారన్హీట్ ఉష్ణోగ్రతా మానముల గురించి వ్రాసి వాని మధ్య గల సంబంధమును రాబట్టండి? [TS 22]
జవాబు:
సెల్సియస్ ఉష్ణోగ్రతా మానము :
దీనిని సెల్సియస్ అను శాస్త్రవేత్త రూపొందించెను. దీనిని ఎక్కువగా విజ్ఞాన శాస్త్ర రంగములలో ఉపయోగిస్తారు. ఈ ఉష్ణోగ్రతా మానములో సాధారణ పీడనము వద్ద మంచు కరుగు ఉష్ణోగ్రతను 0°C అని, నీరు మరుగు ఉష్ణోగ్రతను 100°C గా తీసుకొనిరి. ఈ రెండింటికి మధ్య గల భాగమును 100 సమభాగములుగా చేసి, ఒక్కొక్క భాగము 1°C అని పేరు పెట్టిరి. దీనిలో 100 సమ భాగములున్నవి కనుక దీనిని సెంటిగ్రేడు మానము అని కూడ అంటారు.

ఫారన్హీట్ ఉష్ణోగ్రతామానము :
దీనిని ఫారన్హీట్ అను శాస్త్రవేత్త రూపొందించెను. దీనిని ఎక్కువగా శరీర ఉష్ణోగ్రతలను కొలవడానికి, వాతావరణ రంగములలో ఉపయోగిస్తారు. దీనిలో సాధారణ పీడనం వద్ద మంచు కరుగు ఉష్ణోగ్రతను 32°F అని, నీరు మరుగు ఉష్ణోగ్రతను 212°F అని తీసుకొనిరి. ఈ రెండింటికి మధ్యగల భాగమును 212-32=180 సమభాగములుగా చేసి, ఒక్కొక్క భాగమునకు 1°F అని పేరు పెట్టిరి.

మంచు మరియు నీరు భాష్పీభవన స్థానాల మధ్య ఉష్ణోగ్రతలో తేడా సెల్సియస్, ఫారెన్ హీట్ మానాలలో సమానంగా ఉండాలి కాబట్టి (100 – 0) సెల్సియస్ డిగ్రీలు – (212–32) ఫారెన్ హీట్ డిగ్రీలు
100 సెల్సియస్ డిగ్రీల తేడా = 180 ఫారెన్ హీట్ డిగ్రీల తేడా.

సెల్సియస్, ఫారెన్ హీట్ ఉష్ణోగ్రతా మానాలలో ఒక వస్తువు ఉష్ణోగ్రతను కొలిచినప్పుడు రీడింగులు వరుసగా, C, F

ప్రశ్న 2.
రాగితో, ఉక్కుతో చేసిన రెండు సర్వ సమాన లోహ పట్టీలను ఒకదానితో ఒకటి కలిపి సంయోగ పట్టీగా తయారు చేశారు. ఆ సంయోగ పట్టీని వేడిచేస్తే ఏమవుతుంది?
జవాబు:
ఉక్కు కంటె రాగికి దైర్ఘ్యవ్యాకోచ గుణకం విలువ ఎక్కువ. అందువలన ఆ సంయుక్త ముక్కను వేడి చేసినపుడు ఉక్కు -కంటె రాగి ఎక్కువగా వ్యాకోచించి రాగి ఉన్న వైపు కుంభాకార తలము వచ్చునుట్లుగా వంగును.

ప్రశ్న 3.
లోలక గడియారాలు శీతాకాలంలో వేగంగా, వేసవి కాలంలో నెమ్మదిగా నడుస్తాయి. ఎందువల్ల? [TS 17,19] [AP 19]
జవాబు:
ఆవర్తన కాలం T = 2π√1/g అనగా T ∝ √l g స్థిరముగా ఉన్నపుడు

1. వేసవికాలంలో లోలకం పొడవు పెరగటం ద్వారా ఆవర్తనకాలం పెరుగుతుంది. తద్వారా సమయం తగ్గుతుంది.
2. శీతాకాలంలో లోలకం పొడవు తగ్గడం ద్వారా ఆవర్తనకాలం తగ్గుతుంది. తద్వారా సమయం పెరుగుతుంది.

