Latent Heat and Heating Curve Questions in Gujarati

(B) વરાળમાંથી પ્રવાહીમાં થતા કલા રૂપાંતરણ (phase transition) દરમિયાન,પદાર્થ બાષ્પીભવનની ગુપ્ત ઉષ્મા (latent heat of vaporization) સ્વરૂપે ઉર્જા મુક્ત કરે છે. તેથી,કલા પરિવર્તનની પ્રક્રિયા દરમિયાન તાપમાન અચળ રહે છે અને સિસ્ટમ આસપાસમાં ગરમી મુક્ત કરે છે.

(D) જ્યારે તાપમાન અચળ રહે ત્યારે ઘન પદાર્થના એકમ દળને તેના ગલનબિંદુ પર ઘન અવસ્થામાંથી પ્રવાહી અવસ્થામાં રૂપાંતરિત કરવા માટે જરૂરી ઉષ્માના જથ્થાને ગલનગુપ્ત ઉષ્મા (Latent heat of fusion) તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે. તેથી,સાચો વિકલ્પ $D$ છે.

(A) બાષ્પીભવનની ગુપ્ત ઉષ્મા $(L_v)$ હંમેશા ગલનગુપ્ત ઉષ્મા $(L_f)$ કરતા વધારે હોય છે.
આનું કારણ એ છે કે પ્રવાહીમાંથી બાષ્પ અવસ્થામાં રૂપાંતર દરમિયાન,પદાર્થના કદમાં નોંધપાત્ર વધારો થાય છે,જેના માટે બાહ્ય દબાણની વિરુદ્ધ ઘણું કાર્ય કરવું પડે છે.
વધુમાં,પ્રવાહીમાં રહેલા આંતરઆણ્વિય બળોને વાયુમાં રૂપાંતરિત થવા માટે સંપૂર્ણપણે તોડવા પડે છે,જ્યારે ઘનમાંથી પ્રવાહીમાં રૂપાંતર દરમિયાન,આ બળો માત્ર આંશિક રીતે નબળા પડે છે.
તેથી,ગલન પ્રક્રિયાની તુલનામાં બાષ્પીભવન માટે વધુ ઉષ્મા ઉર્જાની જરૂર પડે છે.

(A) $100^{\circ}C$ તાપમાન ધરાવતી વરાળમાં,$100^{\circ}C$ તાપમાન ધરાવતા પાણીની સરખામણીએ વધારાની બાષ્પીભવનની ગુપ્ત ઉષ્મા હોય છે,જે આશરે $540 \ cal/g$ જેટલી છે.
જ્યારે વરાળ ત્વચાના સંપર્કમાં આવે છે,ત્યારે તે $100^{\circ}C$ તાપમાન ધરાવતા પાણીમાં રૂપાંતરિત થતી વખતે આ ગુપ્ત ઉષ્મા મુક્ત કરે છે.
તેથી,સમાન તાપમાને પાણી કરતા વરાળ દ્વારા મુક્ત થતી કુલ ઉર્જા ઘણી વધારે હોય છે,જેના કારણે વરાળથી થતું દાઝવું વધુ ગંભીર હોય છે.

(A) ગુપ્ત ઉષ્મા એ દ્રવ્યનો ગુણધર્મ છે જે પદાર્થના દળ પર આધાર રાખે છે જે કલા પરિવર્તન (phase change) માંથી પસાર થાય છે.
તેને $Q = mL$ તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે,જ્યાં $m$ એ દળ છે અને $L$ એ ગલન માટેની વિશિષ્ટ ગુપ્ત ઉષ્મા છે.
ધાતુનો ગોળો અને સ્પ્રિંગ બંને સમાન દ્રવ્યના બનેલા હોવાથી,તેમની વિશિષ્ટ ગુપ્ત ઉષ્મા $L$ સમાન છે.
આપેલ છે કે તેમના દળ $m$ પણ સમાન છે,તેથી જરૂરી કુલ ગુપ્ત ઉષ્મા $Q$ બંને માટે સમાન હોવી જોઈએ.
સ્પ્રિંગને ખેંચવામાં ખર્ચાયેલી ઉર્જા સ્થિતિસ્થાપક સ્થિતિ ઉર્જા તરીકે સંગ્રહિત થાય છે,જે ઉર્જાનું એક વ્યવસ્થિત સ્વરૂપ છે.
જો કે,ગુપ્ત ઉષ્મા એ કલા પરિવર્તન દરમિયાન આંતર-આણ્વિય બળોને દૂર કરવા માટે જરૂરી ઉર્જા સાથે સંબંધિત છે,જે પદાર્થની પ્રારંભિક ગોઠવણી અથવા આંતરિક સ્થિતિસ્થાપક ઉર્જાથી સ્વતંત્ર છે.

