1️⃣1️⃣ தரம் 11 · அலகு 9

வெப்பம்

Heat

★★★★☆ வெப்பநிலைவெப்பம்நிலைமாற்றம்வெப்பவிரிவுவெப்பக்கடத்தல்

தொலைக்காட்சியில் வானிலை அறிக்கை வரும்போது — "இன்று நுவரெலியாவில் மிகக் குறைந்த வெப்பநிலை, திருகோணமலையில் மிக உயர்ந்த வெப்பநிலை" எனக் கேட்டிருப்பீர்கள். ஐஸ்க்ரீம் சாப்பிடும்போது குளிர்ச்சியும், சூடான தேநீர் குடிக்கும்போது வெம்மையும் உணர்கின்றோம். இவை எல்லாவற்றையும் விவரிக்கும் இயற்பியல் அளவே வெப்பநிலை (temperature). ஆனால் வெப்பநிலையும் வெப்பமும் (heat) ஒன்றல்ல — இதுவே இவ்வலகின் மையக் கருத்து. வெப்பநிலை அளக்கும் முறை, Q = mcθ கணக்கீடு, நிலை மாற்றத்தில் மறை வெப்பம், வெப்பவிரிவு, மற்றும் வெப்பம் ஒரிடத்திலிருந்து மற்றொரிடத்திற்கு கடத்தும் மூன்று வழிகள் — அனைத்தையும் இங்கு கற்போம்.

9.1 வெப்பநிலை (Temperature)

ஒரு பொருளைத் தொட்டுப் பார்த்து அதன் வெப்பம் கூடுதலா குறைவா என ஒரு தோராயமான கருத்தை நாம் பெறலாம். ஆனால் தொடுகையால் உணரும் வெப்பநிலை துல்லியமானதல்ல; எண் மதிப்பாகவும் சொல்ல முடியாது. ஆகவே, வெப்பநிலை என்பது ஒரு பொருளை அமைக்கும் துகள்களின் சராசரி இயக்க ஆற்றலின் (mean kinetic energy) ஓர் அளவீடு எனக் கொள்கின்றோம். துகள்களின் இயக்க ஆற்றல் கூடினால் வெப்பநிலை கூடும்; குறைந்தால் வெப்பநிலை குறையும்.

9.1.1 வெப்பநிலையை அளத்தல் — வெப்பமானி (Thermometer)

வெப்பநிலையை அளக்கப் பயன்படும் கருவி வெப்பமானி (thermometer). உலகின் முதல் வெப்பமானியை சுமார் கி.பி. 1600-இல் கலிலியோ கலிலி (Galileo Galilei) கண்டுபிடித்தார். இவ்வலகில் இரு வகைக் கண்ணாடி வெப்பமானிகளை நோக்குவோம்.

கண்ணாடி-இரசக் கலன் வெப்பமானி (glass-mercury): ஒரு குமிழுக்குள் இரசம் (mercury) நிரப்பப்பட்டு, அதனுடன் ஒரு மெல்லிய கண்ணாடிக் குழாய் இணைக்கப்படுகின்றது. வெப்பநிலை கூடும்போது இரசம் விரிவடைந்து குழாயில் மேலே செல்லும்; அந்த நீளத்திலிருந்து வெப்பநிலையைப் படிக்கலாம். குழாயின் விட்டம் மிகச் சிறியதால், சிறு வெப்ப மாற்றத்திற்கும் இரச மட்டம் தெளிவாக நகரும். இரசம் −39 °C முதல் 357 °C வரை திரவமாக இருப்பதாலும், சீராக விரிவடைவதாலும், நல்ல வெப்பக் கடத்தியாக இருப்பதாலும் பயன்படுகின்றது. ⚠ எச்சரிக்கை இரசம் நச்சுத்தன்மை உடையதால் இவ்வகை வெப்பமானிகளின் பயன்பாடு குறைந்து வருகின்றது.

கண்ணாடி-மதுசாரம் (glass-alcohol) வெப்பமானி: இரசத்திற்குப் பதிலாக எத்தைல் மதுசாரம் (ethanol) பயன்படுத்தப்படுகின்றது. எத்தனோலின் உருகுநிலை −115 °C ஆதலால், 0 °C-க்கு மிகக் கீழே உள்ள குறைந்த வெப்பநிலைகளை அளக்க இது ஏற்றது. நிறமற்றதால், மட்டத்தைத் தெளிவாகக் காண நிறம் சேர்க்கப்படுகின்றது.

இலக்க (digital) வெப்பமானி: விரிவாக்கத்திற்குப் பதிலாக, வெப்பநிலையைப் பொறுத்து மாறும் மின்தடை (resistance) போன்ற மின் பண்பைப் பயன்படுத்தி வெப்பநிலையை நேரடியாகப் படிக்கலாம்.

9.1.2 வெப்பநிலை அளவுகோல்கள் (Temperature scales)

பரவலாகப் பயன்படும் மூன்று அளவுகோல்கள்: செல்சியஸ் (Celsius), பாரன்ஹீட் (Fahrenheit), கெல்வின் (Kelvin).

செல்சியஸ் அளவுகோல்: 1 வளிமண்டல அழுத்தத்தில் தூய பனிக்கட்டி உருகும் வெப்பநிலை 0 °C; நீர் கொதிக்கும் வெப்பநிலை 100 °C. இந்த இரு நிலையான புள்ளிகளுக்கு (fixed points) இடைப்பட்ட வீச்சு 100 பிரிவுகளாகப் பிரிக்கப்படுகின்றது.
பாரன்ஹீட் அளவுகோல்: பனி உருகுநிலை 32 °F; நீர் கொதிநிலை 212 °F; இடைவெளி 180 பிரிவுகள்.
கெல்வின் அளவுகோல்: எந்தப் பொருளும் அடையக்கூடிய மிகக் குறைந்த வெப்பநிலை உண்டு என்பதை லார்ட் கெல்வின் (Lord Kelvin) காட்டினார். இதுவே தனிமப் பூச்சிய வெப்பநிலை (absolute zero). துகள்கள் அனைத்தினதும் இயக்க ஆற்றல் பூச்சியமாகும்போது வெப்பநிலை இங்கு அடைகின்றது; இதற்குக் கீழே வெப்பநிலையைக் குறைக்க முடியாது. இது −273.15 °C.

கெல்வின் அளவுகோலின் பூச்சியம் (0 K) தனிமப் பூச்சியத்தில் வரையறுக்கப்படுகின்றது; ஆனால் 1 K வெப்ப வேறுபாடு = 1 °C வெப்ப வேறுபாடு. ஆகவே பனி உருகுநிலை ≈ 273 K, நீர் கொதிநிலை ≈ 373 K. வெப்பநிலையின் பன்னாட்டு அலகு கெல்வின் (K).

9.1.3 செல்சியஸ் ↔ கெல்வின் தொடர்பு

⭐ முக்கிய சூத்திரம் K = °C + 273 மற்றும் °C = K − 273. இரு அளவுகோல்களுக்கிடையே வேறுபாடு பூச்சியத்தின் தேர்வில் மட்டுமே; பிரிவின் அளவு ஒன்றே.

உதாரணம் (படிப்படியாக):
(i) 50 °C-ஐ கெல்வினில் தருக → 50 + 273 = 323 K.
(ii) 373 K-ஐ செல்சியஸில் தருக → 373 − 273 = 100 °C.
(iii) 27 °C → 27 + 273 = 300 K. 100 K → 100 − 273 = −173 °C.

9.2 வெப்பம் (Heat)

அறை வெப்பநிலையில் இரண்டு ஒத்த கலன்களில் சம அளவு நீர் ஊற்றி, ஒன்றை மட்டும் பன்சன் சுடரால் சூடாக்கினால் — அதன் வெப்பநிலை படிப்படியாகக் கூடும்; மற்றொன்று மாறாது. சுடரிலிருந்து நீருக்கு ஏதோ ஒன்று கடத்தப்பட்டது என்பது தெளிவு. அதுவே வெப்பம். ஆகவே, இரு பொருள்களுக்கிடையே உள்ள வெப்பநிலை வேறுபாட்டின் காரணமாக ஒரு பொருளிலிருந்து மற்றொரு பொருளுக்குக் கடத்தப்படும் ஆற்றலே வெப்பம் (heat).

