Class 11 Physics Notes Chapter 11 (Chapter 11) – Examplar Problems (Hindi) Book

नमस्ते विद्यार्थियों!

आज हम कक्षा 11 भौतिकी के एक बहुत ही महत्वपूर्ण अध्याय, 'पदार्थ के ऊष्मीय गुण' (Thermal Properties of Matter) पर विस्तार से चर्चा करेंगे। यह अध्याय प्रतियोगी परीक्षाओं, जैसे NEET, JEE, और अन्य सरकारी परीक्षाओं की दृष्टि से अत्यंत महत्वपूर्ण है। इसलिए, इसके सभी मुख्य बिंदुओं को ध्यान से समझना आवश्यक है। चलिए, हम इस अध्याय के विस्तृत नोट्स और कुछ महत्वपूर्ण बहुविकल्पीय प्रश्नों (MCQs) का अध्ययन करते हैं।

अध्याय 11: पदार्थ के ऊष्मीय गुण - विस्तृत नोट्स

इस अध्याय में हम ताप, ऊष्मा, तापीय प्रसार, ऊष्मा स्थानांतरण और पदार्थ की अवस्था परिवर्तन जैसी अवधारणाओं को समझेंगे।

1. ताप तथा ऊष्मा (Temperature and Heat)

• ताप (Temperature): यह किसी वस्तु की गर्माहट या ठंडक की माप है। यह निर्धारित करता है कि ऊष्मा का प्रवाह किस दिशा में होगा (सदैव उच्च ताप से निम्न ताप की ओर)। इसका SI मात्रक केल्विन (K) है।
• ऊष्मा (Heat): ऊष्मा, ऊर्जा का एक रूप है जो तापांतर के कारण एक वस्तु से दूसरी वस्तु में स्थानांतरित होती है। इसका SI मात्रक जूल (J) है।

2. तापीय प्रसार (Thermal Expansion)

जब किसी वस्तु को गर्म किया जाता है, तो उसके परमाणुओं के बीच की दूरी बढ़ जाती है, जिससे वस्तु के आकार में वृद्धि होती है। इसे तापीय प्रसार कहते हैं। यह तीन प्रकार का होता है:

• रैखिक प्रसार (Linear Expansion): जब किसी छड़ की लंबाई में ताप के कारण वृद्धि होती है।

  • सूत्र: ΔL = L₀ α ΔT
  • जहाँ, ΔL = लंबाई में परिवर्तन, L₀ = प्रारंभिक लंबाई, α = रैखिक प्रसार गुणांक, ΔT = ताप में परिवर्तन।

• क्षेत्रीय प्रसार (Superficial/Area Expansion): जब किसी वस्तु के क्षेत्रफल में ताप के कारण वृद्धि होती है।

  • सूत्र: ΔA = A₀ β ΔT
  • जहाँ, ΔA = क्षेत्रफल में परिवर्तन, A₀ = प्रारंभिक क्षेत्रफल, β = क्षेत्रीय प्रसार गुणांक।

• आयतन प्रसार (Volume Expansion): जब किसी वस्तु के आयतन में ताप के कारण वृद्धि होती है।

  • सूत्र: ΔV = V₀ γ ΔT
  • जहाँ, ΔV = आयतन में परिवर्तन, V₀ = प्रारंभिक आयतन, γ = आयतन प्रसार गुणांक।

• α, β और γ में संबंध: α : β : γ = 1 : 2 : 3 या β = 2α और γ = 3α। यह संबंध प्रतियोगी परीक्षाओं के लिए बहुत महत्वपूर्ण है।

• जल का असंगत प्रसार (Anomalous Expansion of Water): जल 0°C से 4°C तक गर्म करने पर सिकुड़ता है और इसका घनत्व बढ़ता है। 4°C पर जल का घनत्व अधिकतम होता है। 4°C के बाद गर्म करने पर यह सामान्य द्रवों की तरह फैलता है।

3. विशिष्ट ऊष्मा धारिता (Specific Heat Capacity)

