3.ઉષ્મા (Heat)

📚

અગત્યની નોંધ

1. ઠંડું અને ગરમ

• કોઈ પદાર્થ ગરમ છે કે ઠંડો તે જાણવા માટે આપણે ઘણીવાર સ્પર્શનો ઉપયોગ કરીએ છીએ.
• માત્ર સ્પર્શ પરથી પદાર્થ કેટલો ગરમ કે કેટલો ઠંડો છે તે નક્કી કરવું હંમેશાં વિશ્વસનીય નથી.
• તાપમાન પદાર્થના ગરમપણાની માત્રાનું માપ છે.
• તાપમાન માપવા માટે થરમૉમીટર નામનું સાધન વપરાય છે.

2. તાપમાનનું માપન

• માનવ શરીરનું તાપમાન માપવા માટે ક્લિનીકલ થરમૉમીટર વપરાય છે.
• ક્લિનીકલ થરમૉમીટરનો માપક્રમ સામાન્ય રીતે 35°C થી 42°C સુધી હોય છે.
• માનવ શરીરનું સામાન્ય તાપમાન આશરે 37°C ગણવામાં આવે છે; વ્યક્તિ પ્રમાણે થોડો ફેરફાર થઈ શકે છે.
• તાપમાનને તેના એકમ સાથે લખવું જોઈએ, જેમ કે 37°C.
• તાપમાન માટે પુસ્તકમાં સેલ્સિયસ માપકમ સ્વીકારવામાં આવેલો છે.

3. ક્લિનીકલ થરમૉમીટર વાપરતી વખતે સાવચેતી

1. વપરાશ પહેલાં અને પછી યોગ્ય જીવાણુનાશક દ્રાવણથી થરમૉમીટર સાફ કરવું.
2. વપરાશ પહેલાં પારાનું સ્તર 35°Cથી નીચે છે કે નહીં તે જોવું.
3. વાંચન લેતી વખતે આંખનું સ્તર પારાના સ્તર સાથે સમાન રાખવું.
4. થરમૉમીટરને કાળજીપૂર્વક રાખવું; કઠણ પદાર્થ સાથે અથડાય તો તૂટી શકે છે.
5. વાંચન લેતી વખતે થરમૉમીટરને બલ્બથી ન પકડવું.
6. ક્લિનીકલ થરમૉમીટરનો ઉપયોગ માનવ શરીર સિવાયના પદાર્થો માટે ન કરવો.
7. તેને તડકામાં કે અગ્નિની નજીક ન રાખવું.

4. લેબોરેટરી થરમૉમીટર

• માનવ શરીર સિવાયના પદાર્થોનું તાપમાન માપવા માટે લેબોરેટરી થરમૉમીટર વપરાય છે.
• તેની સામાન્ય માપન-રેન્જ -10°C થી 110°C છે.
• લેબોરેટરી થરમૉમીટરનો બલ્બ પાત્રના તળિયા કે દીવાલને અડકવો ન જોઈએ.
• તેને સામાન્ય રીતે ઊભું રાખીને વાંચન લેવાય છે અને પારો સ્થિર થાય ત્યાં સુધી રાહ જોવી જોઈએ.

5. ઉષ્માનું વહન

• ઉષ્મા સામાન્ય રીતે વધુ તાપમાનવાળા ભાગથી ઓછા તાપમાનવાળા ભાગ તરફ જાય છે.
• ઉષ્માના પ્રસરણના ત્રણ પ્રકાર છે: ઉષ્માવહન, ઉષ્માનયન અને ઉષ્મીય વિકિરણ.
• ઘન પદાર્થોમાં સામાન્ય રીતે ઉષ્માનું પ્રસરણ ઉષ્માવહનથી થાય છે.
• પ્રવાહી અને વાયુઓમાં ઉષ્માનું પ્રસરણ ઉષ્માનયનથી થાય છે.
• ઉષ્મીય વિકિરણ માટે માધ્યમ જરૂરી નથી.

