18 அமைப்புள்ள கேள்வி — அலகு 4-இன் ஒவ்வொரு பகுதியிலிருந்தும், முழுச் செயல்படுத்தப்பட்ட விடைகளுடன். ஒவ்வொரு கேள்வியின் "காட்டு விடை"-ஐ அழுத்தி விடையை வெளிப்படுத்துங்கள்.
கட்டமைப்பு வினா U4-S1
6 புள்ளி
வெப்பநிலை அளவீடுகள் & மாற்றம்.
(a) குளிர்சாதனப் பெட்டியின் வெப்பநிலை −18°C; ஒரு வாயு 127°C. இரண்டையும் கெல்வினில் எழுதுக.
விடை
−18°C: T = −18 + 273 = 255 K
127°C: T = 127 + 273 = 400 K
(b) வாயு விதிகளில் ஏன் கெல்வின் பயன்படுத்த வேண்டும்?
விடை
வாயு விதிகள் (V∝T, P∝T) முற்றிலிய வெப்பநிலையை (0 K-இல் தொடங்கி) அடிப்படையாகக் கொண்டவை. °C-இல் எதிர்மறை/சுன்ன மதிப்புகள் தவறான விகிதங்களைத் தரும்.
கட்டமைப்பு வினா U4-S2
6 புள்ளி
வெப்பம் vs வெப்பநிலை.
(a) வெப்பத்திற்கும் வெப்பநிலைக்கும் உள்ள வேறுபாட்டைக் கூறி, ஒவ்வொன்றின் அலகைத் தருக.
விடை
வெப்பநிலை = துகள்களின் சராசரி இயக்கச் சக்தியின் அளவை, அலகு K. வெப்பம் = வெப்பநிலை வேறுபாட்டால் கடத்தப்படும் மொத்த வெப்பச் சக்தி, அலகு J.
(b) ஒரு கொதிநீர்க் கோப்பையை விட ஒரு வாளி வெதுவெதுப்பு நீரில் அதிக வெப்பச் சக்தி இருக்கலாம் — ஏன்?
விடை
வெப்பச் சக்தி திணிவையும் (m) வெப்பநிலையையும் சார்ந்தது (∝ mcθ). வாளியின் திணிவு மிக அதிகம் என்பதால், குறை வெப்பநிலையாயினும் மொத்த வெப்பச் சக்தி அதிகமாக இருக்கலாம்.
கட்டமைப்பு வினா U4-S3
5 புள்ளி
வெப்பநிலைமானிகள்.
(a) வெப்பநிலை-சார்பு பண்பு (thermometric property) என்றால் என்ன, இரண்டு உதாரணம் தருக.
விடை
வெப்பநிலையுடன் ஒழுங்காக மாறும் ஒரு பௌதிகப் பண்பே thermometric property. எ.கா: திரவ விரிவு (பாதரசம்), மின்தடை, வெப்பமின்னழுத்தம் (EMF), வாயு அழுத்தம்.
(b) நிலையான கனஅளவு வாயு வெப்பநிலைமானி ஏன் தரநிலையாகக் கருதப்படுகிறது?
விடை
அது மிகத் துல்லியமானது, பரந்த வீச்சு, வாயு வகையைச் சாராத நெருங்கிய மதிப்புகள் தருவதால் தரநிலையாகக் கொள்ளப்படுகிறது; மற்றவை இதைக் கொண்டு சீர்படுத்தப்படுகின்றன.
கட்டமைப்பு வினா U4-S4
8 புள்ளி
0.4 kg, 90°C செம்பு (c=400) 0.3 kg, 15°C நீரில் (c=4200) இடப்படுகிறது. வெப்ப இழப்பு புறக்கணி.
(a) வெப்பச் சமன்பாட்டை எழுதுக.
விடை
செம்பு இழந்த வெப்பம் = நீர் பெற்ற வெப்பம்
0.4×400×(90−θ) = 0.3×4200×(θ−15)
(b) இறுதி பொது வெப்பநிலை θ-ஐக் கணக்கிடுக.
