04.05.02 – නිව්ටන්ගේ සිසිලන නියමය

0
361

අර්ථ දැක්වීම

කෘත සංවහනය වන වස්තුවකින් පරිසරයට තාපය හානි වීමේ ශීඝ්‍රතාව වස්තුවේ අතිරික්ත උෂ්ණත්වයට අනුලෝමව සමානුපාතික වේ.

(dQ/dt) α (θ – θR) \rightarrow A

තාපය හානි වන පෘෂ්ඨ වර්ගඵලය වැඩිවන විටදී (dQ/dt) වැඩිවන නිසා,

(dQ/dt) α A \rightarrow B

A හා B න්,

(dQ/dt) α A(θ – θR)

(dQ/dt) = EA(θ – θR)

E= සිසිලන නියතය

E අගය පෘෂ්ඨයේ ස්වභාවය මත රඳා පවතී.

දිලිසෙන පෘෂ්ඨ වල E අඩුය.

අඳුරු රළු පෘෂ්ඨ වල E වැඩිය.

  • නිව්ටන්ගේ සිසිලන නියමය හඳුන්වා දී ඇත්තේ කෘත සංවහනය සඳහා ය.
  • නමුත් අතිරික්ත උෂ්ණත්වය 300C  ට අඩු අවස්ථාවල දී ස්වාභාවික සංවහනය සඳහා ද නියමය වලංගු වේ.

සිසිලන වක්‍ර

  • රත් කළ වස්තුවක් කෘත සංවහන තත්ව යටතේ සිසිලන වීමට සලස්වා ඇති අවස්ථාවක් සලකමු.
  • වස්තුවෙන් සිසිලන නියමයට අනුව තාපය හානි වන නිසා කාලය සමග උෂ්ණත්වය අඩු වීම සිදුවේ.
  • සමාන කාලාන්තරවල දී වස්තුවේ උෂ්ණත්ව මැන පහත ආකාරයේ උෂ්ණත්ව කාල ප්‍රස්තාරයක් ලබා ගත හැකිය.
  • එය සිසිලන වක්‍රයක් ලෙස හඳුන්වයි.
  • වස්තුවෙන් තාපය හානි වීමේ ශීඝ්‍රතාව අතිරික්ත උෂ්ණත්වයට සමානුපාතික වන නිසා වස්තුව සිසිලනය වීමත් සමග තාපය හානි වීමේ ශීඝ්‍රතාවයද අඩුවේ.
  • එබැවින් වස්තුවේ උෂ්ණත්වය පහළ යන්නේ අඩුවන ශීඝ්‍රතාවයකිනි.
  • වක්‍රයේ කිසියම් ලක්ෂයකට ඇදි ස්පර්ශකයේ අනුක්‍රමණය මගින් උෂ්ණත්වය පහළ යාමේ ශීඝ්‍රතාව / සිසිලන ශීඝ්‍රතාව ලැබේ.
  • වස්තුවකට තාපය සපයන විට එහා උෂ්ණත්වය ඉහළ යන අතර තාපය ඉවත් කිරීමේ දී උෂ්ණත්වය පහළ යාම සිදුවේ. තාපය හානි වීමේ ශීඝ්‍රතාව dQ/dt වන අවස්ථාවක උෂ්ණත්වය පහළ යන ශීඝ්‍රතාව dθ/dt නම්,

Q = m c θ

m, c නියත බැවින්,

සිසිලන නියමයට අනුව රත් වූ වස්තුවකින් තාපය හානි වීමේ ශීඝ්‍රතාව dQ/dt නම්,

තාපය හානි වීම නිසා උෂ්ණත්වය වෙනස්වන අවස්තාවකදී dQ/dt පද සමාන කිරීමෙන්,

සිසිලනය සඳහා ගත වන කාල ගණනය කිරීම

300C පරිසර උෂ්ණත්වයේ දී තබා ඇති රත් කළ වස්තුවක් 710C සිට 690C දක්වා සිසිල් වීමට 100s ගතවේ නම් 690C සිට 670C දක්වා සිසිලනය වීමට ගත වන කාලය සොයන්න.

