24 கட்டுரைக் கேள்வி — அலகு 4-இன் ஒவ்வொரு பகுதியிலிருந்தும், முழுமையான மாதிரி விடைகளுடன். ஒவ்வொரு கேள்வியின் "காட்டு விடை"-ஐ அழுத்தி மாதிரி விடையைக் காண்க.
கட்டுரை வினா U4-E1
10 புள்ளி
(a) வெப்பநிலைக்கும் வெப்பத்திற்கும் உள்ள வேறுபாட்டை விளக்குக. (b) செல்சியஸ்–கெல்வின் தொடர்பைக் கூறி, வாயு விதிகளில் ஏன் கெல்வின் அவசியம் எனக் காட்டுக. (c) 27°C-இல் உள்ள ஒரு வாயு, அழுத்தம் மாறாமல், கனஅளவு இரட்டிப்பாக சூடாக்கப்படுகிறது. இறுதி வெப்பநிலையைக் கெல்வினிலும் செல்சியஸிலும் கணக்கிடுக.
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) வெப்பநிலை = துகள்களின் சராசரி இயக்கச் சக்தியின் அளவை (K); எவ்வளவு "சூடு" என்பதைக் காட்டும். வெப்பம் = வெப்பநிலை வேறுபாட்டால் கடத்தப்படும் மொத்த வெப்பச் சக்தி (J), திணிவையும் சார்ந்தது.
(b) T(K) = θ(°C) + 273. வாயு விதிகள் முற்றிலிய வெப்பநிலையை (0 K) அடிப்படையாகக் கொண்டவை; V ∝ T-இல் கெல்வின் பயன்படுத்தாவிட்டால் விகிதம் தவறாகும்.
(c) சார்லஸ் விதி (V∝T): T₁ = 300 K. V இரட்டிப்பு → T₂ = 2×T₁ = 600 K = 600−273 = 327°C.
(b) T(K) = θ(°C) + 273. வாயு விதிகள் முற்றிலிய வெப்பநிலையை (0 K) அடிப்படையாகக் கொண்டவை; V ∝ T-இல் கெல்வின் பயன்படுத்தாவிட்டால் விகிதம் தவறாகும்.
(c) சார்லஸ் விதி (V∝T): T₁ = 300 K. V இரட்டிப்பு → T₂ = 2×T₁ = 600 K = 600−273 = 327°C.
கட்டுரை வினா U4-E2
10 புள்ளி
(a) வெப்ப ஒத்திருப்பு (thermal equilibrium) & சுன்ன விதியை விளக்குக. (b) வெப்பநிலைமானியின் "thermometric property" என்பதை விளக்கி, மூன்று வகை வெப்பநிலைமானிகளையும் அவற்றின் பண்புகளையும் தருக. (c) ஒவ்வொன்றும் எங்கு பொருத்தமானது எனக் கூறுக.
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) இரு பொருள்கள் தொடர்பில் சம வெப்பநிலை அடைந்து நிகர வெப்பப் பாய்வு நின்றால் வெப்ப ஒத்திருப்பு. சுன்ன விதி: A, B தனித்தனியே C-உடன் ஒத்திருப்பில் → A, B-உம் ஒத்திருப்பில் (சம வெப்பநிலை) — வெப்பநிலை அளவீட்டுக்கு அடிப்படை.
(b) (1) திரவ வெப்பநிலைமானி — திரவ விரிவு (எளிது). (2) வெப்பத் தம்பி — சந்தி EMF (விரைவு, பரந்த வீச்சு). (3) மின்தடை வெப்பநிலைமானி — மின்தடை மாற்றம் (மிகத் துல்லியம்). (நிலையான கனஅளவு வாயு = தரநிலை.)
(c) அன்றாட/மருத்துவம் → திரவ; உலை/மிக உயர் வெப்பநிலை → வெப்பத் தம்பி; ஆய்வகத் துல்லியம் → மின்தடை/வாயு வெப்பநிலைமானி.
(b) (1) திரவ வெப்பநிலைமானி — திரவ விரிவு (எளிது). (2) வெப்பத் தம்பி — சந்தி EMF (விரைவு, பரந்த வீச்சு). (3) மின்தடை வெப்பநிலைமானி — மின்தடை மாற்றம் (மிகத் துல்லியம்). (நிலையான கனஅளவு வாயு = தரநிலை.)
(c) அன்றாட/மருத்துவம் → திரவ; உலை/மிக உயர் வெப்பநிலை → வெப்பத் தம்பி; ஆய்வகத் துல்லியம் → மின்தடை/வாயு வெப்பநிலைமானி.
கட்டுரை வினா U4-E3
10 புள்ளி
(a) "வெப்பநிலை ≠ வெப்பம்" என்பதை அன்றாட உதாரணங்களுடன் விளக்குக. (b) முற்றிலிய சுன்னம் (absolute zero) என்றால் என்ன, ஏன் அதற்குக் கீழ் செல்ல முடியாது? (c) ஒரு பொருளின் வெப்பநிலை 0°C-இலிருந்து 273°C ஆக உயர்த்தப்பட்டால், கெல்வினில் அதன் முற்றிலிய வெப்பநிலை எத்தனை மடங்கு ஆகும்?
