Samacheer Kalvi 10th Science Books Tamil Medium Thermal Physics

அறிவியல் : அலகு 3 : வெப்ப இயற்பியல்

I.  சரியான விடையைத் தேர்ந்தெடு.

1. பொது வாயு மாறிலியின் மதிப்பு

1. 3.81 J மோல்^–1 K^–1
2. 8.03 J மோல்^–1 K^–1
3. 1.38 J மோல்^–1 K^–1
4. 8.31 J மோல்^–1 K^–1

விடை ; ஈ) 8.31 J மோல்^–1 K^–1

2. ஒரு பொருளை வெப்பப்படுத்தினாலோ அல்லது குளிர்வித்தாலோ அப்பொருளின் நிறையில் ஏற்படும் மாற்றம்

1. நேர்க்குறி
2. எதிர்க்குறி
3. சுழி
4. இவற்றில் எதுவுமில்லை

விடை ; சுழி

3. ஒரு பொருளை வெப்பப்படுத்துபோது அல்லது குளிர்விக்கும்போது ஏற்படும் நீள்வெப்ப விரிவு எந்த அச்சு வழியாக நடைபெறும்?

1. X அல்லது –X
2. Y அல்லது –Y
3. (அ) மற்றும் (ஆ)
4. (அ) அல்லது (ஆ)

விடை ; (அ) அல்லது (ஆ)

4. மூலக்கூறுகளின் சராசரி _________ வெப்பநிலை ஆகும்.

1. இயக்க ஆற்றல் மற்றும் நிலை ஆற்றலுக்கிடையே உள்ள வேறுபாடு
2. இயக்க ஆற்றல் மற்றும் நிலை ஆற்றலின் கூடுதல்
3. மொத்த ஆற்றல் மற்றும் நிலை ஆற்றலுக்கிடையேயான வேறுபாடு
4. இயக்க ஆற்றல் மற்றும் மொத்த ஆற்றலுக்கிடையேயான வேறுபாடு

விடை ; மொத்த ஆற்றல் மற்றும் நிலை ஆற்றலுக்கிடையேயான வேறுபாடு

5. கொடுக்கப்பட்டுள்ள படத்தில் வெப்ப ஆற்றல் பரவும் திசைகள்

1. A ← B, A ← C, B ← C
2. A → B, A → C, B → C
3. A → B, A ← C, B → C
4. A ← B, A → C, B ← C

விடை ; A ← B, A ← C, B ← C

II. கோடிட்ட இடங்களை நிரப்பு.

1. அவகேட்ரோ எண்ணின் மதிப்பு _________

விடை ; 6.023 x 10 ²³

2. வெப்பம் மற்றும் வெப்பநிலை என்பது _________ அளவுகள்

விடை ; ஸ்கேலார் அளவுகள்

3. _________ நிறையுள்ள நீரின் வெப்பநிலையை _________ உயர்த்த தேவையான வெப்ப ஆற்றலின் அளவு ஒரு கலோரி என வரையறுக்கப்படுகிறது.

விடை ; 1 கிராம், 1^oC

4. பாயில் விதியின் படி, மாறா வெப்பநிலையில் ஒரு குறிப்பிட்ட நிறையுடைய வாயுவின் அழுத்தம் அவ்வாயுவின் ____________ எதிர்த்தகவில் அமையும்.

விடை ; பருமனுக்கு

III.  சரியா? தவறா? (தவறு எனில் கூற்றினை திருத்துக)

1. திரவத்திற்கு ஒரு குறிப்பிட்ட வெப்ப ஆற்றல் அளிக்கும்போது ஏற்படும் தோற்ற விரிவு என்பது இயல்பு விரிவை விட அதிகம். ( தவறு )

• திரவத்திற்கு ஒரு குறிப்பிட்ட வெப்ப ஆற்றல் அளிக்கும்போது ஏற்படும் இயல்பு விரிவு என்பது தோற்ற விரிவை விட அதிகம்.

2. ஒரு பொருளில் வெப்ப ஆற்றலானது எப்பொழுதும் உயர் வெப்பநிலை பகுதியிலிருந்து குறைந்த வெப்பநிலை பகுதிக்குப் பரவும். ( சரி )

3. சார்லஸ் விதியின்படி, மாறா அழுத்தத்தில் உள்ள வாயுவில் வெப்பநிலை பருமனுக்கு எதிர் தகவில் அமையும். ( தவறு )

• சார்லஸ் விதியின்படி, மாறா அழுத்தத்தில் உள்ள வாயுவின் வெப்பநிலை பருமனுக்கு நேர் தகவில் அமையும்.