சூடான இரும்புத் துண்டை குளிர்ந்த நீரில் இட்டால் — இரும்பின் (உயர் வெப்பநிலை) வெப்பம் நீருக்கு (தாழ் வெப்பநிலை) பாயும். நீரின் வெப்பநிலை கூடும், இரும்பின் வெப்பநிலை குறையும். இறுதியில் இரண்டின் வெப்பநிலையும் சமமாகும்; பின்னர் வெப்பப் பாய்வு நிற்கும். இந்நிலையே வெப்பச் சமநிலை (thermal equilibrium). நீர் உயர் மட்டத்திலிருந்து தாழ் மட்டத்திற்குப் பாய்வதுபோல, வெப்பமும் எப்போதும் உயர் வெப்பநிலையிலிருந்து தாழ் வெப்பநிலைக்கே பாயும். வெப்பம் ஒரு ஆற்றல் வடிவமாதலால், அதன் அலகு யூல் (Joule, J).

9.2.1 வெப்பக் கொள்ளளவு (Heat capacity) — தன் வெப்பக் கொள்ளளவு (Specific heat capacity)

ஒரே அளவு வெப்பத்தைச் சமமான நீர், தேங்காய் எண்ணெய், இரட்டிப்பு நீர் ஆகியவற்றிற்குக் கொடுத்தால், வெப்பநிலை ஏற்றம் வெவ்வேறாக இருக்கும். ஒரு பொருளின் வெப்பநிலையை ஓர் அலகால் ஏற்ற தேவைப்படும் வெப்ப அளவே அதன் வெப்பக் கொள்ளளவு (heat capacity, C). அலகு J K⁻¹ அல்லது J °C⁻¹. இது பொருளின் நிறையையும் (mass) அது ஆனை சடப்பொருளையும் சார்ந்தது.

வரையறை — தன் வெப்பக் கொள்ளளவு (specific heat capacity, c): ஒரு அலகு நிறை (1 kg) கொண்ட பொருளின் வெப்பநிலையை ஒரு பாகையால் ஏற்ற தேவைப்படும் வெப்ப அளவு. அலகு J kg⁻¹ K⁻¹ (அல்லது J kg⁻¹ °C⁻¹). இது அலகு நிறையின் வெப்பக் கொள்ளளவாதலால், C = mc.

சடப்பொருள்	c (J kg⁻¹ K⁻¹)	சடப்பொருள்	c (J kg⁻¹ K⁻¹)
நீர்	4200	காங்கிரீட்	3000
பனிக்கட்டி	2100	இரும்பு	460
மண்ணெண்ணெய்	2140	அஸ்பெஸ்ரஸ்	820
தேங்காய் எண்ணெய்	2200	செம்பு (copper)	400
மதுசாரம்	2500	துத்தநாகம் (zinc)	380
இறப்பர்	1700	இரசம் (mercury)	140
அலுமினியம்	900	ஈயம் (lead)	130

நீரின் c = 4200 J kg⁻¹ K⁻¹ — இது மிக உயர்ந்தது. அதனாலேயே கடல் நீர் மெதுவாகச் சூடாகி மெதுவாகக் குளிர்கின்றது; உடல் வெப்பநிலையைச் சீராக்க நீர் ஏற்றது.

9.2.2 வெப்ப அளவைக் கணித்தல் — Q = mcθ

⭐ முதன்மைச் சூத்திரம் Q = m c θ
Q — வெப்ப அளவு (J); m — நிறை (kg); c — தன் வெப்பக் கொள்ளளவு (J kg⁻¹ K⁻¹); θ — வெப்பநிலை மாற்றம் (K அல்லது °C). [அளவின் அடிப்படையில் 1 K = 1 °C ஆதலால் θ-ஐ செல்சியஸிலும் கணிக்கலாம்.]

உதாரணம் 1 — 6 kg செம்பை 20 K ஏற்றல்:
தரப்பட்ட தரவுகள்: m = 6 kg, c = 400 J kg⁻¹ K⁻¹, θ = 20 K.
படி 1: 1 kg-ஐ 1 K ஏற்ற தேவை = 400 J.
படி 2: 6 kg-ஐ 1 K ஏற்ற = 6 × 400 J.
படி 3: 6 kg-ஐ 20 K ஏற்ற = Q = mcθ = 6 × 400 × 20 = 48 000 J.

உதாரணம் 2 — 2 kg நீரை 10 K ஏற்றல்:
Q = mcθ = 2 × 4200 × 10 = 84 000 J.

உதாரணம் 3 — 500 g அலுமினியத்தை 30 °C-இலிருந்து 50 °C வரை:
m = 0.5 kg, c = 900 J kg⁻¹ °C⁻¹, θ = (50 − 30) = 20 °C.
Q = 0.5 × 900 × 20 = 9000 J.

உதாரணம் 4 — இறுதி வெப்பநிலை காணல்: 30 °C உள்ள 2 kg செம்புக்கு 20 000 J வெப்பம் கொடுத்தால் இறுதி வெப்பநிலை?
Q = mcθ → 20 000 = 2 × 400 × θ → θ = 20 000 ÷ 800 = 25 °C.
இறுதி வெப்பநிலை = 30 + 25 = 55 °C.

உதாரணம் 5 — கலன் + நீர் (இரண்டையும் கணிக்க வேண்டும்): 1.6 kg நிறையுள்ள செம்புக் கலனில் 1 kg நீர் (25 °C). நீர் கொதிக்கும் (100 °C) வரை சூடாக்கத் தேவையான மொத்த வெப்பம்?
கலனின் நிறை = 1.6 − 1.0 = 0.6 kg.
கலன் உறிஞ்சும் வெப்பம் = 0.6 × 400 × (100 − 25) = 0.6 × 400 × 75 = 18 000 J.
நீர் உறிஞ்சும் வெப்பம் = 1 × 4200 × 75 = 315 000 J.
மொத்த வெப்பம் = 18 000 + 315 000 = 333 000 J.

⚠ எச்சரிக்கை வெப்பம் ≠ வெப்பநிலை. வெப்பம் ஒரு ஆற்றல் (J); வெப்பநிலை துகள்களின் சராசரி இயக்க ஆற்றலின் அளவீடு (K). ஒரு பெருங்கடல் நீரின் வெப்பநிலை குறைவாக இருந்தாலும் அதிலுள்ள மொத்த வெப்ப ஆற்றல் ஒரு சூடான தேநீர்க் கோப்பையை விட மிக அதிகம்.

9.3 சடப்பொருளின் நிலை மாற்றம் (Change of state)

சடப்பொருள் திண்மம், திரவம், வாயு என மூன்று நிலைகளில் இருக்கலாம். வெப்பத்தை உறிஞ்சுவதாலோ வெளிவிடுவதாலோ பனிக்கட்டி நீராகவும், நீர் நீராவியாகவும் மாறும். ஒரு நிலையிலிருந்து மற்றொரு நிலைக்கு மாறுவதே நிலை மாற்றம் (change of state): உருகுதல், கொதித்தல், உறைதல், ஒடுங்கல்.

உருகுநிலை (melting point): சூடாக்கப்படும் திண்மம் திரவமாக மாறும் வெப்பநிலை.
உறைநிலை (freezing point): குளிர்விக்கப்படும் திரவம் திண்மமாக மாறும் வெப்பநிலை. ஒரே பொருளின் உருகுநிலையும் உறைநிலையும் சம மதிப்புடையவை.
கொதிநிலை (boiling point): திரவத்தினுள் குமிழ்கள் தோன்றி வாயுவாக மாறும் வெப்பநிலை.

இவை அழுத்தத்தைச் சார்ந்தவை; வழக்கமாக 1 வளிமண்டல அழுத்தத்தில் குறிப்பிடப்படும். உதாரணம்: பனிக்கட்டி உருகுநிலை 0 °C, ஈயம் 330 °C, அலுமினியம் 660 °C, இரும்பு 1535 °C. நீர் கொதிநிலை 100 °C, எத்தனோல் 78 °C, இரசம் 357 °C.

9.3.1 மறை வெப்பம் (Latent heat)

0 °C-க்குச் சற்றுக் கீழே உள்ள பனிக்கட்டிக்கு வெப்பம் கொடுத்தால், முதலில் வெப்பநிலை 0 °C வரை கூடும். அதன்பின் கொடுக்கும் வெப்பம் மூலக்கூறுகளுக்கிடையேயான கவர்ச்சி விசைகளை எதிர்த்து வேலை செய்வதில் செலவாகின்றது — ஆகவே நிலை மாற்றத்தின்போது வெப்பநிலை மாறாது. பனிக்கட்டி முழுவதும் நீராக மாறிய பின்னரே, கொடுக்கப்படும் வெப்பம் மீண்டும் வெப்பநிலையை ஏற்றும்.