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) ஒரு தீப்பொறி மிக உயர் வெப்பநிலை ஆனால் மிகச் சிறிய வெப்பச் சக்தி (சிறு திணிவு); ஒரு பெரிய தொட்டி வெதுவெதுப்பு நீர் குறை வெப்பநிலை ஆனால் அதிக மொத்த வெப்பச் சக்தி. எனவே வெப்பநிலை (சராசரி KE) ≠ வெப்பம் (மொத்த சக்தி).
(b) முற்றிலிய சுன்னம் = 0 K = −273°C, துகள்களின் இயக்கச் சக்தி குறைந்தபட்சமாகும் வெப்பநிலை. இயக்கச் சக்தியை அதற்குக் கீழ் குறைக்க இயலாது (எதிர்மறை KE இல்லை) → அதற்குக் கீழ் வெப்பநிலை இல்லை.
(c) T₁ = 0+273 = 273 K; T₂ = 273+273 = 546 K. விகிதம் = 546/273 = 2 மடங்கு. (செல்சியஸில் "எண்மடங்கு" தோன்றினாலும் முற்றிலிய வெப்பநிலை 2 மடங்கே.)
(b) முற்றிலிய சுன்னம் = 0 K = −273°C, துகள்களின் இயக்கச் சக்தி குறைந்தபட்சமாகும் வெப்பநிலை. இயக்கச் சக்தியை அதற்குக் கீழ் குறைக்க இயலாது (எதிர்மறை KE இல்லை) → அதற்குக் கீழ் வெப்பநிலை இல்லை.
(c) T₁ = 0+273 = 273 K; T₂ = 273+273 = 546 K. விகிதம் = 546/273 = 2 மடங்கு. (செல்சியஸில் "எண்மடங்கு" தோன்றினாலும் முற்றிலிய வெப்பநிலை 2 மடங்கே.)
கட்டுரை வினா U4-E4
10 புள்ளி
(a) வெப்பம் தானாக சூடானதிலிருந்து குளிர்ந்ததை நோக்கி மட்டுமே பாய்வது ஏன் எனக் கூறுக. (b) ஒரு வெப்பநிலைமானியை எவ்வாறு சீர்படுத்துவாய் (calibrate) எனப் பனிப்புள்ளி & நீராவிப்புள்ளியைப் பயன்படுத்தி விளக்குக. (c) ஒரு திரவ வெப்பநிலைமானியில் பனிப்புள்ளியில் பாதரச நீளம் 4 cm, நீராவிப்புள்ளியில் 24 cm, அளவிடும்போது 14 cm எனில் வெப்பநிலை?
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) சூடான பகுதியில் துகள்களின் சராசரி KE அதிகம்; மோதல்களின் வழியே சக்தி அதிக-KE துகள்களிலிருந்து குறை-KE துகள்களுக்குப் பரவுகிறது → வெப்பம் சூடு→குளிர். சம வெப்பநிலையில் நிகர பரிமாற்றம் நிற்கிறது.
(b) பனிப்புள்ளி (0°C, உருகும் பனி) & நீராவிப்புள்ளி (100°C, கொதிநீராவி) ஆகியவற்றில் thermometric பண்பின் (எ.கா பாதரச நீளம்) மதிப்புகளைக் குறித்து, இவ்விரண்டுக்கும் இடையே சம பிரிவுகளாகப் பிரித்தல்.
(c) நேரியல் இடைச்செருகல்:
(b) பனிப்புள்ளி (0°C, உருகும் பனி) & நீராவிப்புள்ளி (100°C, கொதிநீராவி) ஆகியவற்றில் thermometric பண்பின் (எ.கா பாதரச நீளம்) மதிப்புகளைக் குறித்து, இவ்விரண்டுக்கும் இடையே சம பிரிவுகளாகப் பிரித்தல்.
(c) நேரியல் இடைச்செருகல்:
θ = (L − L₀)/(L₁₀₀ − L₀) × 100 = (14 − 4)/(24 − 4) × 100
= (10/20) × 100 = 50°C
கட்டுரை வினா U4-E5
10 புள்ளி
(a) தன்வெப்பக் கொள்ளளவு, தன் மறை வெப்பம் ஆகியவற்றை வரையறுத்து அலகுகளைத் தருக. (b) Q=mcΔθ, Q=mL எப்போது பயன்படுத்தப்படுகின்றன எனக் கூறுக. (c) 0.2 kg, 25°C நீரை 100°C-இல் கொதிக்கச் செய்து முழுவதும் ஆவியாக்கத் தேவையான மொத்த வெப்பம். (c=4200, L_v=2.26×10⁶)
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) தன்வெப்பம் c = 1 kg-ஐ 1 K உயர்த்தத் தேவையான வெப்பம் (J kg⁻¹ K⁻¹). தன் மறை வெப்பம் L = 1 kg-ஐ வெப்பநிலை மாறாமல் நிலை மாற்ற வெப்பம் (J kg⁻¹).
(b) Q=mcΔθ → வெப்பநிலை மாறும்போது; Q=mL → நிலை மாறும்போது (வெப்பநிலை மாறாது).