IV. பொருத்துக.

1. நீள் வெப்பவிரிவு	பருமனில் மாற்றம்
2. பரப்பு வெப்ப விரிவு	சூடான பொருளிலிருந்து குளிர்ச்சியான பொருள்
3. பரும வெப்ப விரிவு	1.381 X 10-23 JK-1
4. வெப்ப ஆற்றல் பரவல்	நீளத்தில் மாற்றம்
5. போல்ட்ஸ்மேன் மாறிலி	பரப்பில் மாற்றம

விடை ; 1 – D, 2 – E, 3 – A, 4 – B, 5 – E

V.  பின்வரும் வினாக்களில் கூற்றும் அதனையடுத்து காரணமும் கொடுக்கப்பட்டுள்ளன. பின்வருவனவற்றுள் எது சரியான தெரிவோ அதனைத் தெரிவு செய்க.

அ) கூற்று மற்றும் காரணம் ஆகிய இரண்டும் சரி. மேலும், காரணம் கூற்றுக்குச் சரியான விளக்கம்
ஆ) கூற்று மற்றும் காரணம் ஆகிய இரண்டும் சரி. ஆனால், காரணம் கூற்றுக்குச் சரியான விளக்கமன்று.
இ) கூற்று சரியானது. ஆனால் காரணம் சரியன்று.
ஈ) கூற்று தவறானது. ஆனால், காரணம் சரியானது.

1. கூற்று : ஒரு உலோகத்தின் ஒரு முனையில் வெப்பப்படுத்தும் போது மற்றொரு முனையும் வெப்பம் அடையும்.

காரணம் : வெப்ப ஆற்றலானது வெப்பநிலை குறைவாக உள்ள பகுதியிலிருந்து வெப்பநிலை அதிகமாக உள்ள பகுதிக்கு பரவும்.

• அ) கூற்று மற்றும் காரணம் ஆகிய இரண்டும் சரி. மேலும், காரணம் கூற்றுக்குச் சரியான விளக்கம்

2. கூற்று : திட மற்றும் திரவ பொருள்களை விட வாயு பொருட்கள் அதிக அமுக்கத்திற்கு உட்படும்.

காரணம் : அணுக்கள் அல்லது மூலக்கூறுகளுக்கு இடையே உள்ள தொலைவு ஒப்பிடத் தகுந்த வகையில் அதிகம்.

• அ) கூற்று மற்றும் காரணம் ஆகிய இரண்டும் சரி. மேலும், காரணம் கூற்றுக்குச் சரியான விளக்கம்

VI. சுருக்கமாக விடையளி.

1. ஒரு கலோரி வரையறு

ஒரு கிராம் நிறையுள்ள நீரின் வெப்பநிலையை 1^oC உயர்த்தத் தேவைப்படும் வெப்ப ஆற்றலின் அளவு ஒரு கலோரி ஆகும்.

2. நீள் வெப்ப விரிவு மற்றும் பரப்பு வெப்ப விரிவு – வேறுபடுத்துக

நீள் வெப்ப விரிவு

• ஒரு திடப்பொருளை வெப்பப்படுத்துதலின் விளைவாக, அப்பொருளின் நீளம் அதிகரிப்பதால் ஏற்படும் விரிவு நீள் வெப்ப விரிவு எனப்படும்.
• ஓரலகு வெப்பநிலை உயர்வால் பொருளின் நீளத்தில் ஏற்படும் மாற்றத்திற்கும் ஓரலகு நீளத்திற்கும் உள்ள தகவு நீள் வெப்ப விரிவு குணகம் என அழைக்கப்படும்

∆L/L_o = α_L ∆T

பரப்பு வெப்ப விரிவு

• ஒரு திடப்பொருளை வெப்பப்படுத்துதலின் விளைவாக, அப்பொருளின் பரப்பு அதிகரிப்பதால் ஏற்படும் விரிவு பரப்பு வெப்ப விரிவு எனப்படும்.
• ஓரலகு வெப்பநிலை உயர்வால் பொருளின் பரப்பில் ஏற்படும் மாற்றத்திற்கும் ஓரலகு பரப்பிற்கும் உள்ள தகவு பரப்பு வெப்ப விரிவு குணகம் என அழைக்கப்படும்.

∆A/A_o = α_A ∆T

3. பரும வெப்ப விரிவு குணகம் என்றால் என்ன?

ஓரலகு வெப்பநிலை உயர்வால் பொருளின் பருமனில் ஏற்படும் மாற்றத்திற்கும் ஓரலகு பருமனுக்கும் உள்ள தகவு பரும வெப்ப விரிவு குணகம் என அழைக்கப்படும்.

