ఉష్ణం

 

          ఉష్ణం ఒక శక్తి స్వరూపం. ఇది వేడి వస్తువు నుంచి చల్లటి వస్తువుకు ప్రవహిస్తుంది. ఉష్ణప్రసారం జరగాలంటే రెండు వస్తువులు స్పర్శించుకోవాలి, వాటి ఉష్ణోగ్రతలో తేడా ఉండాలి. ఆ రెండు వస్తువులు ఉష్ణసమతాస్థితిని పొందేవరకు ఉష్ణ ప్రసారం జరుగుతుంది.

* ఉష్ణాన్ని 'క్యాలరీల'లో కొలుస్తారు.
    1 క్యాలరీ = 4.18 జౌల్స్
    1 కిలో క్యాలరీ = 4180 జౌల్స్
                          = 4.18 × 103 జౌల్స్

* ఉష్ణోగ్రత (Temperature): ఉష్ణశక్తి కొలమానం ఉష్ణోగ్రత. ఇది వస్తువుల వేడి తీవ్రతను గానీ, చల్లదన తీవ్రతనుగానీ తెలియజేస్తుంది. ఒక వస్తువు ఉష్ణశక్తి పొందితే ఉష్ణోగ్రత పెరుగుతుంది, ఆ వస్తువు ఉష్ణశక్తిని కోల్పోతే ఉష్ణోగ్రత తగ్గుతుంది. ఉష్ణోగ్రతను డిగ్రీల్లో కొలుస్తారు.
ఉష్ణప్రసారం (Transmission of Heat): ఉష్ణప్రసారం మూడు విధాలుగా జరుగుతుంది.
1) ఉష్ణవహనం (Conduction)
2) ఉష్ణసంవహనం (Convection)
3) ఉష్ణవికిరణం (Radiation)

  * ఉష్ణవహనం: వస్తువులోని అణువులు కదలకుండా ఉష్ణం ఒక చోటు నుంచి మరొక చోటుకు ప్రవహించే పద్ధతిని ఉష్ణవహనం అంటారు. ఘన పదార్థాల్లో ఉష్ణప్రసారం ఉష్ణవహనం వల్ల జరుగుతుంది. రెండు వస్తువులు ఉష్ణసమతాస్థితిని పొందేవరకు ఉష్ణవహనం జరుగుతుంది.
*ఉష్ణసంవహనం: ఒక ప్రవాహిలో ఉన్న కింది అణువులు ఉష్ణాన్ని గ్రహించి పైకి వెళ్లి, చల్లని అణువులు కిందికి వచ్చి ఉష్ణాన్ని గ్రహించి పైకి వెళ్లడం ద్వారా ఉష్ణాన్ని ఒక చోటు నుంచి మరొక చోటుకు ప్రసరించే పద్ధతిని ''ఉష్ణసంవహనం" అంటారు. ప్రవాహిలోని వివిధ భాగాల్లోని సాంద్రతల మధ్య ఉన్న తేడా వల్ల ఇది జరుగుతుంది.
* ఉష్ణవికిరణం: రెండు ప్రదేశాల మధ్య ఏ వస్తువు సహాయం లేకుండా, ఏ యానకం అవసరం లేకుండా ఉష్ణం ఒక ప్రదేశం నుంచి మరో ప్రదేశానికి ప్రవహించే పద్ధతిని ''ఉష్ణవికిరణం" అంటారు.
ఉదా: సూర్యుడికి, భూమికి మధ్య ఉష్ణప్రసారం.
      *ఎండలో నిలబడితే శరీరం వేడెక్కడం.
      * శూన్యంలో ఉష్ణప్రసారం.
      * థర్మోస్కోప్‌లో ఉష్ణవికిరణం ద్వారా గొట్టంలోని రంగు నీటి స్థితి మారడం.
ఉష్ణమాపకం: ఉష్ణోగ్రతను కొలవడానికి ఉష్ణమాపకాన్ని ఉపయోగిస్తారు. వేడి చేస్తే పదార్థాలు వ్యాకోచిస్తాయి అనే సూత్రంపై ఆధారపడి ఉష్ణమాపకాలు పనిచేస్తాయి. సాధారణంగా ఉష్ణమాపకాల్లో పాదరసాన్ని తీసుకుంటారు. దీనికి కారణం పాదరసం ఏకరీతిగా వ్యాకోచిస్తుంది, గోడలకు అంటుకోదు, ప్రకాశవంతంగా మెరుస్తుంది, విశిష్టోష్ణం తక్కువ, ద్రవీభవన స్థానం -37ºC, బాష్పీభవన స్థానం 357ºC. ఉష్ణమాపకంలో మంచు ద్రవీభవన స్థానాన్ని అధోస్థిర బిందువుగా, నీటి బాష్పీభవన స్థానాన్ని ఊర్ధ్వస్థిర బిందువుగా తీసుకుంటారు. హిస్సామీటర్ సహాయంతో ఊర్ధ్వస్థిర స్థానాన్ని గుర్తిస్తారు