(c)
(b) Q=mcΔθ → வெப்பநிலை மாறும்போது; Q=mL → நிலை மாறும்போது (வெப்பநிலை மாறாது).
(c)
சூடாக்க: Q₁ = mcΔθ = 0.2×4200×(100−25) = 0.2×4200×75 = 63000 J
ஆவியாக்க: Q₂ = mL_v = 0.2×2.26×10⁶ = 452000 J
மொத்தம் = 63000 + 452000 = 515000 J = 515 kJ
கட்டுரை வினா U4-E6
10 புள்ளி
(a) கலோரிமெட்டிரியின் கொள்கையைக் கூறுக. (b) 0.5 kg, 80°C உலோகம் (c=900) 0.4 kg, 20°C நீரில் (c=4200) இடப்படுகிறது (வெப்ப இழப்பு புறக்கணி). இறுதி வெப்பநிலையைக் கணக்கிடுக. (c) வெப்ப இழப்பு இருந்தால் உண்மை c மதிப்பு கணக்கிட்டதை விட எவ்வாறு இருக்கும்?
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) தனிமைப்படுத்தப்பட்ட தொகுதியில் இழந்த வெப்பம் = பெற்ற வெப்பம் (ஆற்றல் காப்பு).
(b)
(c) சுற்றுச்சூழலுக்கு வெப்பம் இழந்தால் நீர் பெற்ற வெப்பம் குறைவாகத் தோன்றும் → கணக்கிட்ட c சிறியதாகக் கிடைக்கும்; உண்மை c அதைவிடச் சற்று பெரியதாக இருக்கும். (lagging/மூடியால் இதைக் குறைக்கலாம்.)
(b)
0.5×900×(80−θ) = 0.4×4200×(θ−20)
450(80−θ) = 1680(θ−20) → 36000−450θ = 1680θ−33600
69600 = 2130θ → θ = 32.7°C
(c) சுற்றுச்சூழலுக்கு வெப்பம் இழந்தால் நீர் பெற்ற வெப்பம் குறைவாகத் தோன்றும் → கணக்கிட்ட c சிறியதாகக் கிடைக்கும்; உண்மை c அதைவிடச் சற்று பெரியதாக இருக்கும். (lagging/மூடியால் இதைக் குறைக்கலாம்.)
கட்டுரை வினா U4-E7
10 புள்ளி
(a) நிலை மாற்றத்தின்போது வெப்பநிலை ஏன் மாறாது எனத் துகள் மட்டத்தில் விளக்குக. (b) ஒரு வெப்பம்-vs-நேரம் (heating curve) வரைபடத்தில் பனி→நீர்→நீராவி படிநிலைகளை விவரிக்க. (c) நீரின் அதிக தன்வெப்பம் & மறை வெப்பத்தின் இரு நடைமுறை விளைவுகளைக் கூறுக.
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) நிலை மாற்றத்தில் சேர்க்கப்படும் வெப்பம் துகள்களுக்கிடையேயான பிணைப்புகளை உடைக்க/அமைக்கப் (நிலையாற்றல்) பயன்படுகிறது, சராசரி இயக்கச் சக்தியை (வெப்பநிலை) கூட்டாது → வெப்பநிலை மாறாது.
(b) சாய்வுப் பகுதி (பனி சூடாதல், mcΔθ) → கிடைப் பகுதி 0°C (உருகல், mL_f, வெப்பநிலை மாறாது) → சாய்வு (நீர் சூடாதல்) → கிடைப் பகுதி 100°C (கொதித்தல், mL_v) → சாய்வு (நீராவி சூடாதல்). கிடைப் பகுதிகளில் நிலை மாற்றம்.
(c) (1) கடல்/பெரிய நீர்நிலைகள் காலநிலையை மிதப்படுத்துகின்றன; (2) நீர் சிறந்த குளிரூட்டி (இயந்திரம்/உடல்); வியர்வை ஆவியாக மறை வெப்பத்தால் உடலைக் குளிர்விக்கிறது.
(b) சாய்வுப் பகுதி (பனி சூடாதல், mcΔθ) → கிடைப் பகுதி 0°C (உருகல், mL_f, வெப்பநிலை மாறாது) → சாய்வு (நீர் சூடாதல்) → கிடைப் பகுதி 100°C (கொதித்தல், mL_v) → சாய்வு (நீராவி சூடாதல்). கிடைப் பகுதிகளில் நிலை மாற்றம்.
(c) (1) கடல்/பெரிய நீர்நிலைகள் காலநிலையை மிதப்படுத்துகின்றன; (2) நீர் சிறந்த குளிரூட்டி (இயந்திரம்/உடல்); வியர்வை ஆவியாக மறை வெப்பத்தால் உடலைக் குளிர்விக்கிறது.
கட்டுரை வினா U4-E8
10 புள்ளி
(a) வெப்பக் கொள்ளளவு (C) & தன்வெப்பக் கொள்ளளவு (c) வேறுபாட்டைக் கூறுக. (b) ஒரு 2 kW மின் சூடேற்றி 3 kg நீரை (c=4200) 20°C → 100°C உயர்த்த எடுக்கும் நேரத்தைக் கணக்கிடுக (இழப்பு புறக்கணி). (c) உண்மையில் அதிக நேரம் ஏன் தேவைப்படும்?