ప్రశ్న 4.
నీటి అసంగత వ్యాకోచం ఏవిధంగా జలచర సంబంధమైన జంతువులకు లాభం చేకూరుస్తుంది? [AP 17,22]
జవాబు:

అతిశీతల ప్రదేశాలలో, వాతావరణ ఉష్ణోగ్రత తగ్గినప్పుడు, సరస్సులోని తలం మీద నీరు చల్లబడి సాంద్రత పెరిగి క్రిందికి దిగుతుంది. ఇది నీటి ఉష్ణోగ్రత 4oC చేరేవరకూ జరుగుతూ ఉంటుంది. 4°C కన్నా నీరు చల్లబడితే సాంద్రత తగ్గుతుంది. కాబట్టి అది కిందకు దిగక ఉపరితలం దగ్గరే ఉంటుంది. ఈ నీటి ఉష్ణోగ్రత క్రమ క్రమంగా తగ్గి మంచుగడ్డ ఏర్పడుతుంది.

మంచుగడ్డ నీటి మీద తేలుతూ ఉంటుంది. మంచు, నీరు అధమ ఉష్ణవాహకాలు కావటం వల్ల అడుగు. నీరు చల్లబడడానికి చాలా కాలం పడుతుంది. కాబట్టి సరస్సు ఉపరితలంలోని నీరు గడ్డ కట్టినప్పటికీ అడుగు నీరు గడ్డ కట్టకుండా 4°C వద్ద ఉంటుంది. జలచరాలు నీటిలో జీవించగలుగుతున్నాయి.

ప్రశ్న 5.
ఉష్ణవహనము, సంవహనము మరియు వికిరణములను ఉదాహరణలతో వివరించండి. [AP,TS 18][AP 15,16,19,20] [TS 15,16,18,20]
జవాబు:
ఉష్ణవహనము :
యానకంలోని కణములు చలించకుండా ఉష్ణం ఒక చోట నుండి వేరొక చోటుకు ప్రసరించే ప్రక్రియను ఉష్ణవహనము అని అంటారు.
ఉదా: ఇనుప కడ్డీ యొక్క ఒక చివర వేడి చేసినపుడు కొంత సేపటికి ఉష్ణవహనం వలన రెండవ చివర వేడెక్కును.

ఉష్ణసంవహనము :
యానకంలోని కణములు చలించుచూ, ఉష్ణం ఒక చోట నుండి వేరొక చోటుకు ప్రసరించే ప్రక్రియను ఉష్ణసంవహనము అని అంటారు.
ఉదా: సముద్ర పవనాలు, భూ పవనాలు, వ్యాపార పవనాలు.

ఉష్ణ వికిరణము :
యానకముతో సంబంధము లేకుండా ఉష్ణము ఒక చోటు నుండి వేరొక చోటుకు ప్రసరించే ప్రక్రియను ఉష్ణ వికిరణము అని అంటారు.
ఉదా: సూర్యుని నుండి ఉష్ణము భూమికి చేరుట.

ప్రశ్న 6.
నీటి త్రికబిందువును వివరింపుము. [TS 15][AP 16]
జవాబు:
నీటి త్రికబిందువు :
ఏ నిర్ధిష్ట బిందువు వద్ద పదార్ధం యొక్క మూడు ప్రావస్థలు సమతాస్థితిలో ఉంటాయో ఆ బిందువును త్రికబిందువు అంటారు. ఆ బిందు నిరూపకాలు (273.16K, 4.58 mm of Hg).ఒక పదార్ధ వివిధ ప్రావస్థల మధ్య హద్దులను సూచిస్తూ ఆ పదార్ధ పీడనం, ఉష్ణోగ్రతల వంటి రెండు పరామితుల మధ్య గీసిన రేఖాపటాన్ని ప్రావస్థపటం అంటారు.