• किसी पदार्थ के इकाई द्रव्यमान का ताप 1°C (या 1K) बढ़ाने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा को उस पदार्थ की विशिष्ट ऊष्मा धारिता (c) कहते हैं।
• सूत्र: Q = mcΔT
• जहाँ, Q = दी गई ऊष्मा, m = द्रव्यमान, c = विशिष्ट ऊष्मा धारिता, ΔT = ताप में परिवर्तन।
• इसका SI मात्रक J kg⁻¹ K⁻¹ है। जल की विशिष्ट ऊष्मा धारिता बहुत अधिक होती है (4186 J kg⁻¹ K⁻¹)।

4. अवस्था परिवर्तन तथा गुप्त ऊष्मा (Change of State and Latent Heat)

• अवस्था परिवर्तन: पदार्थ का एक अवस्था (ठोस, द्रव, गैस) से दूसरी अवस्था में बदलना। यह प्रक्रिया नियत ताप पर होती है।
• गुप्त ऊष्मा (Latent Heat, L): नियत ताप पर किसी पदार्थ की अवस्था परिवर्तन के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा को गुप्त ऊष्मा कहते हैं।
• सूत्र: Q = mL
  • गलन की गुप्त ऊष्मा (Latent Heat of Fusion, Lf): ठोस को द्रव में बदलने के लिए आवश्यक ऊष्मा। बर्फ के लिए इसका मान 3.33 × 10⁵ J/kg होता है।
  • वाष्पन की गुप्त ऊष्मा (Latent Heat of Vaporization, Lv): द्रव को गैस में बदलने के लिए आवश्यक ऊष्मा। जल के लिए इसका मान 22.6 × 10⁵ J/kg होता है।

5. ऊष्मा स्थानांतरण (Heat Transfer)

ऊष्मा का एक स्थान से दूसरे स्थान तक जाने की प्रक्रिया को ऊष्मा स्थानांतरण कहते हैं। इसकी तीन विधियाँ हैं:

• चालन (Conduction):

  • यह विधि मुख्यतः ठोसों में होती है। इसमें पदार्थ के कण अपना स्थान छोड़े बिना कंपन द्वारा ऊष्मा को आगे स्थानांतरित करते हैं।
  • ऊष्मा प्रवाह की दर (ऊष्मीय धारा): H = dQ/dt = kA(T₁ - T₂)/L
  • जहाँ, k = पदार्थ की ऊष्मा चालकता (Thermal Conductivity), A = अनुप्रस्थ काट का क्षेत्रफल, (T₁ - T₂) = तापांतर, L = लंबाई।

• संवहन (Convection):

  • यह विधि द्रवों तथा गैसों में होती है। इसमें पदार्थ के कण स्वयं गति करके ऊष्मा का स्थानांतरण करते हैं।
  • उदाहरण: पानी का उबलना, समुद्री समीर और स्थलीय समीर।

• विकिरण (Radiation):

  • इसमें ऊष्मा का स्थानांतरण विद्युत चुम्बकीय तरंगों के रूप में होता है। इसे किसी माध्यम की आवश्यकता नहीं होती।
  • सूर्य से पृथ्वी तक ऊष्मा विकिरण द्वारा ही पहुँचती है।
  • स्टीफन-बोल्ट्ज़मान का नियम (Stefan-Boltzmann Law): किसी कृष्णिका (Black body) के एकांक पृष्ठ क्षेत्रफल से प्रति सेकंड उत्सर्जित विकिरण ऊर्जा (E) उसके परमताप (T) की चौथी घात के अनुक्रमानुपाती होती है।
    • E = σT⁴ (σ = स्टीफन नियतांक)
  • वीन का विस्थापन नियम (Wien's Displacement Law): किसी कृष्णिका से उत्सर्जित अधिकतम ऊर्जा के संगत तरंगदैर्घ्य (λₘ) उसके परमताप (T) के व्युत्क्रमानुपाती होता है।
    • λₘT = b (b = वीन नियतांक)
  • न्यूटन का शीतलन नियम (Newton's Law of Cooling): यदि किसी वस्तु और उसके परिवेश के बीच तापांतर बहुत कम हो, तो वस्तु के ठंडे होने की दर (तापमान में गिरावट की दर) उस तापांतर के अनुक्रमानुपाती होती है।
    • -dT/dt ∝ (T - T₀)