6. ઉષ્માવહન (Conduction)

• ગરમ છેડાથી ઠંડા છેડા તરફ ઉષ્મા પ્રસરે તેને ઉષ્માવહન કહે છે.
• એલ્યુમિનિયમ, લોખંડ અને તાંબું ઉષ્માના સારા સુવાહક છે.
• પ્લાસ્ટિક અને લાકડું ઉષ્માના મંદવાહક/અવાહક છે.
• રસોઈનાં વાસણોના ધાતુના ભાગો ઉષ્મા વહન કરે છે, જ્યારે હાથા ઘણીવાર અવાહક પદાર્થોના બનાવવામાં આવે છે.

7. ઉષ્માનયન (Convection)

• પ્રવાહી અથવા વાયુના ગરમ ભાગનું ઉપર જવું અને ઠંડા ભાગનું નીચે આવવું તથા આ રીતે ઉષ્માનું પ્રસરણ થવું ઉષ્માનયન કહેવાય છે.
• પાણી ગરમ કરતાં ગરમ પાણી ઉપર જાય છે અને ઠંડું પાણી તેની જગ્યા લેવા નીચે આવે છે.
• હવામાં પણ ગરમ હવા ઉપર જાય છે અને ઠંડી હવા તેની જગ્યા લે છે.

8. દરિયાઈ લહેર અને ભૂ લહેર

દરિયાઈ લહેર (Sea breeze): દિવસ દરમિયાન જમીન ઝડપથી ગરમ થાય છે. જમીન પરની ગરમ હવા ઉપર જાય છે અને સમુદ્ર તરફથી ઠંડી હવા જમીન તરફ આવે છે.

ભૂ લહેર (Land breeze): રાત્રે જમીન ઝડપથી ઠંડી પડે છે. જમીન તરફની ઠંડી હવા સમુદ્ર તરફ વહે છે.

9. ઉષ્મીય વિકિરણ (Radiation)

• ઉષ્માનું એવું પ્રસરણ જેને કોઈ માધ્યમની જરૂર નથી તેને ઉષ્મીય વિકિરણ કહે છે.
• સૂર્યથી પૃથ્વી સુધી ઉષ્મા વિકિરણ દ્વારા પહોંચે છે.
• રૂમ હીટરની સામે બેસતાં મળતી ઉષ્મામાં વિકિરણનો ફાળો છે.
• બધા ગરમ પદાર્થો ઉષ્માનું વિકિરણ કરે છે.

10. રંગ અને ઉષ્માનું શોષણ

• ઘેરા રંગની સપાટી હળવા રંગની સપાટી કરતાં વધુ ઉષ્માનું શોષણ કરે છે.
• હળવા રંગની સપાટી પડતી ઉષ્માનો મોટો ભાગ પરાવર્તિત કરે છે.
• તેથી ઉનાળામાં હળવા રંગનાં વસ્ત્રો વધુ આરામદાયક લાગે છે.
• શિયાળામાં ઘેરા રંગનાં વસ્ત્રો વધુ અનુકૂળ રહે છે.

11. ઊનનાં કપડાં શિયાળામાં ગરમ કેમ રાખે?

• ઊન ઉષ્માનું મંદવાહક છે.
• ઊનના રેસાઓ વચ્ચે હવા ભરાયેલી રહે છે.
• આ હવા શરીરની ઉષ્માને ઠંડા વાતાવરણ તરફ જતી અટકાવવામાં મદદ કરે છે.

12. ઘરોની બહારની દીવાલો

ગરમ હવામાનવાળા પ્રદેશોમાં મકાનોની બહારની દીવાલો સફેદ રંગથી રંગવામાં આવે છે, કારણ કે હળવા રંગની સપાટી સૂર્યની ઉષ્માનો મોટો ભાગ પરાવર્તિત કરે છે અને ઓછું શોષણ કરે છે.