మంచువక్రరేఖ(PB) :
ఈ వక్రరేఖ వెంబడి మంచు నీరు సమతాస్థితిలో ఉండును. ఈ వక్రరేఖ పైభాగంలో ద్రవపదార్థం క్రింది భాగంలో ఘనపదార్థం ఉండును.

నీటి ఆవిరి వక్రరేఖ(PA) :
ఈ వక్రరేఖ వెంబడి నీరు-నీటి ఆవిరి సమతాస్థితిలో ఉండును. ఈ వక్రరేఖ పైభాగంలో ద్రవపదార్థం, క్రింది భాగంలో వాయు పదార్థం ఉండును.

ఉత్పన్నరేఖ :
ఈ వక్రరేఖ వెంబడి మంచు నీటి ఆవిరి సమతాస్థితిలో ఉండును. ఈ వక్రరేఖ పైభాగంలో ఘనపదార్థం, క్రింది భాగంలో వాయు పదార్థం ఉండును. ఈ 3 వక్రరేఖలు PA, PB మరియు PCలు ఒకే బిందువు’P’ వద్ద కలుస్తాయి. ఈ బిందువునే త్రికబిందువు అంటారు.

Long Answer Questions (దీర్ఘ సమాధాన ప్రశ్నలు)

ప్రశ్న 1.
బాయిల్ నియమమును, ఛార్లెస్ నియమమును నిర్వచించి ఆదర్శ వాయు సమీకరణమును ఉత్పాదించండి. ఈ రెండు నియమములలో ఏది ధర్మామీటర్ నిర్మాణమునకు మేలైనది? ఎందువలన?. [Imp.Q][AP,TS 15][AP 18][AP 18]
జవాబు:
బాయిల్ నియమం :
స్థిర ఉష్ణోగ్రత వద్ద నియమిత ద్రవ్యరాశి గల వాయు పీడనం(P) దాని ఘనపరిమాణమునకు (V) విలోమానుపాతంలో ఉంటుంది.

చార్లెస్ మొదటి నియమము :
స్థిర పీడనం (P) వద్ద నియమిత ద్రవ్యరాశి గల వాయువు ఘనపరిమాణం (V) దాని పరమ ఉష్ణోగ్రత (T) కు అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది.

ఆదర్శ వాయువు :
అన్ని పీడనములు మరియు ఉష్ణోగ్రతల వద్ద బాయిల్ మరియు ఛార్లెస్ నియమములను పాటించు వాయువును ఆదర్శ వాయువు అని అంటారు.

ఆదర్శ వాయు సమీకరణం :
ఒక మోల్ ద్రవ్యరాశి గల ఒక ఆదర్శ వాయువు తొలి పీడనం P₀, తొలి ఘనపరిమాణం V₀, తొలి ఉష్ణోగ్రత T₀ Kఅనుకొనుము.

⇒ PV = RT …….(4) ఒక మోల్ వాయువునకు ‘n’ మోల్ల ఆదర్శ వాయువునకు PV = nRT ……(5) థర్మామీటర్ నిర్మాణములో ఛార్లెస్ నియమము అనువైనది. ఈ నియమం ప్రకారం, వాయు ఘనపరిమాణాన్ని స్థిరంగా ఉంచినపుడు, P ∝ T అవుతుంది. కాబట్టి స్థిర ఘనపరిమాణం వాయు థర్మామీటర్ లో పీడనం పరంగా ఉష్ణోగ్రతను కొలుస్తాం. (ఇక్కడ పీడనానికి, ఉష్ణోగ్రతకు మధ్య సంబంధం సరళరేఖలో ఉంటుంది.)