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) தன்வெப்பம் c = ஒரு பொருளின் 1 kg-ஐ 1 K உயர்த்த வெப்பம் (J kg⁻¹ K⁻¹), பொருளின் இயல்பு. வெப்பக் கொள்ளளவு C = முழுப் பொருளை 1 K உயர்த்த வெப்பம் = mc (J K⁻¹), திணிவைச் சார்ந்தது.
(b)
(c) உண்மையில் வெப்பம் சுற்றுச்சூழலுக்கும், பாத்திரத்துக்கும் இழக்கப்படுவதால் (மற்றும் சூடேற்றி 100% செயல்திறன் இல்லை) அதிக நேரம் தேவைப்படும்.
(b)
Q = mcΔθ = 3×4200×80 = 1008000 J
t = Q/P = 1008000/2000 = 504 s ≈ 8.4 நிமிடம்
(c) உண்மையில் வெப்பம் சுற்றுச்சூழலுக்கும், பாத்திரத்துக்கும் இழக்கப்படுவதால் (மற்றும் சூடேற்றி 100% செயல்திறன் இல்லை) அதிக நேரம் தேவைப்படும்.
கட்டுரை வினா U4-E9
10 புள்ளி
(a) வெப்ப விரிவாக்கம் ஏன் நிகழ்கிறது எனத் துகள் மட்டத்தில் விளக்குக. (b) நீள, பரப்பு, கனவளவு விரிவாக்கச் சூத்திரங்களையும் α, β, γ தொடர்பையும் தருக. (c) 5 m பித்தளைக் கம்பி (α=1.9×10⁻⁵) 30°C → 80°C சூடானால் நீட்சி.
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) வெப்பநிலை↑ → துகள்களின் அலைவு (இயக்கச் சக்தி)↑ → அவை சராசரியில் சற்று விலகி அமர்கின்றன → துகள் இடைவெளி↑ → பொருள் விரிவடைகிறது.
(b) நீள: ΔL = αL₀Δθ; பரப்பு: ΔA = βA₀Δθ (β=2α); கனவளவு: ΔV = γV₀Δθ (γ=3α).
(c)
(b) நீள: ΔL = αL₀Δθ; பரப்பு: ΔA = βA₀Δθ (β=2α); கனவளவு: ΔV = γV₀Δθ (γ=3α).
(c)
ΔL = αL₀Δθ = 1.9×10⁻⁵ × 5 × (80−30)
= 1.9×10⁻⁵ × 5 × 50 = 4.75×10⁻³ m = 4.75 mm
கட்டுரை வினா U4-E10
10 புள்ளி
(a) நீரின் முரண் விரிவாக்கத்தை (anomalous expansion) விவரித்து, அதன் சுற்றுச்சூழல் முக்கியத்துவத்தை விளக்குக. (b) ஏன் ஏரிகள் அடியிலிருந்து உறைவதில்லை எனப் படிப்படியாக விளக்குக.
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) பெரும்பாலான பொருள்கள் சூடாக்கும்போது விரிகின்றன; நீர் 0→4°C சுருங்கி 4°C-இல் அதிக அடர்த்தி அடைந்து, பின் விரிவடைகிறது. இம்முரண் காரணமாக 4°C நீர் மிக அடர்த்தியானது.
(b) (1) குளிரும்போது மேற்பரப்பு நீர் 4°C அடைந்து அடர்த்தி கூடி அடிக்குச் சாய்கிறது. (2) மொத்த நீரும் 4°C அடைந்த பின், மேற்பரப்பு மேலும் குளிர்ந்து 0°C-இல் உறைகிறது. (3) குறை-அடர்த்திப் பனி மேலே மிதந்து மேலுறையாகச் (insulator) செயற்படுகிறது. (4) கீழே 4°C நீர் தங்கி மீன்/உயிரினங்கள் உயிர்வாழ அனுமதிக்கிறது.
(b) (1) குளிரும்போது மேற்பரப்பு நீர் 4°C அடைந்து அடர்த்தி கூடி அடிக்குச் சாய்கிறது. (2) மொத்த நீரும் 4°C அடைந்த பின், மேற்பரப்பு மேலும் குளிர்ந்து 0°C-இல் உறைகிறது. (3) குறை-அடர்த்திப் பனி மேலே மிதந்து மேலுறையாகச் (insulator) செயற்படுகிறது. (4) கீழே 4°C நீர் தங்கி மீன்/உயிரினங்கள் உயிர்வாழ அனுமதிக்கிறது.
கட்டுரை வினா U4-E11
10 புள்ளி
(a) வெப்ப விரிவாக்கத்தின் மூன்று நடைமுறை விளைவுகளை (அன்றாட/பொறியியல்) விளக்குக. (b) ஒவ்வொன்றிலும் அது எவ்வாறு கணக்கில் கொள்ளப்படுகிறது எனக் கூறுக.
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) & (b)
1. இரயில் தண்டவாளம்/பாலம்: சூடில் விரிவடைதல் → buckle ஆபத்து. தீர்வு: இடைவெளி / விரிவாக்க இணைப்புகள்.
2. பைமெட்டல் பட்டை: வெவ்வேறு α → வளைதல். பயன்: thermostat, தீ அலாரம்.