(dθ/dt) α (θ-θR)

සිසිලන ශීඝ්‍රතාවයේ මධ්‍යන්‍ය අගය = (71-69)/100

(71-69/100) α (θ-θR)

අමතර උෂ්ණත්වයේ මධ්‍යන්‍ය අගය = (71+69)/2

එම නිසා,

(2/100) α (70-30)

1/50 α 40 \rightarrow P

මෙලෙස ම,

(dθ/dt) α (θ-θR)

(2/t) α (68-30)

(2/t) α (38) \rightarrow Q

P/Q ගෙන්,

t = 40 x 100 / 38

t = 105.26 s

අවස්ථා විපර්යාසයක් සිදුවන විටදී සිසිලන වක්‍ර ලබා ගැනීම

ද්‍රව වන තුරු රත් කළ ඉටි කිසියම් ස්කන්ධයක් සඳහා ලබා ගන්නා සිසිලන වක්‍රය පහත දැක්වේ.

  • ද්‍රව ඉටි සිසිල් වීම සිදුවන්නේ A සිට B දක්වා පමණි. B දක්වා පැමිණි පසු කිසියම් කාලයක් පද්ධතියේ උෂ්ණත්වය නියතව තබා ගනී.
  • මෙම කාලය තුළ ද සිසිලන නියමය අනුව පද්ධතියෙන් තාපය හානි වේ.
  • එයින් සිදුවන්නේ ද්‍රව ඉටි ඝන ඉටි බවට පත්වීමයි.
  • C දක්වා පැමිණෙන විට ඉටි මුළු ස්කන්ධය ම ඝන බවට පත් වී අවසන් ය.

BC ප්‍රාන්තරය තුල හානි වන තාපය Q නම්,

Q=mL

CD ප්‍රාන්තරය තුළ සිදුවන්නේ ඝනය පරිසර උෂ්ණත්වය දක්වා සිසිල් වීමයි.

සිසිලන ක්‍රමයෙන් ද්‍රවයක විශිෂ්ට තාප ධාරිතාව සෙවීම

ද්‍රව්‍ය හා උපකරණ

  • පියන හා මන්ථය සහිත බාහිර පෘෂ්ඨය ඔප දමන ලද කැලරිමීටරයක්,
  • 10-1100C උෂ්ණත්වමානයක්,
  • විදුලි පංකාවක්,
  • විරාම ඔරලෝසුවක්,
  • තෙදඬු තුලාවක්,
  • ප්‍රමාණවත් තරම් ජලය සහ ද්‍රවය

සිද්ධාන්තය

අනවරත වායු ප්‍රවාහයක සිසිල් වන රත් වූ වස්තු දෙකක පෘෂ්ඨවල ස්වභාවය, ක්ෂේත්‍රඑලය හා වස්තු හා වටපිටාව අතර අතිරික්ත උෂ්ණත්ව සර්වසම වේ නම්, ඒවායේ තාප හානි වීමේ මධ්‍යන්‍ය ශීඝ්‍රතා සමාන වේ.

එක ම කැලරිමීටරයක් භාවිත කොට සමාන පරිමාවෙන් යුත් ද්‍රව දෙකක් ඉහත තත්ත්ව යටතේ සිසිල් වීමට ඉඩ හළ විට,

  • මන්ථය සහිත හිස් කැලරිමීටරයේ ස්කන්ධය m1 ද,
  • ජලය සහිත කැලරිමීටරයේ ස්කන්ධය m2 ද,
  • ද්‍රවය සහිත කැලරිමීටරයේ ස්කන්ධය m3 ද,
  • θ1 උෂ්ණත්වයේ සිට θ2 උෂ්ණත්වයට සිසිල් වීමට කැලරිමීටරය තුළ ජලය ඇති අවස්ථාවේ ගත වන කාලය tl ද, ද්‍රවය ඇති අවස්ථාවේ ගත වන කාලය tw ද,
  • කැලරිමීටරය සාදා ඇති ද්‍රව්‍යයේ විශිෂ්ට තාප ධාරිතාව c ද,
  • ජලයේ විශිෂ්ට තාප ධාරිතාව Cw ද,
  • ද්‍රවයේ විශිෂ්ට තාප ධාරිතාව Cl ද නම්,

අවස්ථා දෙකේ, තාපය හානි වීමේ මධ්‍යන්‍ය ශීඝ්‍රතා සමාන බැවින්,

මෙමඟින් c1 ගණනය කළ හැකි ය.

