Chapter 10: Thermal Properties of Matter

Physics Class 11

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🔰 भूमिका (Introduction)

Thermal मतलब “heat” यानी ऊष्मा। इस chapter में हम ये समझेंगे कि ऊष्मा का पदार्थों पर क्या असर होता है।
जब किसी वस्तु को गर्म किया जाता है तो वह फैलती है, उसका तापमान बढ़ता है, उसका रूप बदल सकता है (solid → liquid → gas)।

तो सवाल ये है:

• ऊष्मा (Heat) और तापमान (Temperature) में क्या अंतर है?
• क्यों धातु जल्दी गर्म होती है और लकड़ी देर से?
• Ice पिघलते समय उसका temperature क्यों नहीं बढ़ता?

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1️⃣ Heat और Temperature में अंतर

🔹 Heat (ऊष्मा):
Energy जो एक body से दूसरी body में transfer होती है temperature difference की वजह से।
👉 SI Unit: Joule (J)

🔹 Temperature (तापमान):
किसी object की गर्मी या ठंडक की degree को बताता है।
👉 SI Unit: Kelvin (K)
Commonly used: Celsius (°C), Fahrenheit (°F)

🔸 Heat is a form of energy
🔸 Temperature is a measure of that energy

🧠 Example:
एक स्टील की चम्मच और लकड़ी की छड़ी दोनों को धूप में रखो – चम्मच जल्दी गर्म हो जाएगी क्योंकि उसमें heat जल्दी absorb होती है।

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2️⃣ Thermal Expansion – ऊष्मीय विस्तार

जब पदार्थ को गर्म किया जाता है, तो उसके molecules तेज़ी से vibrate करने लगते हैं और एक-दूसरे से दूर हो जाते हैं — इसी को कहते हैं thermal expansion.

यह तीन प्रकार का होता है:

🔹 (i) Linear Expansion – रेखीय विस्तार

Length बढ़ती है ΔL=L0αΔT\Delta L = L_0 \alpha \Delta T

🔹 (ii) Area Expansion – क्षेत्रीय विस्तार

Area बढ़ता है ΔA=A0βΔT\Delta A = A_0 \beta \Delta T

🔹 (iii) Volume Expansion – आयतन विस्तार

Volume बढ़ता है ΔV=V0γΔT\Delta V = V_0 \gamma \Delta T

🔸 जहाँ α,β,γ\alpha, \beta, \gamma विस्तार के coefficients हैं

📌 Real Life Examples:

• Railway tracks में gap छोड़ा जाता है
• बिजली के तार ढीले या टाइट दिखते हैं सर्दी-गर्मी में

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3️⃣ Calorimetry – ऊष्मा की माप

Calorimetry एक technique है जिससे हम heat transfer को measure करते हैं। Q=mcΔTQ = mc\Delta T

जहाँ:

• QQ = Heat energy
• mm = mass
• cc = specific heat capacity
• ΔT\Delta T = temperature change

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4️⃣ Specific Heat Capacity (S.H.C.)

किसी substance की 1 kg मात्रा का तापमान 1°C बढ़ाने में जितनी heat चाहिए — उसे कहते हैं specific heat capacity.

👉 SI Unit: J/kg·K

🧪 Example:
Water की S.H.C. सबसे ज़्यादा होती है — इसलिए इसे “universal coolant” कहा जाता है।

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5️⃣ Change of State – अवस्था परिवर्तन

जब कोई substance heat absorb या release करता है, तो उसका state (solid, liquid, gas) बदल सकता है। लेकिन उस दौरान उसका temperature constant रहता है।

Melting (Solid → Liquid)

Q=mLfQ = mL_f

LfL_f: Latent heat of fusion

Boiling (Liquid → Gas)

Q=mLvQ = mL_v

LvL_v: Latent heat of vaporization

🧠 Real Life Example:
Ice जब पिघलता है तो उसका temperature 0°C पर ही रहता है जब तक पूरी तरह liquid न बन जाए।

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6️⃣ Principle of Calorimetry

Heat lost = Heat gained m1c1(T1−Tf)=m2c2(Tf−T2)m_1c_1(T_1 – T_f) = m_2c_2(T_f – T_2)

जहाँ TfT_f final temperature है।

📌 Use:

• जब हम hot water और cold water को mix करते हैं और equilibrium temperature निकालते हैं

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7️⃣ Thermal Conductivity – ऊष्मीय चालकता

Thermal conductivity एक material की वो क्षमता है जिससे वह heat को conduct करता है।

🔸 Good conductors: Metals like copper, silver
🔸 Poor conductors: Wood, plastic, glass

👉 SI Unit: W/m·K

📌 Example:

• रसोई में लोहे का तवा जल्दी गर्म हो जाता है
• लकड़ी की चम्मच को पकड़ सकते हैं – वो गर्म नहीं होती

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8️⃣ Newton’s Law of Cooling

कहता है कि किसी body की cooling rate proportional होती है temperature difference के। dTdt∝(T−Tsurroundings)\frac{dT}{dt} \propto (T – T_{\text{surroundings}})

📌 Use:

• गर्म चाय धीरे-धीरे ठंडी होती है क्योंकि उसका temperature surroundings से ज़्यादा होता है।

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✅ Real-Life Applications:

Concept	Application
Specific Heat	Water used in cooling engines
Thermal Expansion	Railway track gaps
Latent Heat	Ice melting at constant temp
Thermal Conductivity	Cooking utensils
Newton’s Law	Cooling coffee or tea

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📌 Summary Table

Quantity	Symbol	Unit	Meaning
Heat	Q	Joule	Energy transferred
Temp.	T	Kelvin	Hotness level
SHC	c	J/kg·K	Heat per kg per K
Thermal Conductivity	k	W/m·K	Rate of heat transfer

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❓FAQs – Thermal Properties of Matter

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🔚 निष्कर्ष (Conclusion)

Thermal properties हमें समझने में मदद करती हैं कि ऊष्मा किस तरह से पदार्थों को affect करती है – shape, size, state और temperature सब पर असर पड़ता है।
यह ज्ञान practical life में बहुत काम आता है – cooking से लेकर engineering तक।

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और पढ़े :

Chapter 11: Thermodynamics (Thermal Properties of Gases)