📖

વ્યાખ્યાઓ / પારિભાષિક શબ્દો

તાપમાન Temperature

પદાર્થના ગરમપણાની માત્રાનું માપ.

થરમૉમીટર Thermometer

તાપમાન માપવા માટે વપરાતું સાધન.

ક્લિનીકલ થરમૉમીટર Clinical Thermometer

માનવ શરીરનું તાપમાન માપવા માટે વપરાતું થરમૉમીટર.

લેબોરેટરી થરમૉમીટર Laboratory Thermometer

માનવ શરીર સિવાયના પદાર્થોનું તાપમાન માપવા માટે વપરાતું થરમૉમીટર.

સેલ્સિયસ માપકમ Celsius Scale

તાપમાન દર્શાવવા માટે પ્રકરણમાં સ્વીકારવામાં આવેલો માપકમ.

ઉષ્માવહન Conduction

ગરમ ભાગથી ઠંડા ભાગ તરફ ઉષ્માનું વહન થવાની પ્રક્રિયા.

ઉષ્માવાહક / સુવાહક Conductor

જે પદાર્થ ઉષ્માને સરળતાથી પસાર થવા દે તેને ઉષ્માનો સુવાહક કહે છે.

ઉષ્માના અવાહક / મંદવાહક Insulator

જે પદાર્થ ઉષ્માને સરળતાથી પસાર થવા દેતો નથી તેને ઉષ્માનો અવાહક કહે છે.

ઉષ્માનયન Convection

પ્રવાહી અથવા વાયુમાં ગરમ ભાગ ઉપર અને ઠંડો ભાગ નીચે જવાથી ઉષ્માનું પ્રસરણ થવાની પ્રક્રિયા.

ઉષ્મીય વિકિરણ Radiation

માધ્યમની હાજરી વિના ઉષ્માનું પ્રસરણ થવાની પ્રક્રિયા.

દરિયાઈ લહેર Sea Breeze

દિવસ દરમિયાન સમુદ્ર પરથી ઠંડી હવા જમીન તરફ વહેતી લહેર.

ભૂ લહેર Land Breeze

રાત્રે જમીન પરથી ઠંડી હવા સમુદ્ર તરફ વહેતી લહેર.

⚖️

તફાવત

1. ક્લિનીકલ અને લેબોરેટરી થરમૉમીટર

ક્લિનીકલ થરમૉમીટર	લેબોરેટરી થરમૉમીટર
માનવ શરીરનું તાપમાન માપવા માટે.	માનવ શરીર સિવાયના પદાર્થોનું તાપમાન માપવા માટે.
માપક્રમ 35°C થી 42°C.	સામાન્ય રેન્જ -10°C થી 110°C.
શરીરનું તાપમાન માપવા માટે અનુકૂળ.	ગરમ પાણી, દૂધ વગેરે પદાર્થોનું તાપમાન માપવા માટે અનુકૂળ.

2. ઉષ્માવહન, ઉષ્માનયન અને ઉષ્મીય વિકિરણ

પ્રકાર	મુખ્ય લક્ષણ	સામાન્ય ઉદાહરણ
ઉષ્માવહન	ગરમ ભાગથી ઠંડા ભાગ તરફ, ખાસ કરીને ઘનમાં.	ધાતુની પટ્ટીમાં ઉષ્માનું વહન.
ઉષ્માનયન	પ્રવાહી/વાયુના ગરમ અને ઠંડા ભાગોની ગતિથી.	પાણી ગરમ થવું, હવામાં ગરમ હવાનું ઉપર જવું.
ઉષ્મીય વિકિરણ	માધ્યમ વિના પણ થઈ શકે.	સૂર્યથી પૃથ્વી સુધી ઉષ્મા.

3. ઉષ્માના સુવાહક અને અવાહક

સુવાહક	અવાહક / મંદવાહક
ઉષ્મા સરળતાથી પસાર થવા દે.	ઉષ્મા સરળતાથી પસાર થવા દે નહીં.
એલ્યુમિનિયમ, લોખંડ, તાંબું.	પ્લાસ્ટિક, લાકડું, ઊન.