ක්‍රමය

  • මන්ථය සහිත කැලරිමීටරයේ ස්කන්ධය m1 මැන ගන්න. 700C ක්‍ ට පමණ රත් කළ ජලයෙන් කැලරිමීටරයේ මුදුනෙන් සෙන්ටිමීටරයක් පමණ තෙක් පුරවා පියන වසා රූපයේ දැක්වෙන පරිදි ආධාරකයකින් එල්ලන්න.
  • අසලින් තැබූ විදුලි පංකාවක් මගින් සපයන අනවරත වාත ධාරාවක් තුළ කැලරිමීටරය සිසිල් වීමට සලස්වන්න.
  • ජලය නිරතුරුව කලතමින් විරාම ඝටිකාවක් භාවිත කර උෂ්ණත්වය 400C ක්‍ පමණ වන තෙක් තත්පර 30 කට වරක් උෂ්ණත්වය සටහන් කර ගන්න.
  • අවසානයේ දී ජලය සහිත කැලරිමීටරයේ ස්කන්ධය m2 මැන ගන්න.
  • කැලරිමිීටරයේ ජලය ඉවත් කර හොඳින් පිස දමා, වියළා ඒ වෙනුවට රත් කළ ද්‍රවයේ සමාන පරිමාවක් ඒ තුළට දමා ද්‍රවය සඳහා ද පෙර සේ ම පාඨාංක ලබා ගන්න.
  • ද්‍රවය සමග කැලරිමීටරයේ ස්කන්ධය m3 ලබා ගන්න. පාඨාංක වගුවේ සටහන් කර ගන්න.

පාඨාංක හා ගණනය

කාලය (මිනිත්තු)00.51.02.02.53.0
ජලයේ උෂ්ණත්වය 0C      
ද්‍රවයේ උෂ්ණත්වය 0C      

මන්ථය සහිත හිස් කැලරිමීටරයේ ස්කන්ධය m1 =  —–

ජලය සහිත කැලරිමීටරයේ ස්කන්ධය m2 =  —–

ද්‍රවය සහිත කැලරිමීටරයේ ස්කන්ධය m3 = —–

θ10C සිට θ20C දක්වා පරාසය තුළ ජලය සිසිල් වීමට ගත වූ කාලය tw = —–

θ10C සිට θ20C දක්වා පරාසය තුළ ද්‍රවය සිසිල් වීමට ගත වූ කාලය tl = —–

  • එක ම ඛණ්ඩාංක අක්ෂ මත ජලය හා ද්‍රවය සඳහා කාලයට එදිරිව උෂ්ණත්ව වක්‍රය සුමට ව අඳින්න.
  • උෂ්ණත්ව-කාල වක්‍ර මඟින් එක ම උෂ්ණත්ව අන්තරය තුළ සිසිල් වීමට ද්‍රවයටත්, ජලයටත් වෙන වෙන ම ගත වන කාල ලබා ගන්න.
  • Cw සහ Cl සඳහා සම්මත අගයන් භාවිත කර සිද්ධාන්තයට අනුව ද්‍රවයේ විශිෂ්ට තාප ධාරිතාව Cl ගණනය කරන්න.

නිගමනය

  • ගණනයෙන් ලැබූ අගය ද්‍රවයේ විශිෂ්ට තාප ධාරිතාව ලෙස නිගමනය කරන්න.

සාකච්ඡාව

  • පරීක්ෂණයෙන් ඔබ ලබා ගත් අගය ද්‍රවයේ විශිෂ්ට තාප ධාරිතාවේ සම්මත අගය සමග සසඳන්න.
  • පරීක්ෂණයේ දෝෂ අවම කර ගැනීම සඳහා ඔබගේ අදහස් හා යෝජනා ඉදිරිපත් කරන්න.

සටහන

  • අතිරික්ත උෂ්ණත්වය 200C ක් -300C ක් දක්වා කුඩා අගයන් සඳහා ද මෙම පරීක්ෂණය සිදු කළ හැකි අතර, එවිට අනවරත වායු ප්‍රවාහයක් අවශ්‍ය නොවේ.
  • එහෙත් පරීක්ෂණය කරන කාල සීමාව තුළ කැලරිමීටරය අවට නිසල වාත පරිසරයක් පවත්වා ගත යුතු වේ.
  • ගණනය කිරීමේ දී උෂ්ණත්ව පරාසයක් තුළ කැලරිමීටරය මඟින් උෂ්ණත්වය පහත බැසීමේ ශීඝ්‍රතාවල මධ්‍යන්‍ය අගය ලබා ගැනීමට වඩා රූපයේ දැක්වෙන පරිදි නිශ්චිත උෂ්ණත්වයකට අනුරූප උෂ්ණත්ව අතිරික්තයක් සඳහා උෂ්ණත්වය පහත බැසීමේ ශීඝ්‍රතාව ලබා ගැනීම වඩා නිරවද්‍ය වේ.

