Detailed explanations in West Bengal Board Class 10 Physical Science Book Solutions Chapter 4 उष्मीय घटनायें offer valuable context and analysis.
WBBSE Class 10 Physical Science Chapter 4 Question Answer – उष्मीय घटनायें
अति लघु उत्तरीय प्रश्नोत्तर (Very Short Answer Type) : 1 MARK
प्रश्न 1.
किसी चालक के परिच्छेद का क्षेत्रफल अपरिवर्तित रहने से, उस चालक के ऊष्मीय प्रतिरोध एवं ऊष्मीय चालकता में क्या सम्बन्ध है ?
उत्तर :
चालक का उष्मीय प्रतिरोध एवं उष्मीय चालकता एक दूसरे के व्युत्क्रमानुपाती होते हैं। \(\frac{1}{R}\) जहाँ K उष्मीय चालकता और R उष्मीय प्रतिरोध है।
प्रश्न 2.
S.I. में उष्मा चालकता की इकाई क्या है ?
उत्तर :
S.I. में उष्मा चालकता की इकाई Jm-1 k-1 s-1 है।
प्रश्न 3.
धातुओं में उष्मा चालकता अधिक होने के क्या कारण हैं ?
उत्तर :
धातुओं के भीतर मुक्त इलेक्ट्रानों के कारण उष्मा चालक्क्ता अधिक होती है।
प्रश्न 4.
द्रव का आभासी प्रसार (Apparent Expansion) किसे कहते हैं ?
उत्तर :
द्रव के आयतन में होने वाले प्रसार को ज्ञात करते समय यदि पात्र में होने वाले प्रसार को छोड़ दिया जाये, तो उसे द्रव का आभासी प्रसार कहते है।
प्रश्न 5.
द्रव के वास्तविक प्रसर से आप क्या समझते हैं ?
उत्तर :
पात्र के प्रसार को ध्रान में रखते हुए द्रव में जो प्रसार होत़ा है, उसे वास्तविक प्रसार कहते हैं।
प्रश्न 6.
किसी द्रव के आभासी एवं वास्तविक प्रसार में किसका मान अधिक है ?
उत्तर :
वास्तविक प्रसार का मान अधिक होता है।
प्रश्न 7.
किसी पदार्थ को उष्मा देने पर उसमें होने वाले प्रसार को क्या कहते हैं ?
उत्तर :
उष्मीय प्रसार।
प्रश्न 8.
मूं द्वारांकिसीछठोस वस्तु के क्षेत्रफल में वृद्धि को क्या कहते हैं ?
उत्तर :
क्षेत्रीयक्सिरणं।
प्रश्न 9.
रैखिक प्रसे गुणांक किस बात पर निर्भर है ?
उत्तर :
पदार्थ की प्रकृति पर रैखिक प्रसार गुणांक निर्भर है।
प्रश्न 10.
चाँदी, सीग, लोहा और ताँबा में किसका रैखिक प्रसार गुणांक सबसे अधिक है ?
उत्तर :
चाँदी 1
प्रश्न 11.
किसी छड़ा में कौन सा प्रसार सबसे अधिक होगा ?
उत्तर :
आयतन प्रसार।
प्रश्न 12.
रैखिक प्रसाटऔऔर प्रारम्भिक लम्बाई में क्या सम्बन्ध है ?
उत्तर :
रैखिक प्रसार और प्रारंभिक लंबाई समानुपाती होते हैं।
प्रश्न 13.
रैखिक प्रसार गुणांक और क्षेत्रीय प्रसार गुणांक में क्या सम्बन्ध है ?
उत्तर :
क्षेत्रीय प्रसार गुणांक, रैखिक प्रसार गुणांक का दो गुना होता है।
प्रश्न 14.
एक ऐसे उपकरण का नाम लिखें, जो तापक्रम को स्वतः नियंत्रण करता है।
उत्तर :
थर्मोस्टेट।
प्रश्न 15.
नियत आयतन पर गैसों के प्रसार गुणांक का नाम क्या है ?