వాయువు ద్రవ్యరాశి m అణుభారము M అయితే మోల్ల సంఖ్య n =m/M. అపుడు PV = \(\frac{m}{M}\)RT……..(7) ఇందులో r = R/M. ను వాయు స్థిరాంకము అని అంటారు. దీని విలువ వాయు స్వభావముపై ఆధారపడి ఉండును.
∴ PV = mrT ….(7)

ప్రశ్న 2.
ఉష్ణ వహనత, ఉష్ణ వహన గుణకాలను వివరించండి.
ఒక రాగి కడ్డి ఉష్ణవహన గుణకం 401 W/(mk) దాని పొడవు 0.10 మీ మరియు మధ్యచ్చేద వైశాల్యము 1.0 × 10^-6 m². కడ్డి ఒక చివర ఉష్ణోగ్రత 104°C మరియు రెండవ చివర ఉష్ణోగ్రత 24°C అయిన కడ్డీ ద్వారా ప్రవహించే ఉష్ణం రేటు ఎంత?
జవాబు:
ఉష్ణవహనం :
ఘనపదార్థాలలో ఉష్ణవహనం చెందే సామర్థ్యాన్ని ఉష్ణవహనత అంటారు.

ఉష్ణవహన గుణకం :
‘A’ వైశాల్యం గల దీర్ఘచతురస్రాకార దిమ్మెను తీసుకొనుము. వాటి తలాలు E, F మరియు θ₂°C, θ₁°Cఉష్ణోగ్రతలు కలిగిఉంటే ‘t’ కాలంలో, రెండు చివరల ‘7′ పొడవు వెంబడి ప్రసారమయ్యే ఉష్ణశక్తి Q
(i) ముఖతల వైశాల్యానికి అనులోమానుపాతంలో ఉండును ⇒ Q ∝ A
(ii) ఉష్ణోగ్రత బేధానికి అనులోమానుపాతంలో ఉండును ⇒ Q ∝ (θ₂ – θ₁)
(iii) కాలానికి అనులోమానుపాతంలో ఉండును ⇒ Q ∝ t
(iv) దిమ్మె పొడవుకు విలోమానుపాతంలో ఉండును ⇒ Q ∝ 1/l

ఇక్కడ K ను పదార్థ ఉష్ణవహన గుణకం అంటారు.
కావున పదార్థం ఏకాంక అడ్డుకోత వైశాల్యానికి లంబంగా, ఏకాంక ఉష్ణోగ్రతా ప్రవణత ద్వారా సెకనుకు జరిగే ఉష్ణరాశి ప్రసారాన్నే ఉష్ణవహన గుణకం అంటారు.

ఉష్ణవహనం :
వస్తువులోని అణువులు బదిలీ కాకుండా వస్తువు యొక్క వేడి భాగం నుండి చల్లని భాగం వైపునకు జరుగు ఉష్ణ ప్రసారమును ఉష్ణ వహనం అని అంటారు.
ఘన పదార్థలలో ఉష్ణవహనం చెందే సామర్థ్యాన్ని ఉష్ణవహనత అని అంటారు.

ప్రశ్న 3.
న్యూటను శీతలీకరణ నియమమును వ్రాసి వివరించండి. ఏ నిమయాల వద్ద న్యూటను శీతలీకరణ నియమమును వర్తింప చేయవచ్చు. [May 13][TS 16, 17,22]
ఒక వస్తువు ఉష్ణోగ్రత 60°C నుండి 50°C కు మొదటి 5 నిమిషాలలో తగ్గినది. తరువాత 8 నిమిషాలలో దాని ఉష్ణోగ్రత 50°C నుండి 40°C కు తగ్గినది. అయిన పరిసరాల ఉష్ణోగ్రత ఎంత?
జవాబు:
న్యూటన్ శీతలీకరణ సూత్రం :
ఒక వస్తువుకు, పరిసరాలకు మధ్య గల ఉష్ణోగ్రత భేదం తక్కువగా ఉండి, వికిరణం చెందే వస్తువు తలం మారనప్పుడు ఆ వస్తువు పొందే ఉష్ణ నష్టపు రేటు ఆ వస్తువుకు, పరిసరాలకు మధ్య ఉష్ణోగ్రతా భేదానికి అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది.