* ఉష్ణోగ్రతామానాల మధ్య సంబంధం:

* ఫారన్‌హీట్ ఉష్ణోగ్రతామానంలో మానవ శరీర ఉష్ణోగ్రత 98.4ºF అయితే సెల్సియస్ మానంలో 36.9º  37º ఉంటుంది. ఫారన్‌హీట్, సెల్సియస్ ఉష్ణోగ్రతా మానాలు -40º వద్ద సమానమవుతాయి.
* మానవ శరీర సాధారణ ఉష్ణోగ్రతను జ్వరమాపకం సహాయంతో కొలుస్తారు. దీనిలో 95ºF నుంచి 110ºF వరకు మాత్రమే ఉంటుంది. అంటే సెల్సియస్‌లో 35ºC నుంచి 43º వరకు విభజించి ఉంటుంది.
* ఉష్ణ ఫలితాలు (Effects of Heat): వేడి చేయడం వల్ల వస్తువు వ్యాకోచించి దాని పరిమాణం పెరగవచ్చు. వ్యాకోచించే గుణం వాయువులకు చాలా ఎక్కువగా, ద్రవ పదార్థాలకు తక్కువగా, ఘన పదార్థాలకు చాలా తక్కువగా ఉంటుంది. పదార్థం స్థితిలో మార్పు జరుగుతుంది.
ఉదా: మంచును వేడిచేస్తే నీరుగా మారుతుంది.
* రసాయన చర్యా వేగాన్ని వృద్ధి చేస్తుంది.
* విశిష్టోష్ణం: ప్రమాణ ద్రవ్యరాశి ఉన్న ఒక వస్తువులో 1 డిగ్రీ సెంటీగ్రేడ్ ఉష్ణోగ్రతాభివృద్ధికి కావాల్సిన ఉష్ణాన్ని, ఆ వస్తువు విశిష్టోష్ణం అంటారు. ఇది ఆ వస్తువు తయారైన పదార్థంపై ఆధారపడుతుంది. విశిష్టోష్ణాన్ని 'S' తో సూచిస్తారు.
 

* CGS ప్రమాణాలు = క్యాలరీ/గ్రాంC
* SI ప్రమాణాలు = Joule / KgºC
* ఘన, ద్రవపదార్థాల విశిష్టోష్ణాన్ని మిశ్రమాల పద్ధతి ద్వారా కనుక్కోవచ్చు.

* నీటికి ఉన్న అత్యధిక విశిష్టోష్ణం వల్ల ధ్రువాలు, భూమధ్యరేఖ వద్ద వాతావరణాన్ని నియంత్రిస్తోంది.

 స్థితి మార్పు (Change of state)