விடை
160(90−θ) = 1260(θ−15)
14400 − 160θ = 1260θ − 18900
33300 = 1420θ → θ = 23.5°C
கட்டமைப்பு வினா U4-S5
6 புள்ளி
0.5 kg பனிக்கட்டியை −10°C-இலிருந்து 0°C நீராக மாற்றுதல். (c_பனி=2100, L_f=3.34×10⁵)
(a) பனியை −10°C → 0°C சூடாக்கத் தேவையான வெப்பம்?
விடை
Q₁ = mcΔθ = 0.5×2100×10 = 10500 J
(b) 0°C-இல் உருக்கத் தேவையான வெப்பமும் மொத்த வெப்பமும்?
விடை
Q₂ = mL_f = 0.5×3.34×10⁵ = 167000 J
மொத்தம் = 10500 + 167000 = 177500 J
கட்டமைப்பு வினா U4-S6
5 புள்ளி
வெப்பக் கருத்துகள்.
(a) தன்வெப்பக் கொள்ளளவுக்கும் தன் மறை வெப்பத்துக்கும் வேறுபாட்டைக் கூறுக.
விடை
தன்வெப்பம் (c): 1 kg-ஐ 1 K உயர்த்த வெப்பம் (வெப்பநிலை மாறும்), J kg⁻¹ K⁻¹. தன் மறை வெப்பம் (L): 1 kg-ஐ வெப்பநிலை மாறாமல் நிலை மாற்ற வெப்பம், J kg⁻¹.
(b) நீராவிக் காயம் கொதிநீர்க் காயத்தை விட ஏன் கடுமையானது?
விடை
100°C நீராவி தோலில் ஒடுங்கும்போது அதன் பெரிய மறை வெப்பத்தையும் (mL_v) பின் குளிர்தல் வெப்பத்தையும் வெளியிடுகிறது; கொதிநீர் குளிர்தல் வெப்பத்தை மட்டுமே தருகிறது.
கட்டமைப்பு வினா U4-S7
7 புள்ளி
ஒரு எஃகுப் பாலம் (α=1.2×10⁻⁵) 1200 m நீளம், கோடை-குளிர் வெப்பநிலை வேறுபாடு 40 K.
(a) மொத்த நீட்சியைக் கணக்கிடுக.
விடை
ΔL = αL₀Δθ = 1.2×10⁻⁵ × 1200 × 40
= 0.576 m ≈ 0.58 m
(b) இந்த விரிவுக்கு எவ்வாறு இடம் தரப்படுகிறது?
விடை
விரிவாக்க இணைப்புகள் (expansion joints) பாலத்தில் இடம் தந்து, விரிவு/சுருக்கத்தை சேதமின்றி அனுமதிக்கின்றன (இல்லையேல் வளைவு/விரிசல்).
கட்டமைப்பு வினா U4-S8
6 புள்ளி
நீரின் முரண் விரிவாக்கம்.
(a) 0°C முதல் 10°C வரை நீரின் கனவளவு/அடர்த்தி எவ்வாறு மாறுகிறது எனக் கூறுக.
விடை
0→4°C: நீர் சுருங்குகிறது (அடர்த்தி கூடுகிறது), 4°C-இல் அதிக அடர்த்தி. 4→10°C: விரிவடைகிறது (அடர்த்தி குறைகிறது).
(b) இதன் ஓர் உயிரியல்/சுற்றுச்சூழல் முக்கியத்துவத்தைக் கூறுக.
விடை
குளிர் நாடுகளில் ஏரிகள் மேலிருந்து உறைகின்றன; 4°C நீர் அடியில் தங்கி, மேல் பனி மேலுறையாகச் செயற்பட்டு மீன்/உயிரினங்கள் அடியில் உயிர்வாழ அனுமதிக்கிறது.
கட்டமைப்பு வினா U4-S9
5 புள்ளி
விரிவாக்கப் பயன்பாடுகள்.
(a) பைமெட்டல் பட்டை எவ்வாறு செயற்படுகிறது, ஓர் பயன்பாட்டைக் கூறுக.
விடை
வெவ்வேறு α கொண்ட இரு உலோகங்கள் ஒட்டப்பட்டுள்ளன; சூடாக்கும்போது ஒன்று அதிகம் விரிந்து பட்டை வளைகிறது. பயன்பாடு: thermostat (வெப்பநிலைக் கட்டுப்பாட்டு சுவிட்ச்), தீ அலாரம்.