న్యూటను శీతలీకరణ నియమమునకు వర్తించు షరతులు:

1. ఉష్ణ వహనం ద్వారా కోల్పోవు ఉష్ణ నష్టం విస్మరించదగినంత తక్కువగా ఉండవలయును.
2. ఉష్ణ నష్టం ప్రధానముగా ఉష్ణ సంవహనము వలన జరుగవలయును.
3. వస్తువును బలాత్కృత ఉష్ణ సంవహన పద్ధతిలో అనగా గాలిధారా రేఖలుగా వీచుచుండవలయును.
4. వస్తువు యొక్క అన్ని భాగములు ఒకే ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఉండవలయును.
5. వస్తువునకు, పరిసరాలకు మద్యగల ఉష్ణోగ్రతా భేదము ఎక్కువగా ఉండరాదు.

లెక్క :
మొదటి సందర్భంలో θ₁ = 60°C, θ₂ =50°C, t = 5 min

Exercise Problems

ప్రశ్న 1.
కెల్విన్ మరియు ఫారన్ హీట్ ఉష్ణోగ్రత మానములలో ఏ ఉష్ణోగ్రత వద్ద విలువలు సమానముగా ఉండును? [May’2010]
సాధన:

ప్రశ్న 2.
అల్యూమినియం కడ్డి పొడవు 1% పెరుగుటకు, కడ్డి ఉష్ణోగ్రత ఎంత పెంచవలయును? (α = 25 × 10^-6°C). [AP 15,22]
సాధన:
కడ్డి తొలి పొడవు, l₁ =1 అనుకొనుము ఇచ్చినది α = 25 × 10^-6 °C

∴ కడ్డి పొడవు 1% పెరుగుటకు కడ్డీ ఉష్ణోగ్రతలోని పెరుగుదల 400°C ఉండవలయును.

ప్రశ్న 3.
1 లీటరు ఘనపరిమాణం 0°C ఉష్ణోగ్రత, 76 సెం.మీ పీడనం వద్ద ఒక వాయువు ద్రవ్యరాశి 1.562 గ్రాము. ఉష్ణోగ్రతను, 250°C కు, పీడనమును 78సెం. మీకు పెంచినపుడు 1 లీటరు ఘనపరిమాణంలోని ద్రవ్యరాశి ఎంత?
సాధన:
ఇక్కడ m₁ = 1.562g, V₁ = 1 L, P₁ = 76cm of Hg.
T₁ = 0°C = 273°K, P₂ = 78cm of Hg, V₂ = 1 L, T₂ = 250°C = 250 + 273 = 523 K

ప్రశ్న 4.
కొంత ద్రవ్యరాశి గల వాయువు ఘనపరిమాణం 37°C మరియు 75 సెం.మీ Hg పీడనం వద్ద 620cc అయితే అదే వాయువు ఘనపరిమాణం N.T.P. వద్ద ఎంత?
సాధన:
ఇక్కడ P₁ = 75cm of Hg, V₁ = 620cc, T₁ = 273 + 37 = 310°K
NTP, వద్ద P₂ = 76cm of Hg, T₂ = 273K