      పదార్థాలు ఘన, ద్రవ, వాయు స్థితులలో ఉంటాయి. వాటిని వేడిచేసి లేదా చల్లార్చి ఒక స్థితి నుంచి మరొక స్థితిలోకి మార్చవచ్చు.
* విశిష్ట గుప్తోష్ణం: ప్రమాణ ద్రవ్యరాశి ఉన్న ఒక వస్తువును దాని ఉష్ణోగ్రతలో మార్పు లేకుండా ప్రస్తుత స్థితి నుంచి పై స్థితికి మార్చడానికి కావాల్సిన ఉష్ణరాశిని విశిష్ట గుప్తోష్ణం అంటారు. గుప్తోష్ణాన్ని 'L' తో సూచిస్తారు.
* ద్రవీభవన గుప్తోష్ణం: ఉష్ణోగ్రతలో మార్పు లేకుండా ఒక వస్తువును ఘన స్థితి నుంచి ద్రవస్థితిలోకి మార్చడానికి కావాల్సిన ఉష్ణరాశిని ద్రవీభవన గుప్తోష్ణం అంటారు. మంచు ద్రవీభవన గుప్తోష్ణం 80 క్యాలరీలు/ గ్రాము.
* బాష్పీభవన గుప్తోష్ణం: ఉష్ణోగ్రతలో మార్పు లేకుండా ఒక వస్తువును ద్రవస్థితి నుంచి వాయు స్థితిలోకి మార్చడానికి కావాల్సిన ఉష్ణరాశిని బాష్పీభవన గుప్తోష్ణం అంటారు. నీటి బాష్పీభవన గుప్తోష్ణం 540 క్యాలరీలు / గ్రాము.
* తాపన నియంత్రకాలు: తాపన నియంత్రకాలను విద్యుత్ పరికరాల్లో విద్యుత్ వల్ల ఉత్పత్తి అయ్యే ఉష్ణాన్ని నియంత్రించేందుకు ఉపయోగిస్తారు.
ఉదా: విద్యుత్ ఇస్త్రీ పెట్టెలు, రిఫ్రిజిరేటర్లు, థర్మోస్టాట్, అగ్ని ప్రమాదాలను పసిగట్టే పరికరాలు.
* కెలోరిమితి - కెలోరీమీటర్: ఉష్ణాన్ని, ఉష్ణ సంబంధమైన రాశుల్ని కొలవడాన్ని 'కెలోరిమితి' అంటారు. అధిక ఉష్ణం ఉన్న వస్తువులోని ఉష్ణ నష్టం, అల్ప ఉష్ణం ఉన్న వస్తువు ఉష్ణ లాభానికి సమానమని కెలోరిమితి ప్రాథమిక సూత్రం తెలుపుతుంది. ఉష్ణ రాశులను కొలవడానికి వాడే పరికరమే కెలోరీమీటర్.
* ఇంధనం - కెలోరిఫిక్ విలువ: గాలిలో మండి ఉష్ణశక్తిని ఇచ్చే పదార్థాన్ని ఇంధనం అంటారు. ప్రమాణ ద్రవ్యరాశి ఉన్న ఒక ఇంధనం గాలిలో సంపూర్ణంగా మండి విడుదల చేసే ఉష్ణశక్తినే ఆ ఇంధన కెలోరిఫిక్ విలువ (లేదా) విశిష్టశక్తి అంటారు.
* CGS ప్రమాణం = Calorie / gram
* SI ప్రమాణం = Joule / Kilogram
* బాంబ్ కెలోరీమీటర్: ఒక ఇంధనం కెలోరిఫిక్ విలువను (లేదా) విశిష్ట శక్తిని బాంబ్ కెలోరీమీటర్‌ను ఉపయోగించి కనుక్కోవచ్చు.
* ఉష్ణదక్షత: వస్తువును వేడి చేయడానికి ఉపయోగపడిన ఉష్ణరాశి (QU), ఇంధనం ఉత్పత్తి చేసిన మొత్తం ఉష్ణరాశు (QT) ల నిష్పత్తిని ఉష్ణదక్షత అంటారు.
 
* ప్రెషర్ కుక్కర్: ప్రెషర్ కుక్కర్ పీడనం ఎక్కువైతే మరిగే స్థానం పెరుగుతుంది అనే సూత్రంపై ఆధారపడి పనిచేస్తుంది. దీని లోపల 120ºC వరకు ఉష్ణోగ్రత పెరుగుతుంది.
* స్కేటింగ్: పీడనం ఎక్కువైతే మంచు ద్రవీభవన స్థానం తగ్గుతుంది అనే సూత్రంపై ఆధారపడి పనిచేస్తుంది.
* సిక్స్ గరిష్ఠ - కనిష్ఠ ఉష్ణమాపకం: ఒక రోజులో గరిష్ఠ, కనిష్ఠ ఉష్ణోగ్రతలను కొలిచే థర్మామీటర్‌ను సిక్స్ గరిష్ఠ - కనిష్ఠ ఉష్ణమాపకం అంటారు. దీన్ని సిక్స్ అనే శాస్త్రజ్ఞుడు తయారు చేశాడు.