ऊष्मा का यांत्रिक तुल्यांक

 

ऊष्मा का यांत्रिक तुल्यांक :- प्रारंभ में ऊष्मा को ऊर्जा का एक रूप नहीं माना जाता था। ऊष्मा को किसी वस्तु का तापमान बढ़ाने अथवा उसकी अवस्था परिवर्तित करने के लिए आवश्यक एक राशि के रूप में जाना जाता था। जेम्स प्रेस्कॉट जूल (James Prescott Joule) ने सर्वप्रथम प्रयोगात्मक रूप से पाया कि “एक निकाय में उत्पादित ऊष्मा उस पर किए गए यांत्रिक कार्य के सीधे समानुपाती होती है”।

यदि यांत्रिक कार्य W, ऊष्मा H के समान तापान्तर उत्पन्न करता है, तो

समानुपातिक स्थिरांक J को जेम्स प्रेस्कॉट जूल के नाम पर ऊष्मा का यांत्रिक तुल्यांक या जूल स्थिरांक के रूप में जाना जाता है। स्थिरांक J के मान की गणना एक अद्वितीय प्रयोग द्वारा की जाती है, जिसका वर्णन नीचे किया गया है।

ऊष्मा का यांत्रिक तुल्यांक ज्ञात करने के लिए जूल का प्रयोग

जूल का स्थिरांक ज्ञात करने के लिए प्रायोगिक व्यवस्था नीचे दिए गए चित्र में दिखाई गयी है:

उपरोक्त चित्र में, दो द्रव्यमान एक रस्सी और एक पेैडल के पहिये से जुड़े हुए हैं जैसा कि चित्र में दिखाया गया है। जब ये द्रव्यमान गुरुत्वाकर्षण के कारण h दूरी तक गिरते हैं, तो दोनों द्रव्यमान 2mgh के तुल्य स्थितिज उर्जा खोते हैं। जब ये द्रव्यमान गिरते हैं, तो भार उठाने के दौरान द्रव्यमान में संग्रहीत स्थितिज ऊर्जा, गतिज ऊर्जा के रूप में मुक्त होती है जो पैडल पहियों को घुमाती है। पानी से भरे कैलोरीमीटर के अंदर पहियों के घूमने से पानी और पैडल पहियों के बीच घर्षण बल के कारण पानी का तापमान बढ़ जाता है।

दो लंबवत पैमाने गुटकों की ऊर्ध्वाधर गतियों को मापते हैं और कैलोरीमीटर के शीर्ष कवर पर लगा तापमानी जल के तापमान में वृद्धि को मापता है। यह प्रयोग तब तक किया जाता है जब तक कि तापमापी पर मापने योग्य तापान्तर न हो।

माना कि गुटकों की कुल n पुनरावृत्तियों ने जल का तापमान ΔT बढ़ा दिया है। अत: किया गया कुल कार्य होगा

W = 2 nmgh

यदि कैलोरीमीटर में जल का द्रव्यमान M है और W’ कैलोरीमीटर का जल तुल्यांक है, तो तापमान में ΔT वृद्धि के लिए उत्पादित कुल ऊष्मा,

Q = (M + W’)ΔT

अब, ऊष्मा का यांत्रिक तुल्यांक

m, g, h, n, M, W’ और T के मान रखने पर, हम प्राप्त करते हैं,

J = 4.186 kJ/kcal.