उत्तर :
दबाव प्रसार गुणांक।
प्रश्न 16.
रेखीय प्रसार गुणांक की इकाई क्या है ?
उत्तर :
C.G.S प्रणाली में प्रति डिग्री सेन्ट्रीम्रेड तथा S.I प्रणाली में प्रति केल्विन है।
प्रश्न 17.
किसी पदार्थ के उष्मा परिचालन की क्षमता को क्या कहते हैं ?
उत्तर :
उष्मीय चालकता।
प्रश्न 18.
भोजन बनाने वाले बर्तन ताँबा या एल्यूमीनियम के बनाये जाते हैं, क्यों ?
उत्तर :
ताँबा और एल्यूमीनियम की उष्मीय – चालकता अधिक होती है तथा सस्ते होते हैं।
प्रश्न 19.
किसी ठोस के आयतन प्रसार गुणांक की S.I. इकाई क्या है ?
उत्तर :
किसी ठोस के आयतन प्रसार गुणांक की S.I. इकाई K-1 है।
प्रश्न 20.
ठोस के रेखीय, तलीय तथा आयतन प्रसार गुणांक में सम्बन्ध लिखिए।
उत्तर :
α = \(\frac{\beta}{2}\) = \(\frac{\gamma}{3}\) अर्थात β = 2 α या γ = 3 α
प्रश्न 21.
लकड़ी या लकड़ी के बुरादे में किसकी उष्मीय चालकता सबसे अधिक है।
उत्तर :
लकड़ी की उष्मीय चालकता लकड़ी के बुरादे (Saw dust) की उष्मीय चालकता से अधिक है।
लघु उत्तरीय प्रश्नोत्तर (Short Answer Type) : 2 MARKS
प्रश्न 1.
उष्मीय चालकता क्या है ? इसकी.S.I. इकाई क्या है ?
उत्तर :
उष्मीय चालकता (Thermal Conductivity) : किसी पदार्थ के उष्मा संचालन करने की क्षमता को उस पदार्थ की उष्मीय चालकता कहते हैं। विभिन्न पदार्थो की उष्मीय चालकता विभिन्न होती है।
इसकी S.I. इकाई Jm-1 K-1 s-1 है।
प्रश्न 2.
उष्मीय चालकता गुणांक किसे कहते हैं ? इसकी इकाई क्या होती है ?
उत्तर :
उष्मीय चालकता गुणांक (Co-efficient of thermal conductivity) : किसी पदार्थ का उष्मीय चालकता गुणांक उष्मा की वह मात्रा है जो स्थायी अवस्था में उस पदार्थ की 1 मीटर लम्बी तथा 1 मीटर अनुप्सस्थ क्षेत्रफल की छड़ में 1 सेकेण्ड में प्रवाहित होती है जबकि छड़ के दोनों सिरों के तापक्रम में अन्तर 1° C हो तथा उष्मा का स्थानान्तरण छड़ के सिरों के लम्बवत हो।
इसकी इकाई जूल x मी० -1 K-1 – से०-1 होता है।
प्रश्न 3.
रेखीय प्रसार गुणांक किसे कहते हैं ?
उत्तर :
रेखीय प्रसार गुणांक (Coefficient of Linear Expansion) : किसी पदार्थ की छड़ का तापक्रम 1° C बढ़ाने पर छड़ की लम्बाई में होने वाली वृद्धि तथा छड़ की प्रारम्भिक लम्बाई के अनुपात को उस पदार्थ का रेखीय प्रसार गणांक कहते हैं। इसकी इकाई प्रति डिग्री सेन्टीग्रेड होता है। इसे α द्वारा प्रदर्शित करते हैं।
प्रश्न 4.
क्षेत्रीय प्रसार गुणांक किसे कहते हैं ? इसकी S.I. इकाई क्या है ?