(C) આપેલ ઉર્જા $E = 0.93 \, Wh = 0.93 \times 3600 \, J = 3348 \, J$.
$0^{\circ}C$ પર $10 \, g$ બરફને ઓગળવા માટે જરૂરી ઉષ્મા $Q = mL_f$ દ્વારા મળે છે,જ્યાં $L_f = 80 \, cal/g = 80 \times 4.184 \, J/g = 334.72 \, J/g$ છે.
$Q = 10 \, g \times 334.72 \, J/g = 3347.2 \, J$.
આમ,પૂરી પાડવામાં આવેલ ઉર્જા $(3348 \, J)$ એ બરફને ઓગળવા માટે જરૂરી ઉષ્મા $(3347.2 \, J)$ ની લગભગ સમાન હોવાથી,બરફનો આખો ટુકડો બસ ઓગળી જાય છે.

(B) સાચો જવાબ $B$ છે.
$100^{\circ}C$ તાપમાને,વરાળ ઉકળતા પાણી કરતા વધુ ગંભીર દાઝવાની ઈજા પહોંચાડે છે કારણ કે વરાળમાં બાષ્પીભવનની ગુપ્ત ઉષ્મા (latent heat of vaporization) રહેલી હોય છે.
જ્યારે વરાળ ત્વચાના સંપર્કમાં આવે છે,ત્યારે તે આ ગુપ્ત ઉષ્મા $(L_v \approx 2260 \ J/g)$ મુક્ત કરે છે,જે $100^{\circ}C$ ના પાણી દ્વારા મુક્ત થતી ઉષ્મા ઉપરાંત હોય છે. આના પરિણામે ત્વચામાં કુલ ઉર્જાનું સ્થાનાંતરણ ઘણું વધારે થાય છે.

(B) વિશિષ્ટ ઉષ્મા ધારિતાનું સૂત્ર $c = \frac{Q}{m \cdot \Delta \theta}$ છે.
પાણીમાંથી વરાળમાં રૂપાંતર (ઉકળવાની પ્રક્રિયા) દરમિયાન,પદાર્થનું તાપમાન અચળ રહે છે,જેનો અર્થ છે કે તાપમાનમાં થતો ફેરફાર $\Delta \theta = 0$ છે.
આ કિંમત સૂત્રમાં મૂકતા,આપણને $c = \frac{Q}{m \cdot 0} = \infty$ મળે છે.
તેથી,ઉકળતી વખતે પાણીની વિશિષ્ટ ઉષ્મા અનંત હોય છે.

(B) પદાર્થને પ્રવાહી અવસ્થામાં જાળવી રાખવા માટે આપવામાં આવતો પાવર $P$ એ આસપાસમાં ગુમાવાતી ઉષ્માને સરભર કરવા માટે વપરાય છે.
જ્યારે પાવર બંધ કરવામાં આવે છે,ત્યારે પદાર્થ $t$ સમયમાં તેની ગલનગુપ્ત ઉષ્મા $L$ મુક્ત કરીને ઘન સ્વરૂપમાં ફેરવાય છે.
ઘનીકરણ દરમિયાન મુક્ત થતી કુલ ઉષ્મા $Q = mL$ છે.
ઉષ્મા ગુમાવવાનો દર $\frac{Q}{t} = \frac{mL}{t}$ છે.
પદાર્થને પ્રવાહી અવસ્થામાં જાળવી રાખવા માટે $P$ પાવરની જરૂર હતી,તેથી તે ઉષ્મા ગુમાવવાના દર જેટલો જ હોવો જોઈએ: $P = \frac{mL}{t}$.
$L$ માટે સૂત્ર બનાવતા,આપણને $L = \frac{Pt}{m}$ મળે છે.