4. દરિયાઈ લહેર અને ભૂ લહેર

દરિયાઈ લહેર	ભૂ લહેર
દિવસ દરમિયાન.	રાત્રિ દરમિયાન.
સમુદ્રથી જમીન તરફ.	જમીનથી સમુદ્ર તરફ.
જમીન ઝડપથી ગરમ થવાથી બને છે.	જમીન ઝડપથી ઠંડી પડવાથી બને છે.

5. ઘેરા અને હળવા રંગ

ઘેરા રંગ	હળવા રંગ
ઉષ્માનું વધુ શોષણ કરે.	ઉષ્માનો મોટો ભાગ પરાવર્તિત કરે.
શિયાળામાં અનુકૂળ.	ઉનાળામાં અનુકૂળ.

✍️

સ્વાધ્યાયના જવાબો

પ્રશ્ન 1

લેબોરેટરી થરમૉમીટર તથા ક્લિનીકલ થરમૉમીટરમાં રહેલી સામ્યતા તથા તફાવત જણાવો.

સામ્યતા: બંને તાપમાન માપવા માટેનાં સાધનો છે અને બંનેમાં તાપમાન દર્શાવવા માટે માપક્રમ હોય છે.

તફાવત: ક્લિનીકલ થરમૉમીટર માનવ શરીરનું તાપમાન માપવા માટે વપરાય છે અને તેની રેન્જ 35°C થી 42°C છે. લેબોરેટરી થરમૉમીટર અન્ય પદાર્થોનું તાપમાન માપવા માટે વપરાય છે અને તેની રેન્જ સામાન્ય રીતે -10°C થી 110°C છે.

પ્રશ્ન 2

ઉષ્માના સુવાહક તથા ઉષ્માના અવાહક પદાર્થોના બે-બે ઉદાહરણો જણાવો.

સુવાહક: લોખંડ, તાંબું.

અવાહક: લાકડું, પ્લાસ્ટિક.

પ્રશ્ન 3

ખાલી જગ્યા પૂરો.

1. પદાર્થના ગરમપણાની માત્રા તાપમાન વડે નક્કી કરવામાં આવે છે.
2. ઉકળતા પાણીનું તાપમાન ક્લિનીકલ પ્રકારના થરમૉમીટર દ્વારા માપી શકાતું નથી.
3. તાપમાનનું માપન ડિગ્રી સેલ્સિયસ (°C) માં થાય છે.
4. ઉષ્માના પ્રસરણની ઉષ્મીય વિકિરણ પ્રક્રિયામાં માધ્યમ જરૂરી નથી.
5. ગરમ દૂધના ગ્લાસમાં સ્ટીલની ઠંડી ચમચી મૂકવામાં આવે, તો તેમાં ઉષ્માવહન પ્રક્રિયા દ્વારા ઉષ્માવહન ચમચીના બીજા છેડા પર થાય છે.
6. ઘેરા રંગનાં કપડાં, હળવા રંગનાં કપડાં કરતાં વધુ ઉષ્માનું શોષણ કરે છે.

પ્રશ્ન 4

નીચેનાં જોડકાં જોડો.

કૉલમ-I	જવાબ
(i) ભૂ લહેર વહે છે	રાત્રિ દરમિયાન
(ii) દરિયાઈ લહેર વહે છે	દિવસ દરમિયાન
(iii) ઘેરા રંગનાં વસ્ત્રો પસંદગી પામે છે	શિયાળામાં
(iv) હળવા રંગનાં વસ્ત્રો પસંદગી પામે છે	ઉનાળામાં

પ્રશ્ન 5

શિયાળાની ઋતુમાં એક જાડા વસ્ત્ર કરતાં એક કરતાં વધુ પાતળાં વસ્ત્રો શા માટે પહેરવાં જોઈએ?