उत्तर :
क्षेत्रीय प्रसार गुणांक (Co-efficient of Superficial Expansion) : किसी पदार्थ के पटल का तापक्रम 1° C बढ़ाने पर पटल के क्षेत्रफल में होनेवाली वृद्धि तथा पटल के प्रारम्भिक क्षेत्रफल के अनुपात को उस पदार्थ का क्षेत्रीय प्रसार गुणांवः कहते हैं। इसे β (बीटा) द्वारा प्रदर्शित किया जाता है।
किसी पदार्थ का क्षेत, ध प्रसार गुणांक उसके रेखीय प्रसार गुणांक का दोगुना होता है।
इसकी S.I. इकाई K-1 होता है।
प्रश्न 5.
किसी ठोस के आयतन प्रसार गुणांक से आप क्या समझते हैं ? किसी ठोस पदार्थ का आयतन प्रसार गुणांक किन कारकों पर निर्भर करता है ?
उत्तर :
आयतन प्रसार गुणांक (Co-efficient of Volume Expansion) : किसी पदार्थ के एक पिण्ड का तापक्रम 1° C बढ़ाने पर पिण्ड के आयतन में होनेवाली वृद्धि तथा पिण्ड के प्रारम्भिक आयतन के अनुपात को उस पदार्थ का आयतन प्रसार गुणांक कहते हैं। इसे γ (गामा) द्वारा प्रदर्शित करते हैं।
किसी ठोस का आयतन प्रसार प्रारम्भिक आयतन, तापक्रम में वृद्धि तथा ठोस पदार्थ की प्रकृति पर निर्भर करता है।
प्रश्न 6.
उष्मीय प्रतिरोध किसे कहते हैं ?
उत्तर :
उष्मीय प्रतिरोध (Thermal Resistance) : जिस प्रकार किसी विद्युत परिपथ में दो बिन्दुओं के बीच विभव का अन्तर होने से आवेश का प्रवाह होता है, उसी प्रकार किसी वस्तु में दो बिन्दुओं के बीच तापक्रम में अन्तर होने से उष्मा का प्रवाह होता है। अतः पदार्थ में विद्युत प्रतिरोध के सदृश उष्मीय प्रतिरोध होता है।
जिस पदार्थ की उष्मीय चालकता अधिक होती है उस पदार्थ का उष्मीय प्रतिरोध कम होता है। उष्मीय प्रतिरोध की इकाई J-1 S° C है।
प्रश्न 7.
दैनिक जीवन में द्रवों के उष्मीय प्रसार का एक उदाहरण दें।
उत्तर :
जाड़े में पहाड़ी चट्टानें स्वयं टूट जाती हैं। जाड़े में चट्टानों के दरारों और छिद्र में जल भीतर चला जाता है। जब यह जल जमता है तो आयतन में प्रसार होता है, फलस्वरूप चट्टानों पर इतना दबाव पड़ता है कि वह टूट जाती है।
प्रश्न 8.
दो खम्भों के बीच टेलीफोन या केबल के तारों को थोड़ा ढीला क्यों रखते हैं ?
उत्तर :
टेलीफोन या केबल का तार ताँबा या अन्य किसी सुचालक धातु का होता है जिसका रेखीय प्रसार गुणांक अधिक होता है। अत: यह गर्मी में अधिक फैलता है और जाड़ा में सिकुड़ता है। यदि टेलीफोन या केबल का तार थोड़ा ढीला न रखा जाय तो जाड़े में उसके टूटने का खतरा रहता है।
प्रश्न 9.
रैखिक प्रसार गुणांक के साथ क्षेत्रीय प्रसार गुणांक और आयतन प्रसार गुणांक में क्या सम्बन्ध होता है ?
उत्तर :
क्षेत्रीय प्रसार गुणांक, रैखिक प्रसार गुणांक का दो गुना होता है जबकि आयतन प्रसार गुणांक रैखिक प्रसार गुणांक का तीन गुना होता है।
प्रश्न 10.
द्रवों के वास्तविक और आभासी-प्रसार गुणांक में क्या सम्बन्ध है ?