(C) હીટિંગ કર્વમાં,આડા વિભાગો અવસ્થા પરિવર્તન દર્શાવે છે જ્યાં તાપમાન અચળ રહે છે.
$1$. $H_1$ અને $H_2$ વચ્ચેના પ્રદેશમાં,તાપમાન $T_1$ પર અચળ રહે છે. આ ઘનમાંથી પ્રવાહીમાં અવસ્થા પરિવર્તન સૂચવે છે. આ પ્રક્રિયા દરમિયાન શોષાયેલી ઉષ્મા $(H_2 - H_1)$ છે,જે ગલનગુપ્ત ઉષ્મા છે.
$2$. $H_3$ અને $H_4$ વચ્ચેના પ્રદેશમાં,તાપમાન $T_2$ પર અચળ રહે છે. આ પ્રવાહીમાંથી વાયુમાં અવસ્થા પરિવર્તન સૂચવે છે. આ પ્રક્રિયા દરમિયાન શોષાયેલી ઉષ્મા $(H_4 - H_3)$ છે,જે બાષ્પીભવન ગુપ્ત ઉષ્મા છે.
તેથી,વિકલ્પ $(C)$ સાચો છે કારણ કે $(H_2 - H_1)$ એ ગલનગુપ્ત ઉષ્મા દર્શાવે છે.

(A) $-10^{\circ}C$ થી $100^{\circ}C$ સુધી બરફને ગરમ કરવાની પ્રક્રિયામાં ઘણા તબક્કાઓનો સમાવેશ થાય છે:
$1$. બરફને $-10^{\circ}C$ થી $0^{\circ}C$ સુધી ગરમ કરવું: જેમ ગરમી આપવામાં આવે છે તેમ તાપમાન રેખીય રીતે વધે છે.
$2$. $0^{\circ}C$ પર બરફનું પીગળવું: જ્યારે અવસ્થા ઘનમાંથી પ્રવાહીમાં બદલાય છે (ગલનગુપ્ત ઉષ્મા), ત્યારે તાપમાન $0^{\circ}C$ પર અચળ રહે છે.
$3$. પાણીને $0^{\circ}C$ થી $100^{\circ}C$ સુધી ગરમ કરવું: જેમ ગરમી આપવામાં આવે છે તેમ તાપમાન રેખીય રીતે વધે છે.
$4$. $100^{\circ}C$ પર પાણીનું ઉકળવું: જ્યારે અવસ્થા પ્રવાહીમાંથી વાયુમાં બદલાય છે (બાષ્પીભવન ગુપ્ત ઉષ્મા), ત્યારે તાપમાન $100^{\circ}C$ પર અચળ રહે છે.
તેથી, ગરમ કરવાના વક્રમાં બે રેખીય વધતા વિભાગો હોવા જોઈએ જે એક આડા વિભાગ (પીગળવું) દ્વારા અલગ પડે છે અને ત્યારબાદ બીજો આડો વિભાગ (ઉકળવું) આવે છે. વિકલ્પ $A$ આ ક્રમને યોગ્ય રીતે રજૂ કરે છે.

