MPSC सामान्य विज्ञान - भौतिकशास्त्र (उष्णता आणि तापमान, उष्णतेचे वहन, विशिष्ट उष्णता)

MPSC राज्यसेवा पूर्व परीक्षा
सामान्य विज्ञान - भौतिकशास्त्र
(उष्णता आणि तापमान, उष्णतेचे वहन, विशिष्ट उष्णता)

१. तापमान आणि उष्णता (Temperature and Heat)

तापमान हे वस्तूच्या उष्णतेच्या स्तराचे माप आहे (सरासरी गतिज ऊर्जा), तर उष्णता ही ऊर्जेची एक रूप आहे जी तापमानातील फरकामुळे एका वस्तूपासून दुसऱ्या वस्तूपर्यंत वहन होते.

तापमान : स्केलर राशी, एकक : Kelvin (K), Celsius (°C), Fahrenheit (°F)
उष्णता : ऊर्जा, एकक : जूल (J) किंवा कॅलरी (cal) → १ cal = ४.१८६ J

तापमान स्केल रूपांतरण

^\circ C = \frac{5}{9} (^ \circ F - 32)

K = ^\circ C + 273.15

^\circ F = \frac{9}{5} ^\circ C + 32

MPSC मध्ये रूपांतरण प्रश्न येतात : "मानवी शरीराचे तापमान ९८.६ °F सेल्सिअसमध्ये किती?" → ३७ °C.

२. विशिष्ट उष्णता (Specific Heat Capacity)

वस्तूच्या एकक द्रव्यमानाचे तापमान १ °C ने वाढवण्यासाठी आवश्यक उष्णतेचे प्रमाण.

c = \frac{Q}{m \Delta T}

(Q = उष्णता, m = द्रव्यमान, ΔT = तापमान बदल)

एकक : J/kg·K किंवा cal/g·°C
पाण्याची विशिष्ट उष्णता सर्वाधिक : ४१८६ J/kg·K (१ cal/g·°C)
महत्त्व : पाण्यामुळे समुद्राजवळील हवामान समशीतोष्ण राहते (उन्हाळ्यात थंड, हिवाळ्यात उबदार).

पदार्थ	विशिष्ट उष्णता (J/kg·K)
पाणी	४१८६
बर्फ	२१००
अॅल्युमिनियम	९००
लोखंड	४६०
पारा	१४०

उष्णता समीकरण :

Q = mc\Delta T

→ दोन वस्तूंच्या उष्णता देवाणघेवाणीत

Q_{गमावलेली} = Q_{मिळालेली}

प्रश्न : "समुद्रकिनाऱ्याजवळ रात्री वारा समुद्राकडे का वाहतो?" → जमीन लवकर थंड होते (कमी विशिष्ट उष्णता).

३. उष्णतेचे वहन (Modes of Heat Transfer)

वहन (Conduction)

उष्णता पदार्थाच्या थेट संपर्कातून एका भागातून दुसऱ्या भागात वहन होते (मुख्यतः घन पदार्थात).

\frac{Q}{t} = \frac{kA \Delta T}{d}

(k = उष्णता वहन गुणांक)

चांगले वहक : धातू (तांबे, चांदी)
कुचालक : लाकूड, हवा, प्लॅस्टिक
उदाहरण : भांडी गरम होणे, हात जळणे.

संवहन (Convection)

उष्णतेमुळे द्रव/वायूच्या कणांच्या हालचालीमुळे उष्णता वहन (द्रव आणि वायूत).

उदाहरण : पाणी उकळताना खालचा भाग वर येतो, समुद्री वारे, मान्सून.
प्रकार : नैसर्गिक (घनता फरकामुळे) आणि जबरदस्तीचे (पंखा).

विकिरण (Radiation)

विद्युतचुंबकीय लहरींद्वारे उष्णता वहन (व्हॅक्यूममध्येही शक्य).

सर्व वस्तू विकिरण उत्सर्जित करतात (काळ्या वस्तू सर्वोत्तम).
स्टेफन-बोल्टझमन नियम : $P = \sigma A T^4$
उदाहरण : सूर्याची उष्णता, थर्मोस फ्लास्क (चांदीचा थर विकिरण रोखतो).

वहन प्रकार	माध्यम	उदाहरण
वहन	घन	तव्यावरचे भांडे
संवहन	द्रव/वायू	रूम हीटर
विकिरण	कोणतेही (व्हॅक्यूम)	सूर्याची उष्णता

MPSC मध्ये तुलनात्मक प्रश्न : "थर्मोसमध्ये कॉफी कशी गरम राहते?" → विकिरण रोखले जाते, संवहन/वहन कमी.

उष्णता वहनाचे दैनंदिन उपयोग : स्वेटर (हवा अडकवून संवहन रोखतो), पक्षी फुगवतात (हवा अडकते).

MPSC राज्यसेवा पूर्व परीक्षासामान्य विज्ञान - भौतिकशास्त्र(उष्णता आणि तापमान, उष्णतेचे वहन, विशिष्ट उष्णता)