வரையறை — மறை வெப்பம் (latent heat): நிலை மாற்றம் நிகழும்போது வெப்பநிலையை மாற்றாமல் ஒரு பொருளால் உறிஞ்சப்படும் (அல்லது வெளிவிடப்படும்) வெப்பம்.

உருகலின் மறை வெப்பம் (latent heat of fusion): திண்மம் → திரவம் மாற்றத்தில் (உரு: 0 °C பனி → 0 °C நீர்) உறிஞ்சப்படும் வெப்பம். 1 kg பனிக்கட்டியை 0 °C-இல் நீராக மாற்ற 3.36 × 10⁵ J தேவை — இதுவே பனியின் தன் உருகல் மறை வெப்பம் (specific latent heat of fusion).
ஆவியாதலின் மறை வெப்பம் (latent heat of vaporisation): திரவம் → வாயு மாற்றத்தில் (உரு: 100 °C நீர் → 100 °C நீராவி) உறிஞ்சப்படும் வெப்பம். 1 kg நீரை 100 °C-இல் நீராவியாக மாற்ற 2.26 × 10⁶ J தேவை — இதுவே நீரின் தன் ஆவியாதல் மறை வெப்பம்.

ஒரு பொருள் உருகும்போது மறை வெப்பத்தை உறிஞ்சினால், அதே பொருள் உறையும்போது அதே அளவு மறை வெப்பத்தை வெளிவிடும். மறை வெப்பத்தின் அலகு J kg⁻¹.

⚠ எச்சரிக்கை 100 °C நீராவியால் ஏற்படும் தீக்காயம், 100 °C கொதி நீரால் ஏற்படும் தீக்காயத்தை விட மிகக் கடுமையானது — ஏனெனில் நீராவி தோலில் ஒடுங்கும்போது அதன் பெரிய ஆவியாதல் மறை வெப்பத்தையும் (2.26 × 10⁶ J kg⁻¹) கூடுதலாக வெளியிடுகின்றது.

9.3.2 ஆவியாதலும் சூடாதலும் (Evaporation vs boiling)

திரவம் வாயுவாக மாறுவது ஆவியாதல் (vaporisation). இது இரு வழிகளில்: (i) கொதிநிலையில் நிகழும் கொதித்தல் (boiling) — திரவத்தினுள்ளும் குமிழ்கள் தோன்றும்; (ii) கொதிநிலைக்குக் கீழே மேற்பரப்பில் மட்டும் மெதுவாக நிகழும் உலர்தல் (evaporation). இரண்டிலும் மறை வெப்பம் உறிஞ்சப்படுகின்றது. வியர்வை உலர்வதால் நம் உடலிலிருந்து பெருமளவு வெப்பம் அகற்றப்பட்டு உடல் வெப்பநிலை சீராக்கப்படுகின்றது.

9.4 வெப்பவிரிவு (Thermal expansion)

ஒன்றுக்குள் ஒன்றாக மாட்டிக்கொண்ட இரு கண்ணாடிக் குவளைகளை, உள் குவளையில் குளிர்நீர் ஊற்றியும் வெளிக் குவளையை வெந்நீரில் வைத்தும் பிரிக்கலாம் — வெந்நீரில் உள்ள குவளை சற்று விரிய, குளிர்நீர் ஊற்றிய குவளை சற்று சுருங்குகின்றது. வெப்பநிலை கூடும்போது ஒரு பொருளின் பருமன் (நீளம், பரப்பு, கனவளவு) கூடுவதே வெப்பவிரிவு (thermal expansion); குறையும்போது சுருக்கம் (contraction).

திண்மங்களின் விரிவு: சூடான இரும்புப் பந்து, முன்பு நுழைந்த வளையத்தினுள் இனி நுழையாது — விரிவின் சான்று. குளிர்ந்ததும் மீண்டும் நுழையும்.
திரவங்களின் விரிவு: சூடாக்கும்போது சோதனைக் குழாய் முதலில் விரிய திரவ மட்டம் சற்றுக் குறையும்; பின் திரவம் கண்ணாடியை விட அதிகம் விரிவதால் மட்டம் மீண்டும் ஏறும். இதுவே வெப்பமானிகளின் இயக்கக் கொள்கை.
வாயுக்களின் விரிவு: பலூன் இணைத்த காலி பாட்டிலை வெந்நீரில் வைத்தால், உள் காற்று விரிந்து பலூன் ஊதுகின்றது; குளிர்ந்ததும் சுருங்குகின்றது. வாயுக்களே அதிகம் விரிவடைபவை.

9.4.1 வெப்பவிரிவின் பயன்பாடுகள்

இருப்புப் பாதை இடைவெளி: இரு இரயில் தண்டவாளங்களுக்கிடையே சிறு இடைவெளி விடப்படுகின்றது — வெப்பத்தில் விரிந்து தண்டவாளம் வளைந்துவிடாமல் இருக்க.
மின்/தொலைபேசிக் கம்பிகள்: கம்பங்களுக்கிடையே தளர்வாகக் கட்டப்படுகின்றன — குளிர்காலத்தில் சுருங்கி அறுந்துவிடாமல் இருக்க.
இரு-உலோகப் பட்டை (bimetallic strip): வெவ்வேறு விரிவுள்ள இரு உலோகப் பட்டைகள் ஒன்றாக இணைக்கப்படுகின்றன. சூடாக்கும்போது ஒன்று அதிகம் விரிய, பட்டை வளைகின்றது. மின் அயன் பெட்டி, சோற்றுக் குக்கர் போன்றவற்றில் வெப்பநிலையைக் கட்டுப்படுத்த இது சுவிட்சாகச் செயல்படுகின்றது.
இறுக்கமான உலோக மூடியை சூடாக்கி எளிதாகத் திறக்கலாம் — உலோகம் கண்ணாடியை விட அதிகம் விரிவதால் மூடி சற்று தளர்கின்றது.

9.5 வெப்பக் கடத்தல் (Heat transfer)

சூடான தேநீர்க் கோப்பையில் இட்ட உலோகக் கரண்டியின் மறுமுனை சூடாகின்றது; சுடருக்கு மேலே கை வைத்தால் சூடு உணர்கின்றது. வெப்பம் ஒரிடத்திலிருந்து மற்றொரிடத்திற்குச் செல்வதே வெப்பக் கடத்தல். இது எப்போதும் உயர் வெப்பநிலையிலிருந்து தாழ் வெப்பநிலைக்கே நிகழும். மூன்று முறைகள்: கடத்தல் (conduction), பரவுகை (convection), கதிர்வீச்சு (radiation).

முறை	எவ்வாறு	ஊடகம்?	பொதுவாக
கடத்தல்	துகள்கள் ஒன்றையொன்று மோதி இயக்க ஆற்றலைக் கடத்துதல்; உலோகங்களில் தடையற்ற இலத்திரன்களும் (free electrons)	தேவை (துகள்கள்)	திண்மங்கள்
பரவுகை	சூடான திரவம்/வாயு விரிந்து அடர்த்தி குறைந்து மேலெழும்; குளிர்ந்தவை கீழிறங்கும் — பரவுகை மின்னோட்டம்	தேவை (திரவம்/வாயு)	திரவம், வாயு
கதிர்வீச்சு	மின்காந்தக் கதிர்களாக (electromagnetic waves) வெப்பம் பரவல்	தேவையில்லை (வெற்றிடத்திலும்)	எல்லா சூடான பொருளும்

9.5.1 கடத்தல் (Conduction)

திண்மங்களின் முதன்மை வெப்பக் கடத்தல் முறை இதுவே. திண்மத்தின் அணுக்கள் இறுக்கமாகப் பிணைக்கப்பட்டுள்ளதால் சுதந்திரமாக நகர முடியாது; வெப்பம் அவற்றின் அதிர்வு இயக்க ஆற்றலாக உள்ளது. ஒரு முனை சூடாக்கப்படும்போது, அந்த அணுக்கள் அதிக வீச்சத்துடன் அதிர்ந்து அடுத்த அணுக்களோடு மோதி ஆற்றலைக் கடத்துகின்றன. உலோகங்களில் தடையற்ற இலத்திரன்களும் (free electrons) ஆற்றலை வேகமாகக் கடத்துவதால் அவை நல்ல கடத்திகள்.