બે કે તેથી વધુ પાતળાં વસ્ત્રોની વચ્ચે હવાનું સ્તર રહે છે. હવા ઉષ્માની મંદવાહક હોવાથી શરીરની ઉષ્માને બહાર જતી અટકાવવામાં મદદ કરે છે. તેથી એક જાડા વસ્ત્રની સરખામણીમાં અનેક પાતળાં વસ્ત્રો ગરમાવો જાળવવામાં ઉપયોગી થાય છે.

પ્રશ્ન 6

આકૃતિ 3.13માં ઉષ્માવહન, ઉષ્માનયન તથા ઉષ્મા વિકિરણ ક્યાં થાય છે?

• ઉષ્માવહન: ધાતુના વાસણ/ચમચી જેવા ઘન ભાગમાં ગરમ ભાગથી ઠંડા ભાગ તરફ.
• ઉષ્માનયન: વાસણમાં રહેલા પાણીમાં ગરમ પાણી ઉપર અને ઠંડું પાણી નીચે જતાં.
• ઉષ્મીય વિકિરણ: જ્યોતમાંથી વાસણ તરફ તથા ગરમ વાસણમાંથી આસપાસના વાતાવરણ તરફ.

આકૃતિ 3.13 — ઉષ્માના ત્રણ પ્રકારનું સરળ નિદર્શન

🔥

જ્યોત → વિકિરણ → વાસણ   |   પાણીમાં → ઉષ્માનયન   |   ધાતુમાં → ઉષ્માવહન

પ્રશ્ન 7

ગરમ હવામાનવાળા પ્રદેશોમાં મકાનોની બહારની દીવાલો સફેદ રંગથી રંગવામાં આવે છે. સમજાવો.

સફેદ અથવા હળવા રંગની સપાટી સૂર્યની પડતી ઉષ્માનો મોટો ભાગ પરાવર્તિત કરે છે અને ઓછી ઉષ્મા શોષે છે. તેથી મકાનની અંદર ગરમીની અસર ઓછી રહે છે.

પ્રશ્ન 8

30°C તાપમાનવાળા 1 લિટર પાણીમાં 50°C તાપમાનવાળા 1 લિટર પાણી ભેળવતાં મિશ્રણનું તાપમાન શું થશે?

જવાબ: (d) 30°C તથા 50°Cની વચ્ચેનું.

સમાન જથ્થાના બે પાણી ભેળવતાં મિશ્રણનું તાપમાન ગરમ પાણી કરતાં ઓછું અને ઠંડા પાણી કરતાં વધુ થશે.

પ્રશ્ન 9

40°C તાપમાન ધરાવતા લોખંડના નાના ગોળાને 40°C તાપમાન ધરાવતા પાણીમાં મૂકવામાં આવે તો...

જવાબ: (b) ઉષ્મા ગોળાથી પાણી તરફ કે પાણીથી ગોળા તરફ વહેશે નહીં.

બંનેનું તાપમાન સમાન હોવાથી ઉષ્માનું નેટ વહન થતું નથી.

પ્રશ્ન 10

આઈસ્ક્રીમમાં લાકડાની ચમચી ડૂબાડતાં ચમચીનો બીજો છેડો...

જવાબ: (a) ઉષ્માવહનની પ્રક્રિયાને લીધે ઠંડો પડશે.

લાકડું ઉષ્માનું મંદવાહક હોવા છતાં ચમચીના એક છેડાની ઠંડક બીજા છેડા તરફ ઉષ્માવહન દ્વારા અસર કરે છે.

પ્રશ્ન 11

સ્ટેનલેસ સ્ટીલની તળવાની કડાઈના તળિયે તાંબાનું સ્તર શા માટે લગાડેલું હોય છે?

જવાબ: (c) સ્ટેનલેસ સ્ટીલ કરતાં તાંબું ઉષ્માનું વધુ સુવાહક છે.