(b) விரிவாக்கக் குணகங்கள் α, β, γ-வுக்கு இடையே தொடர்பு?
விடை
β ≈ 2α (பரப்பு); γ ≈ 3α (கனவளவு).
கட்டமைப்பு வினா U4-S10
8 புள்ளி
ஒரு நிலையான வாயு அளவு 2.0×10⁵ Pa, 4.0 L, 300 K-இல் உள்ளது. அது 6.0×10⁵ Pa, 450 K ஆக மாற்றப்படுகிறது.
(a) இணைந்த வாயு விதியை எழுதுக.
விடை
P₁V₁/T₁ = P₂V₂/T₂
(b) புதிய கனவளவைக் கணக்கிடுக.
விடை
V₂ = P₁V₁T₂/(T₁P₂) = (2.0×10⁵ × 4.0 × 450)/(300 × 6.0×10⁵)
= (3.6×10⁸)/(1.8×10⁸) = 2.0 L
கட்டமைப்பு வினா U4-S11
6 புள்ளி
2.0 mol இலட்சிய வாயு 27°C-இல் 0.025 m³ கொள்கலனில் உள்ளது. (R=8.31)
(a) அழுத்தத்தைக் கணக்கிடுக.
விடை
T = 300 K; P = nRT/V = (2.0×8.31×300)/0.025
= 4986/0.025 = 1.99×10⁵ Pa
(b) வெப்பநிலை மாறாமல் கனவளவு பாதியானால் அழுத்தம்?
விடை
பாயில்: V பாதி → P இரட்டிப்பு = 3.98×10⁵ Pa
கட்டமைப்பு வினா U4-S12
5 புள்ளி
வாயு விதிகள் & இயக்கவியல் கோட்பாடு.
(a) வாயு அழுத்தத்தை இயக்கவியல் கோட்பாட்டால் (kinetic theory) விளக்குக.
விடை
வாயு மூலக்கூறுகள் தொடர்ந்து, எழுமாறாக நகர்ந்து கொள்கலன் சுவர்களில் மோதுகின்றன; ஒவ்வொரு மோதலிலும் உந்த மாற்றம் (விசை) தருகின்றன. அலகுப் பரப்பில் இவ்விசையின் கூட்டுத்தொகையே அழுத்தம்.
(b) வெப்பநிலை உயர்ந்தால் (மாறா V) அழுத்தம் ஏன் கூடுகிறது?
விடை
வெப்பநிலை↑ → மூலக்கூறு சராசரி KE↑ → வேகமாக, அடிக்கடி, பலமாக சுவரில் மோதுகின்றன → அழுத்தம்↑ (P ∝ T).
கட்டமைப்பு வினா U4-S13
7 புள்ளி
ஒரு செங்கல் சுவர் A=10 m², L=0.2 m, k=0.6 W m⁻¹ K⁻¹. உள்/வெளி வெப்பநிலைகள் 22°C, 7°C.
(a) வெப்பக் கடத்தல் வீதத்தைக் கணக்கிடுக.
விடை
Q/t = kAΔθ/L = (0.6×10×15)/0.2
= 90/0.2 = 450 W
(b) 1 மணி நேரத்தில் கடத்தப்படும் வெப்பம்?
விடை
Q = (Q/t)×t = 450 × 3600 = 1.62×10⁶ J
(c) சுவர் தடிப்பு 0.4 m ஆக்கப்பட்டால் கடத்தல் வீதம்?
விடை
Q/t ∝ 1/L; L இரட்டிப்பு → வீதம் பாதி = 225 W
கட்டமைப்பு வினா U4-S14
6 புள்ளி
வெப்பக் கடத்தல் முறைகள்.
(a) கடத்தல், சலனம், கதிர்வீச்சு ஒவ்வொன்றுக்கும் ஓர் உதாரணம் தந்து, எது வெற்றிடத்தில் செல்லும் எனக் கூறுக.
விடை
கடத்தல்: உலோகக் கரண்டியின் கைப்பிடி சூடாதல். சலனம்: நீர் கொதிக்கும்போது சுழல்வது / கடற்காற்று. கதிர்வீச்சு: சூரிய வெப்பம், நெருப்பின் வெப்பம். வெற்றிடத்தில் கதிர்வீச்சு மட்டுமே செல்லும்.