उत्तर :
द्रव के आयतन में होने वाले प्रसार को ज्ञात करते समय यदि पात्र के प्रसार को भी ध्यानमें रखा जाये जिसमें द्रव भरा है, तो इस प्रसार को वास्तविक प्रसार (Real Expansion) कहते हैं। इस वास्तविक प्रसार गुणांक को γr से प्रदर्शित करते हैं।
अत: किसी द्रव का वास्तविक प्रसार गुणांक उस द्रव के आभासी प्रसार गुणांक तथा बर्तन के पदार्थ के आयतन प्रसार गुणांक के योग के बराबर होता है।
∴ αr = βa + γg
प्रश्न 11.
बर्फ की सिल्ली को लकड़ी के बुरादे से ढककर रखा जाता है। क्यों ?
उत्तर :
लकड़ी का बुरादा उष्मा का कुचालक होता है। इसलिए बर्फ की सिल्ली को लकड़ी के बुरादे से ढक देने पर बर्फ को बाहरी उष्मा नहीं मिल पाती जिसके फलस्वरूप बर्फ जल्दी नहीं पिघल पाती है।
प्रश्न 12.
ताप प्रवाह और विद्युत प्रवाह में दो समानताएँ लिखिए। उच्च उष्मीय चलकता वाली एक अधातु का नाम लिखिए।
उत्तर :
ताप प्रवाह और विद्युत प्रवाह में समानताएँ :
(i) जिस प्रकार ताप का प्रवाह अधिक गर्म भाग से कम गर्म भाग की तरफ होता है उसी प्रकार विद्युत प्रवाह अधिक विभव वाले क्षेत्र से कम विभव वाले क्षेत्र की तरफ होता है।
(ii) जिस प्रकार ताप का प्रवाह अणुओं की गति के कारण होता है उसी प्रकार विद्युत प्रवाह इलेक्ट्रान की गति के कारण होता है। उच्च उष्मीय चालकता वाली एक अधातु ग्रेफाइट है।
प्रश्न 13.
किसी गैस का आयतन प्रसार गुणांक \(\frac{1}{273}\)° C है। इस कथन का क्या तात्पर्य है।
उत्तर :
“गैस का आयतन प्रसार गुणांक \(\frac{1}{273}\)° C है” इस कथन का तात्पर्य यह है कि तापक्रम के 1°C बढ़ाने से गैस के आयतन में वृद्धि और 0° C पर गैस के आयतन का अनुपात \(\frac{1}{273}\) है। जबकि गैस का दबाव स्थिर है।
संक्षिप्त प्रश्नोत्तर (Brief Answer Type) : 3 MARKS
प्रश्न 1.
ताँबा का रेखीय प्रसार गुणांक 17 × 10-6/°C है। इसका क्या तात्पर्य है ? यह मान केल्विन स्केल में भी एक ही रहता है, क्यों ?
उत्तर :
‘ताँबा का रेखीय प्रसार गुणांक 17 × 10-6/° C है’ इसका तात्पर्य यह है कि ताबाँ की इकाई लम्बाई वाली छड़ में एक इकाई डिग्री तापक्रम की वृद्धि होने से छड़ की लम्बाई में 17 × 10-6 इकाई की वृद्धि होती है।
परम स्केल या केल्विन स्केल का प्रत्येक इकाई खाना (Division) सेल्सियस स्केल के इकाई खाना के बराबर होता है। अतः सेस्लियस स्केल में व्यक्त एक ही तापक्रम परिवर्तन, परमस्केल में व्यक्त तापक्रम में परिवर्तन के बराबर होता है। अत: रेखीय प्रसार गुणांक का मान दोनों स्केल में एक समान होता है।
प्रश्न 2.