நல்ல கடத்திகள் (conductors): வெள்ளி, செம்பு, இரும்பு, இரசம், அலுமினியம்.
காப்பான்கள் (insulators): மரம், பிளாஸ்டிக், அஸ்பெஸ்ரஸ், களிமண், கம்பளி, காற்று. நீரும் மிகக் குறைந்த வெப்பக் கடத்தியே.

பறவை இறகுகளை உப்பி வைத்து காற்றுப் படலத்தைச் சிறைப்படுத்துவதும், சீல்களின் தடித்த கொழுப்புப் படலமும் (blubber) — காற்று/கொழுப்பு காப்பான்களாதலால் வெப்ப இழப்பைத் தடுக்கின்றன.

9.5.2 பரவுகை (Convection)

திரவங்களும் வாயுக்களும் சூடாகும்போது விரிந்து அடர்த்தி குறைந்து மேலெழும்; அந்த இடத்தை நிரப்பக் குளிர்ந்த, அடர்த்தியான திரவம்/வாயு கீழிறங்கும். இந்த பரவுகை மின்னோட்டங்களே (convection currents) வெப்பத்தை மேல்நோக்கிப் பரப்புகின்றன. முழுவதும் மூழ்கிய நீர்-சூடாக்கி (immersion heater) ஜக் முழுவதையும் சூடாக்குவது இதனால்தான்; கீழே வைத்தால் மட்டுமே கீழிருந்து மேல் வரை சூடாகும்.

கடற்காற்றும் தரைக்காற்றும்: தரையின் தன் வெப்பக் கொள்ளளவு கடல் நீரை விடக் குறைவு. ஆகவே பகலில் தரை விரைவாகச் சூடாகி, அதன் மேல் காற்று மேலெழ — கடலிலிருந்து தரைக்குக் காற்று வீசும் (கடற்காற்று). இரவில் தரை விரைவாகக் குளிர, கடல் நீர் வெதுவெதுப்பாக இருந்து அதன் மேல் காற்று மேலெழ — தரையிலிருந்து கடலுக்குக் காற்று வீசும் (தரைக்காற்று).

9.5.3 கதிர்வீச்சு (Thermal radiation)

சுடருக்கருகே உணரும் வெம்மை கடத்தலோ பரவுகையோ அல்ல — அது கதிர்வீச்சு. ஊடகம் தேவையின்றி, மின்காந்தக் கதிர்களாக ஒரு சூடான பொருளிலிருந்து வெப்பம் பரவுவதே கதிர்வீச்சு (thermal radiation). சூரியனின் வெப்பம் சுமார் 15 கோடி கி.மீ. வெற்றிடம் கடந்து பூமியை அடைவது இதனால்தான். கடத்தல்/பரவுகைக்கு ஊடகத் துகள்கள் இன்றியமையாதவை; கதிர்வீச்சுக்கு அல்ல.

உறிஞ்சல்: கருமை + சொரசொரப்பான பரப்புகள் கதிர்வீச்சை அதிகம் உறிஞ்சும்.
பிரதிபலிப்பு: பளபளப்பான + வெண்மைப் பரப்புகள் கதிர்வீச்சை அதிகம் பிரதிபலிக்கும்.

பகலில் வெண்ணுடை உடுத்தும் கிரிக்கெட் வீரர்கள் வெப்பத்தை குறைவாக உறிஞ்சுகின்றனர்; குளிர் நாடுகளில் கருமை உடை உடல் வெப்பத்தைக் காக்கின்றது; கறுப்புச் சமையல் பாத்திரங்கள் வெப்பத்தை வேகமாக உறிஞ்சும்; தெர்மோஸ் குடுவையின் உள் பரப்பு வெள்ளி பூசப்படுவது வெப்பக் கதிர்வீச்சை பிரதிபலித்து இழப்பைத் தடுக்கவே.

✅ விரைவுச் சோதனை

முக்கியக் கருத்துக்களை உறுதிப்படுத்துங்கள். தவறான விடைகள் உங்கள் தவறுக் குறிப்பேட்டில் சேமிக்கப்படும்.

🖊 கட்டுரை வினாக்கள் (பகுதி II)

பரீட்சை வடிவில் கட்டமைப்பு வினாக்கள். முதலில் நீங்களே எழுதுங்கள்; பின்னர் மாதிரி விடையைத் திறந்து சரிபாருங்கள்.

1. (அ) வெப்பநிலை (temperature) என்றால் என்ன? வெப்பத்திலிருந்து (heat) அது எவ்வாறு வேறுபடுகிறது? (3)
(ஆ) Celsius, Fahrenheit, Kelvin ஆகிய மூன்று அளவுகோல்களின் நிலையான புள்ளிகளை (fixed points) தருக. (3)
(இ) தனிமச் சுழி வெப்பநிலை (absolute zero) என்றால் என்ன? K ↔ °C மாற்றத்தைக் கூறி, 27°C-ஐ K-ஆகவும் 300 K-ஐ °C-ஆகவும் மாற்றுக. (4) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம் — சேர்க்க வேண்டிய புள்ளிகள்:

வெப்பநிலை = துகள்களின் சராசரி KE அளவீடு.
வெப்பம் = வெப்பநிலை வேறுபாட்டால் மாறும் ஆற்றல்.
Celsius 0/100, Fahrenheit 32/212, Kelvin 273/373.
Absolute zero = −273.15°C = 0 K.
K = °C+273. 27°C=300K; 300K=27°C.

(அ) வெப்பநிலை (Temperature): ஒரு பொருளை அமைக்கும் துகள்களின் சராசரி இயக்க ஆற்றலின் (mean kinetic energy) அளவீடு. பொருள் எவ்வளவு சூடாக/குளிராக உள்ளது என்பதைக் காட்டுகிறது. அலகு: Kelvin (K).
வெப்பம் (Heat): இரு பொருள்களுக்கிடையே உள்ள வெப்பநிலை வேறுபாட்டால் ஒன்றிலிருந்து மற்றொன்றுக்கு மாறும் ஆற்றல். அலகு: Joule (J).
வேறுபாடு: வெப்பநிலை = ஒரு *பண்பு* (சராசரி KE); வெப்பம் = கடத்தப்படும் *ஆற்றல்*. வெப்பநிலை வேறுபாடு இருந்தால்தான் வெப்பம் பாயும்.

(ஆ) நிலையான புள்ளிகள் (Fixed points) — 1 atm அழுத்தத்தில்:
| அளவுகோல் | பனி உருகல் | நீர் கொதிநிலை | பகுதிகள் |
|---|---|---|---|
| Celsius | 0°C | 100°C | 100 |
| Fahrenheit | 32°F | 212°F | 180 |
| Kelvin | 273 K | 373 K | 100 |

(இ) தனிமச் சுழி வெப்பநிலை (Absolute zero): எந்தப் பொருளும் அடையக்கூடிய மிகக் குறைந்த வெப்பநிலை. இதில் அனைத்துத் துகள்களின் இயக்க ஆற்றல் பூச்சியம். இதற்குக் கீழே வெப்பநிலையைக் குறைக்க முடியாது. இது −273.15°C = 0 K.
மாற்றம்: K = °C + 273; °C = K − 273. (Celsius–Kelvin இடைவெளி அளவில் சமம் — 1°C = 1 K.)
• 27°C = 27 + 273 = 300 K.
• 300 K = 300 − 273 = 27°C.

2. (அ) கண்ணாடி-இரச (glass-mercury) வெப்பநிலைமானியின் அமைப்பை விளக்கி, அதில் இரசம் (mercury) பயன்படுவதன் 3 நன்மைகளையும் 1 குறையையும் தருக. (5)
(ஆ) குறை வெப்பநிலை அளக்க கண்ணாடி-மதுசார (glass-alcohol/ethanol) வெப்பநிலைமானி ஏன் பொருத்தமானது? (3)
(இ) எண்ணிலக்க (digital) வெப்பநிலைமானி எவ்வாறு செயல்படுகிறது? (2) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம் — சேர்க்க வேண்டிய புள்ளிகள்:

Mercury thermometer: bulb + narrow tube; expansion rises.
Mercury: uniform expansion, good conductor, wide liquid range; toxic.
Ethanol m.p. −115°C → low temp; high uniform expansion; coloured.
Digital uses temperature-dependent resistance.