3. எரிபொருள்/திரவம்: சூடில் கனவளவு↑. தீர்வு: டாங்கியை முழுதும் நிரப்பாமை; கடல்/நீர்நிலை அளவீடுகளில் வெப்பநிலைத் திருத்தம்.
(மேலும்: உலோக மூடியைச் சூடாக்கித் திறத்தல்; கான்கிரீட் சாலை joints.)
கட்டுரை வினா U4-E12
10 புள்ளி
(a) ஒரு துளையுள்ள உலோகத் தகடு சூடாக்கப்படும்போது துளைக்கு என்ன நடக்கும், ஏன்? (b) ஒரு ரிவெட்/சக்கர விளிம்பு (rim) எவ்வாறு "சூடு-பொருத்தல் (shrink fitting)" மூலம் இறுக்கமாகப் பொருத்தப்படுகிறது எனக் கூறுக. (c) 0.8 m³ எண்ணெய் (γ=7×10⁻⁴) 25 K சூடானால் வழிந்தோடும் கனவளவு.
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) துளை விரிவடையும். பொருள் சீராக எல்லாப் பரிமாணங்களிலும் ஒரே வீதத்தில் பெருகுவதால், துளையும் (பொருளின் ஒரு பகுதியாக) அதே வீதத்தில் விரிகிறது — சுருங்காது.
(b) சூடு-பொருத்தல்: உலோக விளிம்பை (rim) சூடாக்கி விரிவடையச் செய்து, சக்கரத்தின் மீது பொருத்தி, பின் குளிர விட்டால் அது சுருங்கி இறுக்கமாகப் பற்றிக்கொள்கிறது. (ரிவெட் வெப்பத்தில் பொருத்தப்பட்டுக் குளிர்ந்து இறுகுகிறது.)
(c)
(b) சூடு-பொருத்தல்: உலோக விளிம்பை (rim) சூடாக்கி விரிவடையச் செய்து, சக்கரத்தின் மீது பொருத்தி, பின் குளிர விட்டால் அது சுருங்கி இறுக்கமாகப் பற்றிக்கொள்கிறது. (ரிவெட் வெப்பத்தில் பொருத்தப்பட்டுக் குளிர்ந்து இறுகுகிறது.)
(c)
ΔV = γV₀Δθ = 7×10⁻⁴ × 0.8 × 25
= 0.014 m³ = 14 L வழியும்
கட்டுரை வினா U4-E13
10 புள்ளி
(a) பாயில், சார்லஸ், அழுத்த (Gay-Lussac) விதிகளைக் கூறி, இணைந்த வாயு விதியையும் இலட்சிய வாயுச் சமன்பாட்டையும் தருக. (b) வாயு விதிகளில் ஏன் கெல்வின் கட்டாயம். (c) 0.04 m³ வாயு 2×10⁵ Pa, 300 K-இல்; 3×10⁵ Pa, 400 K ஆனால் புதிய கனவளவு.
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) பாயில் (மாறா T): PV = மாறிலி. சார்லஸ் (மாறா P): V ∝ T. அழுத்த விதி (மாறா V): P ∝ T. இணைந்த: P₁V₁/T₁ = P₂V₂/T₂. இலட்சிய: PV = nRT.
(b) இவ்விதிகள் முற்றிலிய வெப்பநிலையை (0 K) அடிப்படையாகக் கொண்டவை; °C-இல் (எதிர்மறை/சுன்ன மதிப்புகள்) விகிதங்கள் தவறாகும்.
(c)
(b) இவ்விதிகள் முற்றிலிய வெப்பநிலையை (0 K) அடிப்படையாகக் கொண்டவை; °C-இல் (எதிர்மறை/சுன்ன மதிப்புகள்) விகிதங்கள் தவறாகும்.
(c)
V₂ = P₁V₁T₂/(T₁P₂) = (2×10⁵ × 0.04 × 400)/(300 × 3×10⁵)
= (3.2×10⁶)/(9×10⁷) = 0.0356 m³
கட்டுரை வினா U4-E14
10 புள்ளி
(a) இலட்சிய வாயுவின் கருதுகோள்களை (assumptions of kinetic theory) கூறுக. (b) வாயு அழுத்தமும் வெப்பநிலையும் மூலக்கூறு இயக்கத்துடன் எவ்வாறு தொடர்புடையன எனக் கூறுக. (c) ஒரு மூடிய கொள்கலனில் வாயுவை 27°C-இலிருந்து 327°C ஆகச் சூடாக்கினால் அழுத்தம் எத்தனை மடங்கு ஆகும்?
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) மூலக்கூறுகள்: புள்ளி அளவு (கனவளவு புறக்கணிப்பு); எழுமாறான, தொடர் இயக்கம்; இடையே ஈர்ப்பு/விலக்கு இல்லை; மோதல்கள் முழு மீள்தன்மை; இரு மோதல்களுக்கிடையே நேர்கோட்டு இயக்கம்.
(b) அழுத்தம் = சுவர் மோதல்களின் உந்த மாற்ற வீதம்/பரப்பு. வெப்பநிலை ∝ சராசரி மொழ்பெயர் இயக்கச் சக்தி ((3/2)kT). எனவே T↑ → வேகம்↑ → மோதல்கள் அதிகம்/பலம் → P↑.