ప్రశ్న 5.
20°C వద్ద ఉన్న 100 గ్రాముల నీటి లోనికి 100°C వద్ద ఉన్న ఎంత నీటి ఆవిరిని పంపించిన నీరు ఉష్ణోగ్రత 5°C పెరుగును? నీటి ఆవిరి గుప్తోష్ణము 540 cal/g, నీటి విశిష్టోష్ణము 1 cal/g°C
సాధన:
మిశ్రమ పద్ధతిలో, నీటి ఆవిరి కోల్పోయిన ఉష్ణం = నీరు గ్రహించిన ఉష్ణం
m_sL_s + m_sS(100-t) = m_wS(t – 20)
ఇందులో m_s నీటి ఆవిరి ద్రవ్యరాశి =? L_s = నీటి ఆవిరి గుప్తోష్ణము = 540 cal/g
S = నీటి విశిష్టోష్ణము = 1 cal/g°C m_w = నీటి ద్రవ్యరాశి = 100 గ్రాము t = 20 + 5 = 25°C
∴ m_s × 540 + m_s × 1(100 – 25) = 100 × 1(25 – 20) ⇒ 615 m_s = 500 ⇒ m_s = \(\frac{500}{615}\) = 0.813g
పంపించవలసిన నీటి ఆవిరి ద్రవ్యరాశి = 0.813 గ్రాములు.

ప్రశ్న 6.
స్థిరఘనపరిమాణం వద్ద 2 కి.గ్రాల గాలిని వేడి చేసిరి. దాని ఉష్ణోగ్రత 293K నుండి 313K కు పెరిగినది -స్థిరఘనపరిమాణం వద్ద గాలి విశిష్టోష్టం 0.718 kJ/kg K అయిన గాలి గ్రహించిన ఉష్ణమును kJ మరియు kcal లలో కనుగొనుము. (J = 4.2 kJ/kcal)
సాధన:
ఇక్కడ m = 2kg, T₁ = 273 K, T₂ = 313 K
C_V = 0.718kJ/Kg K, J = 4.2
స్థిరఘనపరిమాణం గాలి గ్రహించు ఉష్ణం
∴ Q = mC_v (T₂ – T₁) = 2 × 0.718 × (313 – 273) = 28.72 kJ = \(\frac{28.72}{4.2}\) = 6.838 kcal.

ప్రశ్న 7.
ఇత్తడి లోలకముతో చేసిన ఒక గడియారం 20°C వద్ద సరియైన సమయమును సూచించును. కాని 30°C వద్ద రోజుకు 8.212 సె. కోల్పోవును. అయిన ఇత్తడి దైర్ఘ్యవ్యాకోచ గుణకం ఎంత?
సాధన:
గడియారం ఒక రోజుకు కోల్పోవు కాలం = 8.212 sec = \(\frac{1}{2}\) α ∆t × 86400sec
∆t = (30 – 20) = 10°C
⇒ 8.212 = \(\frac{1}{2}\) α × 10 × 86400
∴ α = \(\frac{8.212\times2}{10\times86400}\) = 0.019 × 10^-3 = 19 × 10^-6/°C

ప్రశ్న 8.
14 కి.గ్రా నైట్రోజన్ ఘనపరిమాణం 30°C వద్ద 0.4 మీ’ అయిన పీడనం ఎంత?
సాధన:
PV = nRT
ఇక్కడ V = 0.4 m³, T= 30 + 273 = 303K, R = 8.314 J/mole x K

ప్రశ్న 9.
ఒక వస్తువు ఉష్ణోగ్రత 60°C నుండి 40°C 7 నిమిషాలలో తగ్గినది. పరిసరాల ఉష్ణోగ్రత 10°C అయిన 7 నిమిషాల తరువాత దాని ఉష్ణోగ్రత ఎంత ఉండును.?
సాధన:

⇒ 160 – 4x = x + 20
⇒ 5x = 140 ⇒ x = 28°C

ప్రశ్న 10.
ఒక కృష్ణ వస్తువునకు గరిష్ట వికిరణ తీవ్రత 2.65 um వద్ద ఉన్నది. అయిన ఆ వస్తువు ఉష్ణోగ్రత ఎంత? [TS 19]
సాధన:
సూత్రము λ_mT = b
ఇక్కడ λ_m = గరిష్ట తీవ్రత గల వికిరణ తరంగదైర్ఘ్యం = 2.65 µm = 2.65 × 10^-6 m
b = వీన్స్ స్థిరాంకం = 2.9 × 10^-3 mK,