(அ) கண்ணாடி-இரச வெப்பநிலைமானி அமைப்பு: இரசம் நிரப்பப்பட்ட ஒரு குமிழி (bulb) ஒடுங்கிய கண்ணாடிக் குழாயுடன் இணைக்கப்படுகிறது. வெப்பநிலை உயரும்போது குமிழியில் உள்ள இரசம் விரிவடைந்து குழாயில் மேலேறும். இரச நிரலின் நீளத்திற்கேற்ப அளவுகோலில் வெப்பநிலையை வாசிக்கலாம். குழாயின் விட்டம் மிகச் சிறியதால் சிறு பருமன் விரிவடைதலும் தெளிவாகத் தெரியும் நீளமாகத் தெரியும்.
இரசத்தின் நன்மைகள்:
• பரந்த வீச்சில் சீரான விரிவடைதல் (uniform expansion).
• நல்ல வெப்பக் கடத்தி (good thermal conductor) — விரைவாக வெப்பநிலையை எய்தும்.
• பரந்த வீச்சில் (−39°C முதல் 357°C) திரவமாகவே இருக்கும்.
குறை: இரசம் நச்சுத்தன்மை (toxic) உடையது → பயன்பாடு குறைந்து வருகிறது.

(ஆ) மதுசார (ethanol) வெப்பநிலைமானி:
• Ethanol-ன் உருகுநிலை −115°C — மிகக் குறைவு. எனவே 0°C-க்கு மிகக் கீழான வெப்பநிலைகளிலும் திரவமாகவே இருந்து அளவிட உதவும் (மலையக குளிர் காலநிலை).
• ஏனைய திரவங்களைவிட அதிக விரிவடைதல்; அது வெப்பநிலையுடன் சீராக அதிகரிக்கிறது.
• தூய ethanol நிறமற்றது → நிரல் தெளிவாகத் தெரிய வண்ணப் பொருள் சேர்க்கப்படுகிறது.

(இ) எண்ணிலக்க (Digital) வெப்பநிலைமானி: விரிவடைதலுக்குப் பதிலாக, வெப்பநிலையைப் பொறுத்து மாறும் ஒரு மின் பண்பை — மின்தடை (resistance) — பயன்படுத்துகிறது. வெப்பநிலை மாறும்போது மின்தடை மாறுகிறது; அதை மின்னணுச் சுற்று வெப்பநிலையாக மாற்றி திரையில் நேரடியாகக் காட்டுகிறது.

3. (அ) வெப்பக் கொள்ளளவு (heat capacity, C) மற்றும் தன்வெப்பக் கொள்ளளவு (specific heat capacity, c) ஆகியவற்றை வரையறுத்து அலகுகளுடன் வேறுபடுத்துக. (3)
(ஆ) Q = mcθ சமன்பாட்டில் ஒவ்வொரு குறியீட்டையும் அலகுடன் விளக்குக. (2)
(இ) ஒரு செப்புக் கலனில் 1 kg நீர் உள்ளது. நீருடன் கூடிய கலனின் திணிவு 1.6 kg. நீரின் வெப்பநிலை 25°C. நீர் கொதிக்கும்வரை (100°C) சூடேற்றத் தேவையான மொத்த வெப்பத்தைக் கணக்கிடுக. (c நீர் = 4200, c செப்பு = 400 J kg⁻¹ K⁻¹) (5) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம் — சேர்க்க வேண்டிய புள்ளிகள்:

C = whole object 1° rise; J K⁻¹.
c = unit mass 1° rise; J kg⁻¹ K⁻¹. C = mc.
Q=mcθ: Q J, m kg, c, θ.
Copper mass = 1.6−1.0 = 0.6 kg.
Q_vessel=0.6×400×75=18000; Q_water=1×4200×75=315000; total=333000 J.

(அ) வெப்பக் கொள்ளளவு (C): ஒரு *முழுப் பொருளின்* வெப்பநிலையை ஒரு அலகு (1 K) உயர்த்தத் தேவையான வெப்பம். அலகு J K⁻¹ (அ J °C⁻¹). திணிவையும் பொருளையும் சார்ந்தது.
தன்வெப்பக் கொள்ளளவு (c): ஒரு பொருளின் *ஒரலகு திணிவின்* வெப்பநிலையை ஒரு அலகு உயர்த்த/தாழ்த்த தேவையான வெப்பம். அலகு J kg⁻¹ K⁻¹. பொருளை மட்டுமே சார்ந்தது (திணிவைச் சாராது).
தொடர்பு: C = m × c.

(ஆ) Q = mcθ:
• Q = வெப்ப அளவு, அலகு Joule (J).
• m = திணிவு, அலகு kg.
• c = தன்வெப்பக் கொள்ளளவு, அலகு J kg⁻¹ K⁻¹.
• θ = வெப்பநிலை மாற்றம் (இறுதி − தொடக்கம்), அலகு K அல்லது °C. (அளவில் 1 K = 1°C.)

(இ) கணக்கீடு:
கலனும் நீரும் சேர்ந்து சூடாகின்றன → மொத்த வெப்பம் = கலன் உறிஞ்சும் வெப்பம் + நீர் உறிஞ்சும் வெப்பம்.
வெப்பநிலை மாற்றம் θ = 100 − 25 = 75 K.
செப்புக் கலனின் திணிவு = மொத்தம் − நீர் = 1.6 − 1.0 = 0.6 kg.
கலன் உறிஞ்சும் வெப்பம் = mcθ = 0.6 × 400 × 75 = 18 000 J.
நீர் உறிஞ்சும் வெப்பம் = mcθ = 1 × 4200 × 75 = 315 000 J.
மொத்த வெப்பம் = 18 000 + 315 000 = 333 000 J.

4. (அ) நிலைமாற்றம் (change of state) என்றால் என்ன? உருகுநிலை, உறைநிலை, கொதிநிலை ஆகியவற்றை வரையறுக்க. (4)
(ஆ) மறை வெப்பம் (latent heat) என்றால் என்ன? நிலைமாற்றத்தின்போது வெப்பநிலை ஏன் மாறாமல் இருக்கிறது? (3)
(இ) உருகலின் தன்மறை வெப்பம் (specific latent heat of fusion) மற்றும் ஆவியாதலின் தன்மறை வெப்பம் (specific latent heat of vaporization) ஆகியவற்றை வரையறுத்து, நீர்/பனிக்கான மதிப்புகளைத் தருக. (3) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம் — சேர்க்க வேண்டிய புள்ளிகள்:

Change of state = solid/liquid/gas inter-conversion.
Melting pt = solid→liquid; freezing pt = liquid→solid; boiling pt = liquid→vapour.
Latent heat = absorbed/released in change of state, no temp change.
Heat breaks intermolecular bonds, not raise KE.
L_fusion ice 3.36×10⁵; L_vap water 2.26×10⁶ J kg⁻¹.

(அ) நிலைமாற்றம் (Change of state): ஒரு பொருள் திடம், திரவம், வாயு ஆகிய ஒரு நிலையிலிருந்து மற்றொரு நிலைக்கு மாறுதல். (உரு: உருகுதல், கொதித்தல், குளிர்தல், திண்மமாதல்.)
• உருகுநிலை (Melting point): சூடேற்றப்படும் திடப் பொருள் திரவ நிலைக்கு மாறும் வெப்பநிலை.
• உறைநிலை (Freezing point): குளிர்விக்கப்படும் திரவம் திட நிலைக்கு மாறும் வெப்பநிலை. (ஒரே பொருளுக்கு உருகுநிலை = உறைநிலை.)
• கொதிநிலை (Boiling point): திரவம் முழுவதிலும் குமிழிகள் தோன்றி வாயுவாக மாறத் தொடங்கும் வெப்பநிலை. (இவை அழுத்தத்தைச் சார்ந்தவை; வழக்கமாக 1 atm-ல் தரப்படும்.)

(ஆ) மறை வெப்பம் (Latent heat): நிலைமாற்றத்தின்போது வெப்பநிலையை மாற்றாமல் ஒரு பொருளால் உறிஞ்சப்படும் அல்லது வெளியிடப்படும் வெப்பம்.
வெப்பநிலை ஏன் மாறவில்லை? நிலைமாற்றப் புள்ளியில் தரப்படும் வெப்பம் முழுவதும் மூலக்கூறுகளுக்கிடையே உள்ள ஈர்ப்பு விசைகளை (intermolecular forces) எதிர்த்து வேலை செய்யவும், பிணைப்புகளை உடைக்கவும் செலவிடப்படுகிறது. அது துகள்களின் இயக்க ஆற்றலை (KE) உயர்த்தாது — எனவே வெப்பநிலை மாறாது. நிலைமாற்றம் முழுவதும் முடிந்த பின்னரே வெப்பநிலை மீண்டும் உயரும்.