(c) மாறா V: P ∝ T(K). T: 300 → 600 K → அழுத்தம் 2 மடங்கு.
(b) அழுத்தம் = சுவர் மோதல்களின் உந்த மாற்ற வீதம்/பரப்பு. வெப்பநிலை ∝ சராசரி மொழ்பெயர் இயக்கச் சக்தி ((3/2)kT). எனவே T↑ → வேகம்↑ → மோதல்கள் அதிகம்/பலம் → P↑.
(c) மாறா V: P ∝ T(K). T: 300 → 600 K → அழுத்தம் 2 மடங்கு.
கட்டுரை வினா U4-E15
10 புள்ளி
(a) இலட்சிய வாயுவுக்கும் உண்மை வாயுவுக்கும் வேறுபாட்டை விளக்கி, உண்மை வாயு எப்போது இலட்சியத்தை நெருங்கும் எனக் கூறுக. (b) PV = nRT-ஐப் பயன்படுத்தி 16 g ஆக்சிஜன் (M=32 g/mol) 27°C, 1.0×10⁵ Pa-இல் கொள்ளும் கனவளவைக் கணக்கிடுக (R=8.31).
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) இலட்சிய வாயு: மூலக்கூறு கனவளவு & இடை-ஈர்ப்பு புறக்கணிப்பு, மீள்தன்மை மோதல்கள், PV=nRT எப்போதும் பொருந்தும். உண்மை வாயு: மூலக்கூறுகளுக்குக் கனவளவும் ஈர்ப்பும் உண்டு → விலகல். தாழ் P + உயர் T-இல் (மூலக்கூறுகள் தொலைவாகி) உண்மை வாயு இலட்சியத்தை நெருங்கும்.
(b) n = 16/32 = 0.5 mol; T = 300 K.
(b) n = 16/32 = 0.5 mol; T = 300 K.
V = nRT/P = (0.5×8.31×300)/(1.0×10⁵)
= 1246.5/100000 = 0.0125 m³ (12.5 L)
கட்டுரை வினா U4-E16
10 புள்ளி
(a) பாயில் விதியைப் (P ∝ 1/V) ஒரு சோதனை மூலம் எவ்வாறு சரிபார்ப்பாய் எனக் கூறி, எதிர்பார்க்கும் வரைபடங்களை (P–V, P vs 1/V) விவரிக்க. (b) ஒரு குமிழ் கடல் அடியில் (அழுத்தம் 3 atm) 20 cm³; மேற்பரப்பில் (1 atm, அதே வெப்பநிலை) அதன் கனவளவு.
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) மாறா வெப்பநிலையில் வாயு அளவின் அழுத்தத்தை (P) மாற்றி, ஒவ்வொன்றுக்கும் கனவளவை (V) அளக்க. P–V வரைபடம்: மீச்செவ்வக வளைகோடு (hyperbola). P vs 1/V: மூலம் வழியே நேர்கோடு → P ∝ 1/V உறுதி. PV மதிப்பு மாறிலியாக இருப்பதையும் காட்டலாம்.
(b) மாறா T → பாயில்: P₁V₁ = P₂V₂.
(b) மாறா T → பாயில்: P₁V₁ = P₂V₂.
V₂ = P₁V₁/P₂ = (3 × 20)/1 = 60 cm³
(மேலே செல்ல அழுத்தம் குறைந்து குமிழ் பெரிதாகிறது.)
கட்டுரை வினா U4-E17
10 புள்ளி
(a) கடத்தல், சலனம், கதிர்வீச்சு மூன்றையும் வழிமுறையுடன் விளக்குக. (b) எவை ஊடகம் தேவைப்படுகின்றன, எது தேவையில்லை? (c) ஒரு உலோகக் கம்பி A=4×10⁻⁴ m², L=0.5 m, k=400, முனைகள் 100°C & 20°C. கடத்தல் வீதம்.
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) கடத்தல்: துகள்கள் தம் இடத்தில் அலைந்து அண்டைக்குச் சக்தி தருதல் (உலோகத்தில் கட்டற்ற இலத்திரன்). சலனம்: சூடான பாய்மம் (குறை அடர்த்தி) மேலெழும்பி, குளிர்ந்தது கீழிறங்கி மின்னோட்டம். கதிர்வீச்சு: மின்காந்த (அகச்சிவப்பு) அலைகளாகச் சக்தி பரவுதல்.
(b) கடத்தல் & சலனம் ஊடகம் தேவை; கதிர்வீச்சு ஊடகம் தேவையில்லை (வெற்றிடத்திலும் செல்லும்).
(c)
(b) கடத்தல் & சலனம் ஊடகம் தேவை; கதிர்வீச்சு ஊடகம் தேவையில்லை (வெற்றிடத்திலும் செல்லும்).
(c)
Q/t = kAΔθ/L = (400 × 4×10⁻⁴ × 80)/0.5
= 12.8/0.5 = 25.6 W
கட்டுரை வினா U4-E18
10 புள்ளி
(a) ஒரு தெர்மோஸ் குடுவை வெப்பக் கடத்தலின் மூன்று முறைகளையும் எவ்வாறு குறைக்கிறது எனப் பகுதிவாரியாக விளக்குக. (b) ஏன் வெப்பப் பானங்களையும் குளிர் பானங்களையும் ஒரே குடுவை சேமிக்க முடிகிறது?