(b) தெர்மோஸ் குடுவை மூன்று முறைகளையும் எவ்வாறு குறைக்கிறது?
விடை
வெற்றிடம் → கடத்தல் & சலனம் தடை; வெள்ளிப் பூச்சு → கதிர்வீச்சு எதிரொளிப்பு; மூடி → சலனம்/ஆவியாதல் தடை.
கட்டமைப்பு வினா U4-S15
5 புள்ளி
கடத்தல் சார்புகள்.
(a) Q/t = kAΔθ/L-இல் ஒவ்வொரு காரணியும் கடத்தல் வீதத்தை எவ்வாறு பாதிக்கிறது எனக் கூறுக.
விடை
k↑ (நல்ல கடத்தி) → வீதம்↑; A↑ → வீதம்↑; Δθ↑ → வீதம்↑; L↑ (தடிப்பு) → வீதம்↓. பரப்பு பெரிய, மெல்லிய, உயர்-k பொருள் வேகமாகக் கடத்தும்.
(b) நல்ல வெப்பத் தடுப்புப் (insulation) பொருளின் இரு பண்புகளைக் கூறுக.
விடை
குறை வெப்பக் கடத்துத்திறன் (k); சிக்கிய காற்று (குறை k, சலனம் தடை) — எ.கா கம்பளி, நுரை.
கட்டமைப்பு வினா U4-S16
8 புள்ளி
ஒரு வாயுவுக்கு 800 J வெப்பம் சேர்க்கப்படுகிறது; அது மாறா அழுத்தம் 2×10⁵ Pa-இல் 0.0015 m³ விரிவடைகிறது.
(a) வாயு செய்த வேலையைக் கணக்கிடுக.
விடை
W = PΔV = 2×10⁵ × 0.0015 = 300 J
(b) அக ஆற்றல் மாற்றத்தைக் கணக்கிடுக.
விடை
ΔU = Q − W = 800 − 300 = +500 J
(c) வெப்பநிலை உயர்ந்ததா இறங்கியதா? காரணம்.
விடை
ΔU நேர் (+500 J) → இலட்சிய வாயுவில் U ∝ T → வெப்பநிலை உயர்ந்தது.
கட்டமைப்பு வினா U4-S17
6 புள்ளி
நான்கு செயல்முறைகள்.
(a) isothermal, adiabatic, isochoric, isobaric ஒவ்வொன்றுக்கும் முதலாம் விதி எவ்வாறு எளிமையாகிறது எனக் கூறுக.
விடை
isothermal: ΔU=0 → Q=W. adiabatic: Q=0 → ΔU=−W. isochoric: W=0 → ΔU=Q. isobaric: W=PΔV (ΔU=Q−PΔV).
(b) வேகமாகக் காற்றைச் சுருக்கும் பம்ப் சூடாவதை முதலாம் விதியால் விளக்குக.
விடை
வேகச் சுருக்கம் ≈ வெப்பத்தடை (Q≈0). வாயு மீது வேலை → W எதிர் → ΔU = −W நேர் → அக ஆற்றல்↑ → வெப்பநிலை↑.
கட்டமைப்பு வினா U4-S18
5 புள்ளி
அக ஆற்றல் & முதலாம் விதி.
(a) அக ஆற்றலை வரையறுத்து, இலட்சிய வாயுவில் அது எதைச் சார்ந்தது எனக் கூறுக.
விடை
அக ஆற்றல் = தொகுதியின் துகள்களின் மொத்த இயக்க + நிலையாற்றல். இலட்சிய வாயுவில் இடை-மூலக்கூறு ஈர்ப்பு இல்லை → U வெப்பநிலையை மட்டுமே சார்ந்தது.
(b) முதலாம் விதியில் Q & W-இன் குறி மரபைக் கூறுக.
விடை
Q நேர் = தொகுதிக்கு வெப்பம் சேர்க்கப்படுதல்; W நேர் = தொகுதி வெளியில் வேலை செய்தல் (விரிவு). சுருக்கம் → W எதிர்; வெப்பம் வெளியேற → Q எதிர்.