(இ) உருகலின் தன்மறை வெப்பம் (Specific latent heat of fusion): உருகுநிலையில் உள்ள ஒரு திடப் பொருளின் ஒரலகு திணிவை அதே வெப்பநிலையில் திரவமாக மாற்ற தேவையான வெப்பம். பனி: 1 kg பனியை (0°C) → நீராக (0°C) மாற்ற 3.36 × 10⁵ J.
ஆவியாதலின் தன்மறை வெப்பம் (Specific latent heat of vaporization): கொதிநிலையில் உள்ள ஒரலகு திணிவு திரவத்தை அதே வெப்பநிலையில் வாயுவாக மாற்ற தேவையான வெப்பம். நீர்: 1 kg நீரை (100°C) → நீராவியாக (100°C) மாற்ற 2.26 × 10⁶ J. (அலகு J kg⁻¹.)

5. வெப்ப விரிவடைதல் (thermal expansion) — (அ) திடம், திரவம், வாயு மூன்றிலும் விரிவடைதலை விளக்கும் தலா ஒரு செயல்பாட்டை (activity) குறிப்பிடுக. (3)
(ஆ) திடப் பொருள்களின் விரிவடைதலின் 4 நடைமுறை பயன்பாடுகளை விளக்குக. (4)
(இ) இருஉலோகப் பட்டை (bimetallic strip) அமைப்பையும் அது மின் இஸ்திரிப் பெட்டியில் வெப்பநிலையைக் கட்டுப்படுத்தும் விதத்தையும் விளக்குக. (3) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம் — சேர்க்க வேண்டிய புள்ளிகள்:

Solid: iron ball + ring. Liquid: coloured water in test tube. Gas: balloon on bottle.
Cart wheel iron rim, railway gaps, loose cables, bottle lids heated.
Bimetallic = 2 metals unequal expansion, bend on heating → thermostat.

(அ) மூன்று நிலைகளிலும் விரிவடைதல்:
• திடம்: ஒரு வளையத்தின் வழியே சரியாகச் செல்லும் இரும்புக் கோளத்தை எடுத்து, சூடேற்றினால் அது விரிவடைந்து வளையத்தின் வழியே செல்லாது; குளிர்ந்த பின் மீண்டும் செல்லும்.
• திரவம்: வண்ண நீர் நிரப்பிய சோதனைக் குழாயை வெந்நீரில் வைத்தால் — முதலில் குழாய் விரிந்து நீர்மட்டம் சற்றுக் கீழிறங்கி, பின் திரவம் விரிவடைந்து நீர்மட்டம் மேலேறும்.
• வாயு: பலூன் பொருத்திய காலி பிளாஸ்டிக் புட்டியை வெந்நீரில் வைத்தால், உள்ளே உள்ள காற்று விரிவடைந்து பலூன் ஊதிக்கொள்ளும்.

(ஆ) திட விரிவடைதலின் பயன்பாடுகள்:
• வண்டிச் சக்கரத்தின் இரும்பு வளையம்: வளையத்தின் விட்டத்தை சக்கரத்தைவிடச் சற்றுச் சிறிதாக்கி, சூடேற்றி விரிவடையச் செய்து சக்கரத்தைப் பொருத்துவர்; குளிர்ந்த பின் சுருங்கி இறுக்கமாகப் பிடிக்கும்.
• இரயில் தண்டவாளங்கள்: இரு தண்டவாளங்களுக்கிடையே சிறு இடைவெளி → வெப்பநிலை உயரும்போது விரிவடைய இடம் → சிதைவைத் தடுக்கும்.
• தொலைபேசி/மின் கம்பிகள்: கம்பங்களுக்கிடையே தளர்வாகப் பொருத்தப்படும் → குளிரில் சுருங்கும்போது அறுபடாது.
• புட்டி மூடிகள்: இறுக்கமான உலோக மூடியைச் சூடேற்றினால் (உலோகம் கண்ணாடியைவிட அதிகம் விரியும்) தளர்ந்து எளிதாகத் திறக்கும்.

(இ) இருஉலோகப் பட்டை (Bimetallic strip): வேறுபட்ட விரிவடைதல் கொண்ட இரு உலோகப் பட்டைகள் ஒன்றாக இறுக்கமாக இணைக்கப்பட்டவை. ஒரு முனை நிலையாகப் பொருத்தப்படும்; மறு முனை சுதந்திரம். சூடாகும்போது ஒரு உலோகம் மற்றதைவிட அதிகம் விரிவடைகிறது → பட்டை வளைகிறது.
மின் இஸ்திரியில்: பட்டை மின்சுற்றுடன் இணைக்கப்படுகிறது. வெப்பநிலை அதிகமாகும்போது பட்டை வளைந்து மின்தொடர்பைத் துண்டிக்கிறது (heater off); குளிர்ந்ததும் மீண்டும் தொடர்பு (heater on). இவ்வாறு வெப்பநிலை தானியங்கியாகக் கட்டுப்படுத்தப்படுகிறது (thermostat).

6. வெப்பக் கடத்தலின் (heat transfer) மூன்று முறைகளையும் — கடத்தல் (conduction), வெப்பச்சலனம் (convection), கதிர்வீச்சு (radiation) — ஒவ்வொன்றின் கருத்துரு, நிகழும் பொருள், ஓர் உதாரணம் உட்பட விரிவாக ஒப்பிட்டு விளக்குக. (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம் — சேர்க்க வேண்டிய புள்ளிகள்:

Conduction: particle-to-particle, solids; free electrons in metals.
Convection: density change, liquids/gases, currents rise.
Radiation: EM waves, no medium needed, sun → earth.
Examples: metal spoon, boiling water, sun warmth.

(1) கடத்தல் (Conduction):
கருத்துரு: துகள்கள் ஒன்றன்பின் ஒன்றாக அதிர்ந்து, மோதல்கள் வழியாக இயக்க ஆற்றலை அடுத்த துகளுக்குக் கடத்துவதன் மூலம் வெப்பம் முன்னோக்கிப் பாய்தல். துகள்கள் இடம் மாறுவதில்லை.
நிகழும் பொருள்: முதன்மையாகத் திடப் பொருள்களில். உலோகங்களில் அணு அதிர்வுகளுடன் சுதந்திர இலத்திரன்களும் (free electrons) ஆற்றலைக் கடத்துவதால் அவை நல்ல கடத்திகள்.
உதாரணம்: சூடான தேநீரில் வைத்த உலோகக் கரண்டியின் மறுமுனை சூடாதல்; சமையற் கலனின் அடியிலிருந்து உள்ளே வெப்பம் பரவுதல்.
கடத்திகள்: வெள்ளி, செம்பு, இரும்பு, அலுமினியம். காப்பான்கள்: மரம், பிளாஸ்டிக், கம்பளி, ஆஸ்பெஸ்டாஸ், காற்று.

(2) வெப்பச்சலனம் (Convection):
கருத்துரு: திரவம்/வாயு சூடாகும்போது விரிவடைந்து அடர்த்தி குறைந்து மேலெழும்பும்; குளிர்ந்த அடர்த்தியான பகுதி கீழிறங்கி இடத்தை நிரப்பும். இந்த வெப்பச்சலன ஓட்டங்கள் (convection currents) வழியே வெப்பம் பரவும்.
நிகழும் பொருள்: திரவங்களும் வாயுக்களும் மட்டுமே (துகள்கள் இடம் மாற வேண்டும்).
உதாரணம்: கலனில் நீர் கொதித்தல்; கடல் தென்றல்/நில தென்றல்; அறையில் சூடான காற்று மேலெழும்புதல். மூழ்கு வெப்பக்கம்பியை அடியில் வைத்தால் முழு நீரும் சூடாகும்.