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a)
(b) குடுவை வெப்பப் பரிமாற்றத்தை இருதிசையிலும் குறைக்கிறது: சூடான பானத்திலிருந்து வெளியேறும் வெப்பத்தையும், குளிர் பானத்துக்குள் நுழையும் வெளி வெப்பத்தையும் தடுக்கிறது → இரண்டையும் நீண்ட நேரம் பேணுகிறது.
இரட்டைச் சுவர் வெற்றிடம்: துகள்கள் இல்லாததால் கடத்தல் & சலனம் கிட்டத்தட்ட தடைபடுகிறது.
வெள்ளிப் பூச்சு: வெப்பக் கதிர்வீச்சை எதிரொளித்து (உள்/வெளி) கதிர்வீச்சு இழப்பு/நுழைவைக் குறைக்கிறது.
மூடி (குறை-k): மேற்புற சலனம்/ஆவியாதல் இழப்பை அடைக்கிறது.
(b) குடுவை வெப்பப் பரிமாற்றத்தை இருதிசையிலும் குறைக்கிறது: சூடான பானத்திலிருந்து வெளியேறும் வெப்பத்தையும், குளிர் பானத்துக்குள் நுழையும் வெளி வெப்பத்தையும் தடுக்கிறது → இரண்டையும் நீண்ட நேரம் பேணுகிறது.
கட்டுரை வினா U4-E19
10 புள்ளி
(a) நல்ல & மோசமான கதிர்வீச்சி/உறிஞ்சி மேற்பரப்புகளை விளக்கி, மூன்று அன்றாட பயன்பாடுகளைத் தருக. (b) கறுப்புத் தேநீர்ப் பாத்திரம் வெள்ளைப் பாத்திரத்தை விட வேகமாக ஆறுவது ஏன்?
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) கறுப்பு/கரடுமுரடான மேற்பரப்பு நல்ல கதிர்வீச்சி & உறிஞ்சி; பளபளப்பான/வெள்ளி மேற்பரப்பு மோசம் (நல்ல எதிரொளிப்பி). பயன்பாடுகள்: (1) குளிர் நாட்டு உடைகள் கறுப்பு (வெப்பம் உறிஞ்ச), கோடை உடைகள் வெளிர்; (2) குளிரூட்டி/ரேடியேட்டர் கறுப்பு (வேகக் கதிர்வீச்சு); (3) தெர்மோஸ் வெள்ளிப் பூச்சு (கதிர்வீச்சு எதிரொளிப்பு); சூரிய நீர்-சூடேற்றி கறுப்பு உறிஞ்சி.
(b) கறுப்பு மேற்பரப்பு சிறந்த கதிர்வீச்சி → வெள்ளைப் பாத்திரத்தை விட அதிக வீதத்தில் வெப்பக் கதிர்வீச்சை இழந்து வேகமாக ஆறுகிறது.
(b) கறுப்பு மேற்பரப்பு சிறந்த கதிர்வீச்சி → வெள்ளைப் பாத்திரத்தை விட அதிக வீதத்தில் வெப்பக் கதிர்வீச்சை இழந்து வேகமாக ஆறுகிறது.
கட்டுரை வினா U4-E20
10 புள்ளி
(a) வீடுகளில் வெப்ப இழப்பைக் குறைக்கும் மூன்று முறைகளை (insulation) விளக்கி, ஒவ்வொன்றும் எந்த வெப்பக் கடத்தல் முறையைக் குறைக்கிறது எனக் கூறுக. (b) ஒரு கூரை வழியே வெப்ப இழப்பு வீதம் 800 W; loft insulation அதை 200 W ஆகக் குறைக்கிறது. 5 மணி நேரத்தில் சேமிக்கப்படும் ஆற்றலைக் கணக்கிடுக.
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) (1) Loft/சுவர் மேலுறை (சிக்கிய காற்று, குறை k) → கடத்தல் & சலனம். (2) இரட்டை-கண்ணாடி யன்னல் (காற்று அடுக்கு) → கடத்தல் & சலனம். (3) பளபளப்பு/வெள்ளி ஃபாயில் (radiant barrier) → கதிர்வீச்சு. (கம்பள திரைகள், கதவு இடைவெளி அடைப்பும்.)
(b)
(b)
சேமிப்பு வீதம் = 800 − 200 = 600 W
t = 5 × 3600 = 18000 s
சேமித்த ஆற்றல் = 600 × 18000 = 1.08×10⁷ J (10.8 MJ)
கட்டுரை வினா U4-E21
10 புள்ளி
(a) அக ஆற்றலை வரையறுத்து, வெப்ப இயக்கவியலின் முதலாம் விதி ΔU = Q − W-ஐ விளக்குக (குறி மரபுடன்). (b) ஒரு வாயுவுக்கு 600 J வெப்பம்; அது 250 J வேலை செய்கிறது. ΔU & வெப்பநிலை மாற்றத் திசையைக் கூறுக. (c) பின் அதே வாயு மீது 100 J வேலை செய்து, வெப்பம் சேர்க்கப்படவில்லை எனில் ΔU?