මෙහිදී θ නම් උෂ්ණත්වයේ දී කාල අක්ෂයට තිරස් රේඛාවක් ඇඳ, ජලය හා ද්‍රවය සඳහා වන රේඛාව කැපෙන

ස්ථානවලට ස්පර්ශක නිර්මාණය කළ යුතු ය (දර්පණයක් භාවිත කොට) එම ස්පර්ශකවල අනුක්‍රමණ αl හා αw නම්,

මෙයින් c1 ගණනය කළ හැකි ය.

Video Links:

Results

#1. අරය r වූ ද විශිෂ්ට තාප ධාරිතාවය s වූ ද ලෝහ ගෝලයක් කේන්ද්‍රය හරහා යන අක්ෂයක් වටා තත්පරයට n වට සංඛ්‍යාවකින් භ්‍රමණය වෙමින් තිබියදී හදිසියේම නතර කෙරිණි. එහි තිබූ ශක්තියෙන් 50% ක් එහි උෂ්ණත්ව නැග්ම සඳහා වැය වුණි නම් ගෝලයේ උෂ්ණත්ව නැග්ම වන්නේ,

#2. A හා B නම් සම ස්කන්ධ, ද්‍රව පරිමා සාම්පල දෙකක් පිළිවෙලින් 12°C හා 19°C යන උෂ්ණත්ව වල පවතී. එම ද්‍රව පරිමා දෙවර්ගය මිශ්‍ර කලවිට, මිශ්‍රණයේ අවසන් උපරිම උෂ්ණත්වය 16°C විය. A හා B හි විශිෂ්ට තාප ධාරිතා අතර අනුපාතය වන්නේ,

#3. මිශ්‍රණ ක්‍රමය මගින් වස්තුවක විශිෂ්ට තාප ධාරිතාව සොයන පරීක්ෂණයේදී 100°C ට රත් කරන ලද ඊයම් මූනිස්සම් කැලරි මීටරයකට එකතු කිරීම සිදු කරන ලදී. පරීක්ෂණය පිළිබඳ අසත්‍ය වනුයේ,

A - ඊයම් මූනිස්සම් 100°C ට රත්කිරීමට හුමාල හබකය භාවිත වේ.
B - එදින තුෂාර අංකය 24°C හා කාමර උෂ්ණත්වය 30°C නම් පරීක්ෂණය 25°C න් ආරම්භ කර 32°C වලින් අවසන් කළ යුතුය.
C - ඔප දැමූ කැලරි මීටරයක් භාවිතයෙන් සන්නයනයෙන් සිදුවන තාප හානිය වළක්වා ගත හැක.

#4. 35 kg බර විශිෂ්ට තාප ධාරිතාව 3600 J kg-1 K-1 වන පලතුරු ඇසුරුමක් තිරසට 30° ක් ආනත 7.6 m දිගැති රළු ආනත තලයක් දිගේ නිශ්චලතාවයෙන් ආරම්භ වී පහළට තල්ලු වී යයි. ආනත තලය පාමුලදී එහි ප්‍රවේගය 2 ms-1 වේ. පලතුරු ඇසුරුම ආනත තලය පාමුළට ළඟාවන විට එය ලක් වන උෂ්ණත්ව වෙනස කොපමණද?

#5. තාප ධාරිතාවය නොගිණිය හැකි බඳුනක ඇති ද්‍රවයක් ඒකාකාර සීග්‍රතාවයකින් තාපය සපයමින් රත් කරන විට එය වාෂ්පීකරණයට මොහොතකට පෙර උෂ්ණත්වය වැඩිවීමේ ශීග්‍රතාවය 4°C min-1 වේ. තාපාංකය ට පත් වූ පසු 40 min තුලදී ද්‍රවය සම්පූර්ණයෙන්ම වාෂ්ප විය. ද්‍රවයේ විශිෂ්ට තාප ධාරිතාවය හා එහි වාෂ්පීකරණයේ විශිෂ්ට ගුප්ත තාපය අතර අනුපාතය වන්නේ,

finish

ඔබේ අදහස් හා ප්‍රශ්න ඇතුළත් කරන්න.