இதன் SI அலகு கெல்வின்^-1
.

4. பாயில் விதியைக் கூறுக.

மாறா வெப்பநிலையில், ஒரு குறிப்பிட்ட நிறையுடைய வாயுவின் அழுத்தம் அவ்வாயுவின் பருமனுக்கு எதிர் தகவில் அமையும்.

P α 1/V

5. பரும விதியைக் கூறுக.

மாறா அழுத்தத்தில் வாயுவின் பருமன் அவ்வாயுவின் வெப்பநிலைக்கு நேர்தகவில் அமையும்.

6. இயல்பு வாயு மற்றும் நல்லியல்பு வாயு – வேறுபடுத்துக.

இயல்பு வாயு

குறிப்பிட்ட கவர்ச்சி விசையினால், ஒன்றோடொன்று இடைவினை புரிந்து கொண்டிருக்கும் அணுக்கள் அல்லது மூலக்கூறுகள் அடங்கிய வாயுக்கள் இயல்பு வாயுக்கள் என அழைக்கப்படும்.

நல்லியல்பு வாயு

ஒன்றோடொன்று இடைவினை புரியாமல் இருக்கும் அணுக்கள் அல்லது மூலக்கூறுகளை உள்ளடக்கிய வாயுக்கள் நல்லியல்பு வாயுக்கள் என அழைக்கப்படும்.

7. உண்மை வெப்ப விரிவு குணகம் என்றால் என்ன?

ஓரலகு வெப்பநிலை உயர்வால் திரவத்தில் அதிகரிக்கும் உண்மை பருமனுக்கும் அத்திரவத்தின் ஓரலகு பருமனுக்கும் உள்ள தகவு உண்மை வெப்ப விரிவு குணகம் என அழைக்கப்படும்.

இதன் SI அலகு கெல்வின்^-1 ஆகும்

8. தோற்ற வெப்ப விரிவு குணகம் என்றால் என்ன?

ஓரலகு வெப்பநிலை உயர்வால் திரவத்தில் அதிகரிக்கும் தோற்ற பருமனுக்கும் அத்திரவத்தின் ஓரலகு பருமனுக்கும் உள்தகவு தோற்ற விரிவு குணகம் என அழைக்கப்படும்.

இதன் SI அலகு கெல்வின்^-1 ஆகும்.

VII. கணக்கீடுகள்.

1. காப்பர் தண்டினை வெப்பப்படுத்தும் போது அதன் குறுக்குவெட்டு பரப்பு 10 மீ² லிருந்து 11 மீ² ஆக உயருகிறது. காப்பர் தண்டின் தொடக்க வெப்பநிலை 90 K எனில் அதனுடைய இறுதி வெப்பநிலையை கணக்கிடுக. ( காப்பரின் பரப்பு வெப்ப விரிவு குணகத்தின் மதிப்பு 0.0021 K^-1)

T_f = 90k, A = 10m² , ΔA = 11-10 = 1m², T_f = ?

ΔA / A	= αA ΔT
ΔA / A	= αA (Tf – Ti)
1 / 10	= 0.0021 ( Tf – 90)
Tf	= 2890/21 = 137.6 K

2. துத்தநாக தகட்டின் வெப்பநிலையை 50K அதிகரிக்கும் போது, அதனுடைய பருமன் 0.25 மீ³ லிருந்து 0.3 மீ³ ஆக உயருகிறது எனில், அந்த துத்தநாக தகட்டின்பரும வெப்ப விரிவு குணகத்தை கணக்கிடுக.

ΔT = 50K,  V=0.03m³, ΔV = 0.55-0.3m³, α_v= ?

ΔV / V	= αA ΔT
αv	= ΔV / VΔT
	= 0.25/0.3×50 = 0.25/15
αv	= 0.0166 K-1

VIII. விரிவாக விடையளி.

1. நல்லியல்பு வாயு சமன்பாட்டினை தருவி.

நல்லியல்பு வாயுக்களின் பண்புகளை (அழுத்தம், பருமன், வெப்பநிலை மற்றும் அணுக்களின் எண்ணிக்கை) தொடர்பு படுத்தும் சமன்பாடு அவ்வாயுக்களின் நல்லியல்பு சமன்பாடு ஆகும். ஒரு நல்லியல்பு வாயுவானது பாயில் விதி, சார்லஸ் விதி மற்றும் அவகேட்ரோ விதிகளுக்கு உட்படும்.