(3) கதிர்வீச்சு (Radiation):
கருத்துரு: சூடான பொருளிலிருந்து மின்காந்த அலைகளாக (electromagnetic waves) வெப்பம் பரவுதல்.
நிகழும் பொருள்: பருப்பொருள் ஊடகம் தேவையில்லை — வெற்றிடத்திலும் பாயும்.
உதாரணம்: சூரிய வெப்பம் ~150 மில்லியன் km வெற்றிடத்தைக் கடந்து பூமியை அடைதல்; நெருப்பின் அருகே நிற்கும்போது உணரும் வெப்பம்.
உறிஞ்சல்/எதிரொளிப்பு: கருமை + சொரசொரப்பு → அதிக உறிஞ்சல்; வெண்மை + மினுமினுப்பு → அதிக எதிரொளிப்பு. (வெண்ணுடை குளிர்ச்சி; கருப்புச் சமையற்கலன் வேகமாகச் சூடாகும்; வெப்பக் குடுவையின் வெள்ளிப்பூச்சு கதிர்வீச்சை எதிரொளிக்கும்.)

ஒப்பீட்டு அட்டவணை:
| முறை | ஊடகம் | நிகழும் பொருள் | கடத்தும் விதம் |
|---|---|---|---|
| Conduction | தேவை | திடம் (முதன்மை) | துகள் அதிர்வு + free electrons |
| Convection | தேவை | திரவம், வாயு | துகள் இடப்பெயர்ச்சி (currents) |
| Radiation | தேவையில்லை | அனைத்தும்/வெற்றிடம் | மின்காந்த அலைகள் |

7. (அ) கடல் தென்றல் (sea breeze) மற்றும் நில தென்றல் (land breeze) எவ்வாறு உருவாகின்றன என்பதை நீர் மற்றும் நிலத்தின் தன்வெப்பக் கொள்ளளவு (specific heat capacity) வேறுபாட்டுடன் விளக்குக. (6)
(ஆ) வெப்பக் குடுவை (thermos flask) வெப்ப இழப்பை எவ்வாறு தடுக்கிறது — மூன்று கடத்தல் முறைகளையும் கருத்திற்கொண்டு விளக்குக. (4) (10 புள்ளி)

விடைத் திட்டம் — சேர்க்க வேண்டிய புள்ளிகள்:

Land low c → heats/cools fast; sea high c → slow.
Day: land hot → air rises → sea→land = sea breeze.
Night: land cools fast, sea warm → land→sea = land breeze.
Thermos: vacuum stops conduction/convection; silver reflects radiation; stopper stops convection.

(அ) கடல்/நில தென்றலின் அடிப்படை: நிலத்தின் தன்வெப்பக் கொள்ளளவு (c) கடல் நீரின் c-ஐ விடக் குறைவு. எனவே நிலம் வேகமாகச் சூடாகும், வேகமாகக் குளிரும்; கடல் மெதுவாகச் சூடாகும், மெதுவாகக் குளிரும்.
கடல் தென்றல் (Sea breeze) — பகலில்: சூரிய வெப்பத்தால் நிலம் கடலைவிட விரைவாகச் சூடாகிறது. நிலத்தருகே உள்ள காற்று சூடாகி அடர்த்தி குறைந்து மேலெழும்புகிறது → நிலத்தருகே குறை அழுத்தம். இந்தக் குறையை நிரப்ப கடலிலிருந்து நிலத்தை நோக்கி குளிர்ந்த காற்று வீசுகிறது = கடல் தென்றல்.
நில தென்றல் (Land breeze) — இரவில்: இரவில் நிலமும் கடலும் குளிர்கின்றன; ஆனால் நிலம் வேகமாகக் குளிர்கிறது, கடல் சூடாகவே இருக்கிறது. கடல் மேற்பரப்பருகே உள்ள வெதுவெதுப்பான காற்று மேலெழும்பி, கடலின்மேல் குறை அழுத்தம் உருவாகிறது → நிலத்திலிருந்து கடலை நோக்கி காற்று வீசுகிறது = நில தென்றல்.
(இரண்டும் வெப்பச்சலனத்தின் — convection — பெரிய அளவிலான எடுத்துக்காட்டுகள்.)

(ஆ) வெப்பக் குடுவை (Thermos flask) — வெப்ப இழப்பைத் தடுத்தல்:
• கடத்தல் + வெப்பச்சலனம் (conduction + convection): இரட்டைச் சுவருக்கிடையே உள்ள வெற்றிடம் (vacuum) — துகள்கள் இல்லாததால் வெப்பத்தைக் கடத்தவோ சலனம் செய்யவோ முடியாது.
• கதிர்வீச்சு (radiation): உள் சுவர்களில் வெள்ளிப்பூச்சு — மினுமினுப்பான மேற்பரப்பு வெப்பக் கதிர்வீச்சை எதிரொளித்து உள்ளே வைத்திருக்கும் (அ வெளியே இழக்கவிடாது).
• மூடி (stopper): மேல்பகுதி காப்பான் மூடியால் அடைக்கப்பட்டு convection மூலம் ஏற்படும் வெப்ப இழப்பைத் தடுக்கிறது.
இவ்வாறு மூன்று கடத்தல் முறைகளும் தடுக்கப்படுவதால் சூடான/குளிர்ந்த உள்ளடக்கம் நீண்ட நேரம் அதே வெப்பநிலையில் இருக்கும்.

🔥 மீட்டல் மையம்

பரீட்சைக்கு முன் இறுதி ஒரு நிமிடம் — மறக்கக்கூடாதவை மட்டும்.

வெப்பநிலை (temperature): துகள்களின் சராசரி இயக்க ஆற்றலின் (KE) அளவீடு. வெப்பம் (heat): வெப்பநிலை வேறுபாட்டால் மாறும் ஆற்றல் (அலகு J).
அளவுகோல்கள்: Celsius (0/100), Fahrenheit (32/212), Kelvin (273/373). பன்னாட்டு அலகு = Kelvin.
K = °C + 273; °C = K − 273. 1°C = 1 K (அளவில் சமம்). Absolute zero = −273.15°C = 0 K.
வெப்பம் பாயும் திசை: உயர் → குறை வெப்பநிலை. சம வெப்பநிலை = வெப்பச் சமநிலை (thermal equilibrium).
வெப்பக் கொள்ளளவு C = முழுப்பொருள் 1° உயர்த்த; J K⁻¹. தன்வெப்பக் கொள்ளளவு c = ஒரலகு திணிவு 1° உயர்த்த; J kg⁻¹ K⁻¹. C = mc.
Q = mcθ. நீரின் c = 4200 (உயர்வு); இரும்பு 460, அலுமினியம் 900, செப்பு 400, பனி 2100.
நிலைமாற்றம்: உருகுநிலை (திடம்→திரவம்), உறைநிலை (திரவம்→திடம்), கொதிநிலை (திரவம்→வாயு).
மறை வெப்பம் (latent heat): நிலைமாற்றத்தின்போது வெப்பநிலை மாறாமல் உறிஞ்சும்/வெளியிடும் வெப்பம் (பிணைப்புகளை உடைக்க).
பனி உருகல் L = 3.36×10⁵ J/kg; நீர் ஆவியாதல் L = 2.26×10⁶ J/kg.
ஆவியாதல் (evaporation): கொதிநிலைக்குக் கீழ், மேற்பரப்பில். கொதித்தல் (boiling): கொதிநிலையில், உள்ளேயும் குமிழிகளுடன்.
வெப்ப விரிவடைதல்: வெப்பநிலை உயர் → நீளம்/பரப்பு/பருமன் அதிகரிப்பு. பயன்: இரயில் இடைவெளி, bimetallic strip.
கடத்தல் 3 முறை: கடத்தல் (conduction-திடம்), வெப்பச்சலனம் (convection-திரவ/வாயு), கதிர்வீச்சு (radiation-ஊடகம் தேவையில்லை).
கருமை+சொரசொரப்பு → அதிக உறிஞ்சல்; வெண்மை+மினுமினுப்பு → அதிக எதிரொளிப்பு.

அலகின் முதுகெலும்பு — கருத்துக்களும் தொடர்புகளும்.