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) அக ஆற்றல் U = துகள்களின் மொத்த KE + PE. முதலாம் விதி: ΔU = Q − W (சக்தி அழிவின்மை). Q நேர் = வெப்பம் சேர்ப்பு; W நேர் = தொகுதி வெளியில் வேலை (விரிவு).
(b)
(c) மீது 100 J வேலை → W = −100; Q = 0.
(b)
ΔU = Q − W = 600 − 250 = +350 J
ΔU நேர் → U ∝ T → வெப்பநிலை உயர்ந்தது.(c) மீது 100 J வேலை → W = −100; Q = 0.
ΔU = Q − W = 0 − (−100) = +100 J
(வெப்பநிலை மேலும் உயரும்.)
கட்டுரை வினா U4-E22
10 புள்ளி
(a) சமவெப்பநிலை (isothermal) & வெப்பத்தடை (adiabatic) செயல்முறைகளை வேறுபடுத்துக. (b) ஒவ்வொன்றிலும் முதலாம் விதி எவ்வாறு எளிமையாகிறது எனக் காட்டுக. (c) ஒரு வாயு வெப்பத்தடை முறையில் விரிவடைந்து 500 J வேலை செய்தால் ΔU & வெப்பநிலை மாற்றம்.
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) சமவெப்பநிலை: T மாறாது (மெதுவாக, நல்ல வெப்பத் தொடர்பில்); ΔU=0. வெப்பத்தடை: வெப்பப் பரிமாற்றம் இல்லை Q=0 (விரைவாக/காப்பிட்டு); T மாறும்.
(b) isothermal: ΔU=0 → Q=W. adiabatic: Q=0 → ΔU=−W.
(c) வெப்பத்தடை: Q=0, W=+500 (விரிவு).
(b) isothermal: ΔU=0 → Q=W. adiabatic: Q=0 → ΔU=−W.
(c) வெப்பத்தடை: Q=0, W=+500 (விரிவு).
ΔU = −W = −500 J
ΔU எதிர் → அக ஆற்றல்↓ → வெப்பநிலை இறங்கியது.
கட்டுரை வினா U4-E23
10 புள்ளி
(a) நான்கு வெப்ப இயக்க செயல்முறைகளையும் (isothermal, adiabatic, isochoric, isobaric) நிபந்தனை + எளிமைப்படுத்திய முதலாம் விதியுடன் தருக. (b) ஒவ்வொன்றுக்கும் ஓர் அன்றாட/பொறியியல் உதாரணம் தருக.
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a)
(b) isothermal: மெதுவாக சூடான தொட்டியில் வாயு விரிவு. adiabatic: பம்ப் வேகச் சுருக்கம்/மேக உருவாக்கம்/டீசல் இயந்திர சுருக்கம். isochoric: மூடிய கொள்கலனில் வாயு சூடாக்கல் (அழுத்தச் சமையல்/pressure cooker). isobaric: திறந்த பாத்திரத்தில் வாயு சூடாகி மாறா வளிமண்டல அழுத்தத்தில் விரிவு.
isothermal: T மாறா → ΔU=0 → Q=W.
adiabatic: Q=0 → ΔU=−W.
isochoric: V மாறா → W=0 → ΔU=Q.
isobaric: P மாறா → W=PΔV.
(b) isothermal: மெதுவாக சூடான தொட்டியில் வாயு விரிவு. adiabatic: பம்ப் வேகச் சுருக்கம்/மேக உருவாக்கம்/டீசல் இயந்திர சுருக்கம். isochoric: மூடிய கொள்கலனில் வாயு சூடாக்கல் (அழுத்தச் சமையல்/pressure cooker). isobaric: திறந்த பாத்திரத்தில் வாயு சூடாகி மாறா வளிமண்டல அழுத்தத்தில் விரிவு.
கட்டுரை வினா U4-E24
10 புள்ளி
(a) P–V வரைபடத்தின் கீழ் பரப்பளவு வாயு செய்த வேலையைக் குறிக்கிறது என்பதை விளக்குக. (b) ஒரு வாயு மாறா அழுத்தம் 1.5×10⁵ Pa-இல் கனவளவு 0.01 m³ → 0.04 m³ விரிவடைகிறது. செய்த வேலை. (c) இவ்விரிவில் 6000 J வெப்பம் சேர்க்கப்பட்டால் அக ஆற்றல் மாற்றம், வெப்பநிலை திசை.
மாதிரி விடையைக் காண்க
(a) சிறு கனவளவு மாற்றத்தில் வேலை dW = P dV; மொத்தம் ∫P dV = P–V வரைபடத்தின் கீழ் பரப்பளவு = வாயு செய்த வேலை. மாறா P-இல் இது செவ்வகம் = PΔV.
(b)
(c)
(b)
ΔV = 0.04 − 0.01 = 0.03 m³
W = PΔV = 1.5×10⁵ × 0.03 = 4500 J
(c)
ΔU = Q − W = 6000 − 4500 = +1500 J
ΔU நேர் → வெப்பநிலை உயர்ந்தது.