द्विधात्विक पत्तर (Bimetal Strip) किसे कहते हैं ? यह क्यों मुड़ जाती है ? इसका एक उपयोग लिखें।
उत्तर :
द्विधात्विक पत्तर (Bimetal Strip) : दो धातुओं की पत्तर जिनकी लम्बाई और मोटाई समान होती है लेकिन उष्मीय प्रसार गुणांक भिन्न-भिन्न होता है। दोनों पत्तियों को जोड़कर एक संयुक्त पत्ती बना लेते हैं। संयुक्त पत्ती एक सिरे पर लकड़ी एक मुठिया (Handle) लगा रहता है। इस तरह की धातुओं की संयुक्त पत्तर को द्विधात्विक पत्तर कहते हैं।
एक ही तापक्रम पर दो धातुओं का प्रसार भिन्न-भिन्न होता है। जिस धातु का उष्मीय प्रसार गुणांक अधिक होता है, वह अधिक फैलता है जिससे द्विधात्विक पत्तर मुड़ जाते हैं।
इसका उपयोग फायर अलार्म (Fire Alarm) में होता है।
प्रश्न 3.
प्रयोग द्वारा दिखाओ की भिन्न-भिन्न पदार्थों की उष्मीय चालकता भिन्न-भिन्न होती है।
उत्तर :
विभिन्न पदार्थों की उष्मीय चालकता भिन्न-भिन्न होती है। इसे इंजन हौज के प्रयोग से दिखा सकते हैं। इस प्रयोग में एक धातु का हौज होता है जिसके सामने वाले तल पर समान व्यास के कई छिद्र होते हैं। प्रत्येक छिद्र में समान लम्बाई और व्यास वाले विभिन्न धातुओं की छड़ें लगा दी जाती हैं। सभी छड़ों को छिद्र में लगे कार्क की सहायता से हौज के अन्दर समान दूरी तक प्रवेश करा दिया जाता है तथा सभी छड़ों पर मोम की एक पतली परत चढ़ा दी जाती है। अब धातु के हौज को उबलते हुए पानी से भर दिया जाता है। विभिन्न छड़ों के माध्यम से गर्म जल की उष्मा द्वारा उन छड़ों पर लगी मोम की परत पिघलने लगती है। जब मोम का पिघलना रूक जाता है, तो देखा जाता है कि भिन्न-भिन्न छड़ों पर लगी मोम भिन्न-भिन्न लम्बाई तक पिघली है। इस प्रयोग से पता चलता है कि भिन्न-भिन्न पदार्थो की उष्मीय चालकता भिन्न-भिन्न होती है।
प्रश्न 4.
थर्मोस्टेट (Thermostat) किसे कहते हैं ? इसका क्या उपयोग है ?
उत्तर :
थर्मोस्टेट एक ऐसा उपकरण है, जो तापक्रम को स्वत: नियंत्रित करता है। यह एक निश्चित तापक्रम तक उष्मा को चालित होने देता है तथा स्वतः एक निश्चित तापक्रम पर बन्द हो जाता है।
इसका उपयोग विद्युत भट्ठी, रेफ्रिजिरेट, विद्युत आयरन, इलेक्ट्रिक हीटर आदि में किया जाता है।
प्रश्न 5.
ठोस के प्रसार गुणांक से आप क्या समझते हैं ?
उत्तर :
ठोसों के प्रसार गुणांक (Co-efficient of expansion of solids) : ठोस पदार्थों का एक निश्चित आयतन एवं एक निश्चित आकार होता है तथा गर्म किये जाने पर उनका सभी दिशाओं में प्रसार होता है। यदि हम किसी घनाकार ठोस को गर्म करें तो उसकी लम्बाई, चौड़ाई तथा मोटाई तीनों में समान वृद्धि हांती है। दूसरे शब्दों में ठोस की लम्बाई, क्षेत्रफल व आयतन तीनों बढ़ जाते हैं। लम्बाई के बढ़ने को रेखीय प्रसार (Linear expansion), क्षेत्रफल के बढ़ने को क्षेत्रीय या पृष्ठीय प्रसार (Superficial expansion) तथा आयतन के बढ़ने को आयतनी प्रसार (Cubical or volumetric expansion) कहते हैं। इस आधार पर ठोसों के तीन प्रसार गुणांक होते हैं।
प्रश्न 6.
आयतन प्रसार गुणांक किसे कहते हैं ?