பாயில் விதிப்படி,

PV = மாறிலி …………… (1)

சார்லஸ் விதிப்படி,

V/T = மாறிலி …………… (2)

அவகேட்ரோ விதிப்படி

V/n = மாறிலி …………… (3)

சமன்பாடு (1) (2) மற்றும் (3) சமன்பாடுகளிலிருந்து

PV/nT = மாறிலி …………… (4)

மேற்கண்ட இந்த சமன்பாடு வாயு இணை சமன்பாடு என அழைக்கப்படும். µ மோல் அளவுள்ள வாயுவினைக் கொண்டிருக்கும் வாயுக்களில் உள்ள மொத்த அணுக்களின் எண்ணிக்கை அவகேட்ரோ எண்ணின் (NA) µ மடங்கிற்கு சமமாகும். இந்த மதிப்பானது சமன்பாடு (3.4ல்) பிரதியிட,
அதாவது

n = µN_A^. ……………. (5)

சமன்பாடு (5) ஐ சமன்பாடு (4) ல் பிரதியிட,

PV/ µN_AT = மாறிலி

இந்த மாறிலி போல்ட்ஸ்மேன் மாறிலி (kB =1.381 X 10^-23 JK^-1 ) என அழைக்கப்படுகிறது.

PV/ µN_AT = kB

PV = µN_Ak_B T

இங்கு, µN_Ak_B = R, இது பொது வாயு மாறிலி என அழைக்கப்படும். இதன் மதிப்பு 8.31 J mol^-1 K^-1

PV = RT …………… (4)

2. திரவத்தின் உண்மை வெப்ப விரிவு மற்றும் தோற்ற வெப்ப விரிவினை அளவிடும் சோதனையை தெளிவான படத்துடன் விவரி

உண்மை வெப்ப விரிவு மற்றும் தோற்ற வெப்ப விரிவு கணக்கிட வேண்டிய திரவத்தினை கொள்கலனில் நிரப்பி சோதனையை தொடங்கலாம். இப்பொழுது கொல்கலனில் உள்ள திரவத்தின் நிலையை L₁ என குறித்துக்கொள்ளலாம். பிறகு கொள்கலன் மற்றும் திரவத்தினை கீழ்கண்ட படத்தில் காட்டியுள்ளவாறு வெப்பப்படுத்தப்படுகிறது.

தொடக்கத்தில் கொள்கலனாது வெப்ப ஆற்றலைப் பெற்று விரிவுடையும். அப்போது திரவத்தின் பருமன் குறைவதாகத் தோன்றும். இப்பொழுது இந்த நிலையை L₂ எனக் குறித்துக்கொள்ளலாம். மேலும் வெப்பப்படுத்தும் போது திரவமானது விரிவடைகிறது. தற்போது திரவத்தின் நிலையை L₃ எனக் குறித்துக்கொள்ளலாம். நிலை L₁ மற்றும் L₃க்கு இடையேயான வேறுபாடு தோற்ற வெப்ப விரிவு எனவும், நிலை L₂ மற்றும் L₃ இடையேயான வேறுபாடு உண்மை வெப்ப விரிவு எனவும் அழைக்கப்படுகிறது. எப்போதும் உண்மை வெப்ப விரிவு தோற்ற வெப்ப விரிவை விட அதிகமாக இருக்கும்.

உண்மை வெப்ப விரிவு = L₃ – L₂

தோற்ற வெப்ப விரிவு = L₃ – L₁

IX. உயர் சிந்தனைக்கான வினாக்கள்

உங்களுடைய ஒரு கையில் 0°C வெப்பநிலையில் உள்ள பனிக்கட்டியும் மற்றொரு கையில் 0°C உள்ள குளிர்ந்த நீரும் உள்ளது எனில் எந்த கை அதிக அளவு குளிர்ச்சியினை உணரும்? ஏன்?

• திட நிலையில் உள்ள பனிக்கட்டியின் தன் உள்ளுறை வெப்பமானது 336 Jg^-1 ஆகும். திரவ நிலையில் நீரின் தன் வெப்ப ஏற்புத்திறன் 4.2 HJg^-1K^-1
• இது ஒரு வெப்பம் கொள் வினைக்கு எடுத்துக்காட்டு.
• பனிக்கட்டியானது திரவ நிலையல் உள்ள குளிர்ந்த நீரைக்காட்டிலும் அதிகப்படியான வெப்பத்தை எடுத்துக் கொண்டு திரவ நிலைக்கு மாறுவதற்கு முயல்கிறது.
• எனவே பனிக்கட்டி உள்ள கை அதிக குளர்ச்சியை உணரும்.