1. வெப்பநிலை: பொருளை அமைக்கும் துகள்களின் சராசரி இயக்க ஆற்றலின் அளவீடு. வெப்பநிலையால்தான் (வெப்பத்தால் அல்ல) வெப்பப் பாய்வுத் திசை தீர்மானம்.
2. வெப்பநிலைமானி (thermometer): Galileo முதலில் (~1600). glass-mercury (இரசம்: சீர் விரிவு, நல்ல கடத்தி, பரந்த திரவ வீச்சு; ஆனால் நச்சு), glass-alcohol (ethanol m.p. −115°C → குறை வெப்பநிலைக்கு), digital (வெப்பநிலையைச் சார்ந்த மின்தடை).
3. அளவுகோல்கள்: Celsius (பனி 0, நீர் 100, 100 பகுதி); Fahrenheit (32, 212, 180 பகுதி); Kelvin (273, 373). பன்னாட்டு அலகு = Kelvin (K).
4. தனிமச் சுழி (absolute zero): அனைத்துத் துகள்களின் KE = 0; −273.15°C = 0 K. இதற்குக் கீழே குறைக்க முடியாது. K = °C + 273.
5. வெப்பம் (heat): வெப்பநிலை வேறுபாட்டால் மாறும் ஆற்றல். அலகு Joule (J), Calorie-ம் உண்டு. உயர்→குறை வெப்பநிலை. சம வெப்பநிலை = வெப்பச் சமநிலை.
6. வெப்பக் கொள்ளளவு C: முழுப் பொருளின் வெப்பநிலையை 1 அலகு உயர்த்தத் தேவையான வெப்பம் (J K⁻¹). திணிவையும் பொருளையும் சார்ந்தது.
7. தன்வெப்பக் கொள்ளளவு c: ஒரலகு திணிவின் வெப்பநிலையை 1° உயர்த்த/தாழ்த்த தேவையான வெப்பம் (J kg⁻¹ K⁻¹). பொருளை மட்டுமே சார்ந்தது. C = mc.
8. c மதிப்புகள்: நீர் 4200 (மிக உயர்வு), பனி 2100, தேங்காய் எண்ணெய் 2140, அலுமினியம் 900, ஆஸ்பெஸ்டாஸ் 820, இரும்பு 460, செப்பு 400, துத்தநாகம் 380, இரசம் 140, ஈயம் 130.
9. Q = mcθ: Q (J) = m (kg) × c × θ (வெப்பநிலை மாற்றம், K அ °C). நிலைமாற்றம் இல்லாதபோது மட்டும். கலன்+நீர் இருந்தால் இருவற்றின் வெப்பத்தையும் கூட்ட வேண்டும்.
10. நிலைமாற்றம்: உருகுநிலை = திடம்→திரவம்; உறைநிலை = திரவம்→திடம் (= உருகுநிலை மதிப்பு); கொதிநிலை = திரவம்→வாயு (குமிழிகளுடன்). அழுத்தத்தைச் சார்ந்தவை.
11. மறை வெப்பம் (latent heat): நிலைமாற்றத்தின்போது வெப்பநிலை *மாறாமல்* உறிஞ்சும்/வெளியிடும் வெப்பம். தரப்படும் வெப்பம் மூலக்கூறுப் பிணைப்புகளை உடைக்கப் பயன்படுகிறது (KE உயராது) → heating curve-ல் தட்டையான பகுதி.
12. தன்மறை வெப்பம்: உருகல் — உருகுநிலையில் ஒரலகு திடம்→திரவம் (பனி 3.36×10⁵ J/kg). ஆவியாதல் — கொதிநிலையில் ஒரலகு திரவம்→வாயு (நீர் 2.26×10⁶ J/kg). அலகு J kg⁻¹.
13. ஆவியாதல் vs கொதித்தல்: ஆவியாதல் = கொதிநிலைக்குக் கீழ், மேற்பரப்பில் மட்டும். கொதித்தல் = கொதிநிலையில், உள்ளேயும். இரண்டிலும் மறை வெப்பம் உறிஞ்சல். வியர்வை ஆவியாதல் → உடல் குளிர்ச்சி.
14. வெப்ப விரிவடைதல்: வெப்பநிலை உயர் → நீளம்/பரப்பு/பருமன் அதிகரிப்பு (சுருங்கல் = தலைகீழ்). திடம்: இரும்புக் கோள்+வளையம். திரவம்: வண்ண நீர். வாயு: பலூன்.
15. விரிவடைதல் பயன்/தாக்கம்: வண்டிச்சக்கர இரும்பு வளையம், இரயில் இடைவெளி, தளர்வான மின்கம்பிகள், புட்டி மூடி சூடேற்றல், bimetallic strip (வேறு விரிவு கொண்ட 2 உலோகம் → வளைந்து thermostat).
16. கடத்தல் (conduction): துகள் அதிர்வு + மோதல் வழியே. திடத்தில் முதன்மை; உலோகங்களில் சுதந்திர இலத்திரன்கள் → நல்ல கடத்தி. கடத்திகள்: வெள்ளி/செம்பு/இரும்பு/அலுமினியம். காப்பான்: மரம்/பிளாஸ்டிக்/கம்பளி/காற்று/நீர்.
17. வெப்பச்சலனம் (convection): திரவ/வாயு சூடாகி அடர்த்தி குறைந்து மேலெழும்பும்; குளிர்ந்தவை கீழ் → convection currents. heater அடியில் வைத்தால் முழு நீரும் சூடாகும். கடல்/நில தென்றல்.
18. கதிர்வீச்சு (radiation): மின்காந்த அலைகளாக; ஊடகம் தேவையில்லை (சூரியன்→பூமி வெற்றிடம்). கருமை+சொரசொரப்பு அதிக உறிஞ்சல்; வெண்மை+மினுமினுப்பு அதிக எதிரொளிப்பு. வெப்பக் குடுவை வெள்ளிப்பூச்சு.

பரீட்சைக்கு முந்தின இரவு முழு அலகையும் ஓட்டிப் பார்.

வெப்பநிலை = துகள் சராசரி KE; வெப்பம் = வெப்பநிலை வேறுபாட்டால் மாறும் ஆற்றல் (J).
K = °C + 273; absolute zero = −273.15°C = 0 K. 1°C = 1 K (அளவில்).
அளவுகோல்: Celsius 0/100, Fahrenheit 32/212, Kelvin 273/373. SI அலகு = Kelvin.
C = mc. C அலகு J K⁻¹; c அலகு J kg⁻¹ K⁻¹. நீர் c = 4200 (உயர்வு).
Q = mcθ — நிலைமாற்றம் இல்லாதபோது மட்டும். கலன்+நீர் → இரண்டையும் கூட்டு.
மறை வெப்பம்: நிலைமாற்றத்தின்போது வெப்பநிலை மாறாது. பனி உருகல் 3.36×10⁵ J/kg; நீர் ஆவியாதல் 2.26×10⁶ J/kg.
ஆவியாதல் = கொதிநிலைக்குக் கீழ், மேற்பரப்பில். கொதித்தல் = கொதிநிலையில், உள்ளேயும்.
விரிவடைதல்: வெப்பநிலை உயர் → பருமன் அதிகரிப்பு. இரயில் இடைவெளி, bimetallic strip (thermostat).
கடத்தல் 3 முறை: conduction (திடம், free electrons), convection (திரவ/வாயு, currents), radiation (மின்காந்த அலை, ஊடகம் தேவையில்லை).
கதிர்வீச்சு: கருமை+சொரசொரப்பு உறிஞ்சும்; வெண்மை+மினுமினுப்பு எதிரொளிக்கும்.
⚠ வெப்பநிலை ≠ வெப்பம். வெப்பம் உயர்→குறை வெப்பநிலைக்கே பாயும்.
⚠ Q = mcθ பயன்படுத்தும்போது θ = இறுதி − தொடக்க வெப்பநிலை.
⚠ நிலைமாற்றத்தின்போது Q = mcθ பொருந்தாது (வெப்பநிலை மாறாது) — அங்கு latent heat.
⭐ 100°C நீராவி தீக்காயம் 100°C நீரைவிட மோசம் — condense ஆகி கூடுதல் மறை வெப்பத்தை வெளியிடும்.
⭐ வெப்பக் குடுவை: வெற்றிடம் (conduction/convection ↓) + வெள்ளிப்பூச்சு (radiation ↓) + மூடி.
📋 சொற்கள்: temperature = வெப்பநிலை; heat = வெப்பம்; thermometer = வெப்பநிலைமானி; specific heat capacity = தன்வெப்பக் கொள்ளளவு; latent heat = மறை வெப்பம்; melting point = உருகுநிலை; boiling point = கொதிநிலை; evaporation = ஆவியாதல்; thermal expansion = வெப்ப விரிவடைதல்; conduction = கடத்தல்; convection = வெப்பச்சலனம்; radiation = கதிர்வீச்சு.

📝 மேலும் பயிற்சி