उत्तर :
आयतन प्रसार गुणांक (Coefficient of Volume Expansion) : किसी ठोस का आयतन प्रसार भी प्रारम्भिक आयतन ताप में वृद्धि तथा ठोस के पदार्थ पर निर्भर करता है।
किसी पदार्थ के एक पिंड का ताप 1° C बढ़ाने पर पिंड के आयतन में होनेवाली वृद्धि तथा पिंड के प्रारंभिक आयतन के अनुपात को उस पदार्थ का आयतन प्रसार गुणांक कहते हैं। इसे γ (gama) द्वारा प्रदर्शित करते हैं।
माना कि किसी पिंड का प्रारम्भिक आयतन V है तथा इसके ताप में Δ t की वृद्धि करने पर इसका आयतन V + Δ V हो जाता है तब पिंड के पदार्थ का आयतन-प्रसार-गुणांक –
प्रश्न 7.
किसी चालक में उष्मा प्रवाह किन कारकों पर निर्भर करता है ? उष्मा, चालकता गुणांक से क्या समझते हो ?
उत्तर :
किसी चालक में प्रवाहित उष्मा की मात्रा (Q) निम्नलिखित कारकों पर निर्भर करती है :
- पदार्थ की छड़ के समानान्तर फलकों (focas) में प्रत्येक का क्षेत्रफल (A) के समानुपाती होता है।
- फलकों के तापान्तर (θ1 – θ2) के समानुपाती होता है।
- समय (t) के समानुपाती होता है।
- फलकों के बीच की दूरी (I) के विलोमानुपाती होते हैं।
जहाँ k एक स्थिरांक है जिसका मान छड़ के पदार्थ पर निर्भर करता है। इसे उस पदार्थ का उष्मा चालकता गुणांक कहते हैं। यदि प्रत्येक सिरे का क्षेत्रफल A=1 मीटर ^2 सिरों के बीच की दूरी =1 मीटर, तापमान में अन्तर \left(\theta_1-\theta_2\right)=1° C तथा समय =1 सेकेण्ड हो, तो समीकरण (i) से Q = \(\frac{k \times 1 \times 1 \times 1}{1}\) = k
अतः किसी पदार्थ का उष्मा चालकता गुणांक उष्मा की वह मात्रा है जो स्थायी अवस्था में उस पदार्थ की एक मीटर लम्बी तथा 1 मीटर 2 अनुप्रस्थ – क्षेत्रफल की छड़ में i सेकेण्ड में प्रवाहित होती है जबकि छड़ के दोनों सिरों के तापमान में अन्तर 1° C हो तथा उष्मा का स्थानान्तरण छड़ के सिरों के लम्बवत होगा।
प्रश्न 8.
उष्मीय प्रतिरोध से आप क्या समझते हैं ?
उत्तर :
उष्मीय प्रतिरोध (Thermal Resistance) : जिस प्रकार विद्युतीय परिपथ में दो बिन्दुओं के बीच विभवान्तर होने से आवेश का प्रवाह होता है, ठीक उसी प्रकार किसी चालक के दो बिन्दुओं के बीच तापान्तर होने से उष्मा का प्रवाह होता है। अत: किसी चालक में विद्युतीय प्रतिरोध के सदृश उष्मीय प्रतिरोध भी होता है। माना एक छड़ की लम्बाई तथा अनुप्रस्थ-काट का क्षेत्रफल A है एवं स्थायी दशा में इसके गर्म और ठण्डे सिरों का तापक्रम क्रमशः θ1 और θ2 है, तो छड़ में उष्मा प्रवाह की दर H = \(\frac{Q}{t}\) = \(\frac{K A\left(\theta_1-\theta_2\right)}{1}\) अथवा \(\frac{\left(\theta_1-\theta_2\right)}{H}\) = \(\frac{1}{KA}\) उपरोक्त सूत्र चालक में उष्मीय प्रवाह के सम्बन्ध में है। (θ1 – θ2) चालक के सिरों के बीच तापान्तर है तथा H उष्मीय प्रवाह की दर है। इस आधार पर (θ1 – θ2) / H को चालक का उष्मीय प्रतिरोध (R) कहते हैं।