अभ्यास हेतु महत्वपूर्ण बहुविकल्पीय प्रश्न (MCQs)

प्रश्न 1: किसी पदार्थ के रैखिक प्रसार गुणांक (α), क्षेत्रीय प्रसार गुणांक (β) और आयतन प्रसार गुणांक (γ) के बीच सही संबंध क्या है?
(a) α:β:γ = 3:2:1
(b) α:β:γ = 1:2:3
(c) α:β:γ = 2:3:1
(d) α:β:γ = 1:3:2

प्रश्न 2: जल का घनत्व किस तापमान पर अधिकतम होता है?
(a) 0°C
(b) 100°C
(c) 4°C
(d) -4°C

प्रश्न 3: ऊष्मा स्थानांतरण की कौन सी विधि में माध्यम की आवश्यकता नहीं होती है?
(a) चालन
(b) संवहन
(c) विकिरण
(d) उपरोक्त सभी

प्रश्न 4: स्टीफन-बोल्ट्ज़मान नियम के अनुसार, किसी कृष्णिका द्वारा उत्सर्जित ऊर्जा (E) उसके परमताप (T) के साथ कैसे परिवर्तित होती है?
(a) E ∝ T
(b) E ∝ T²
(c) E ∝ T³
(d) E ∝ T⁴

प्रश्न 5: एक गर्म चाय का कप कमरे में रखा है। यह न्यूटन के शीतलन नियम का पालन करते हुए ठंडा होता है। शीतलन की दर सबसे अधिक कब होगी?
(a) जब चाय बहुत गर्म हो
(b) जब चाय कमरे के तापमान के करीब हो
(c) शीतलन की दर हमेशा स्थिर रहती है
(d) जब चाय का तापमान 40°C हो

प्रश्न 6: गुप्त ऊष्मा का SI मात्रक क्या है?
(a) जूल
(b) जूल/किग्रा
(c) जूल/केल्विन
(d) जूल/किग्रा-केल्विन

प्रश्न 7: वीन के विस्थापन नियम (λₘT = नियतांक) के अनुसार, यदि किसी तारे का ताप बढ़ता है, तो उससे उत्सर्जित अधिकतम ऊर्जा वाला प्रकाश किस ओर विस्थापित होगा?
(a) लाल रंग की ओर
(b) नीले रंग की ओर
(c) तरंगदैर्घ्य में कोई परिवर्तन नहीं होगा
(d) उत्सर्जन बंद हो जाएगा

प्रश्न 8: यदि किसी कृष्णिका का परमताप दोगुना कर दिया जाए, तो उससे उत्सर्जित होने वाली कुल विकिरण ऊर्जा कितने गुना बढ़ जाएगी?
(a) 2 गुना
(b) 4 गुना
(c) 8 गुना
(d) 16 गुना

प्रश्न 9: ऊष्मा चालकता (k) का SI मात्रक क्या है?
(a) W m⁻¹ K⁻¹
(b) W m K⁻¹
(c) W m⁻² K⁻¹
(d) W m⁻¹ K

प्रश्न 10: बादल वाली रातें, साफ रातों की तुलना में गर्म क्यों होती हैं?
(a) बादल सूर्य के प्रकाश को परावर्तित करते हैं
(b) बादल पृथ्वी द्वारा उत्सर्जित विकिरण (ऊष्मा) को वापस पृथ्वी की ओर परावर्तित कर देते हैं
(c) बादल हवा को रोकते हैं
(d) बादलों में जलवाष्प होती है जो ऊष्मा उत्पन्न करती है

उत्तर कुंजी:

1. (b)
2. (c)
3. (c)
4. (d)
5. (a) (क्योंकि तापांतर सबसे अधिक होता है)
6. (b)
7. (b) (ताप बढ़ने पर λₘ घटता है, यानी कम तरंगदैर्घ्य (नीले रंग) की ओर विस्थापन)
8. (d) (क्योंकि E ∝ T⁴, तो (2T)⁴ = 16T⁴)
9. (a)
10. (b)

इन नोट्स और प्रश्नों को अच्छी तरह से तैयार करें। ये आपकी परीक्षा की तैयारी में बहुत सहायक होंगे। शुभकामनाएँ