(D) ધારો કે $P$ એ એકમ સમય દીઠ ઉષ્મા ગુમાવવાનો દર (પાવર) છે.
$A$ થી $B$ સુધીના ઠંડક દરમિયાન,તાપમાન $t_1 = 2 \text{ min}$ માં $90^{\circ}C$ થી ઘટીને $80^{\circ}C$ થાય છે. ગુમાવેલી ઉષ્મા $Q_1 = mC\Delta T = mC(90 - 80) = 10mC$ દ્વારા આપવામાં આવે છે.
કારણ કે $Q_1 = P \times t_1$,તેથી $10mC = P \times 2$,જે સૂચવે છે કે $P = 5mC$.
$B$ થી $D$ સુધીના ઘનીકરણ દરમિયાન,તાપમાન $t_2 = 4 \text{ min}$ માટે $80^{\circ}C$ પર અચળ રહે છે. ગુમાવેલી ઉષ્મા એ ગુપ્ત ઉષ્મા છે,જે $Q_2 = mL$ દ્વારા આપવામાં આવે છે.
કારણ કે $Q_2 = P \times t_2$,તેથી $mL = P \times 4$.
પ્રથમ સમીકરણમાંથી $P$ ની કિંમત બીજા સમીકરણમાં મૂકતા:
$mL = (5mC) \times 4$
$mL = 20mC$
$\frac{L}{C} = 20$.

(B) હીટિંગ કર્વ (ગરમીનો આલેખ) માં,ઢાળવાળા ભાગો એક જ અવસ્થા દર્શાવે છે જ્યાં ઉષ્મા આપવાથી તાપમાન વધે છે,જ્યારે આડા ભાગો અવસ્થા પરિવર્તન દર્શાવે છે જ્યાં તાપમાન અચળ રહે છે.
$1$. ભાગ $AB$ ઘન અવસ્થાનું ગરમ થવું દર્શાવે છે.
$2$. ભાગ $BC$ એ $60^{\circ}C$ ના અચળ તાપમાને ઘનમાંથી પ્રવાહીમાં અવસ્થા પરિવર્તન (ગલન) દર્શાવે છે.
$3$. ભાગ $CD$ એ પ્રવાહી અવસ્થાનું $60^{\circ}C$ થી $210^{\circ}C$ સુધી ગરમ થવું દર્શાવે છે.
$4$. ભાગ $DE$ એ $210^{\circ}C$ ના અચળ તાપમાને પ્રવાહીમાંથી વાયુમાં અવસ્થા પરિવર્તન (ઉત્કલન) દર્શાવે છે.
$5$. ભાગ $EF$ એ વાયુ અવસ્થાનું ગરમ થવું દર્શાવે છે.
તેથી,પદાર્થ $CD$ ભાગ દરમિયાન પ્રવાહી અવસ્થામાં છે.

(C) હીટિંગ કર્વના આડા ભાગો એ અવસ્થા પરિવર્તન દર્શાવે છે જ્યાં સતત ગરમી આપવા છતાં તાપમાન અચળ રહે છે. આ આડા ભાગોની લંબાઈ અવસ્થા પરિવર્તન માટે જરૂરી ગુપ્ત ઉષ્માના પ્રમાણમાં હોય છે.
$1$. આપેલ આલેખમાં,અવસ્થા પરિવર્તન દર્શાવતો એક આડો ભાગ છે. જો કે,તાપમાન-સમયના આલેખના ઢાળને જોતા,ઢાળ $\frac{dT}{dt} = \frac{P}{ms}$ દ્વારા આપવામાં આવે છે,જ્યાં $P$ એ પાવર (ગરમી આપવાનો દર),$m$ એ દળ અને $s$ એ વિશિષ્ટ ઉષ્મા ધારિતા છે.
$2$. $P$ અને $m$ અચળ હોવાથી,વિશિષ્ટ ઉષ્મા ધારિતા $s$ એ ઢાળના વ્યસ્ત પ્રમાણમાં હોય છે $(s \propto \frac{1}{\text{slope}})$.
$3$. આલેખ એક ઢાળવાળી રેખા દર્શાવે છે. જો આપણે ગુપ્ત ઉષ્માના ભાગોની સરખામણી કરીએ (જો એક કરતા વધુ હોય તો),તો આપણે તેમની લંબાઈની સરખામણી કરીશું. વિકલ્પોને જોતા,આપણે બાષ્પીભવનની ગુપ્ત ઉષ્મા વિરુદ્ધ ગલનની ગુપ્ત ઉષ્માનું મૂલ્યાંકન કરીએ છીએ. પાણી જેવા પદાર્થો માટેના પ્રમાણભૂત હીટિંગ કર્વમાં,બાષ્પીભવનની ગુપ્ત ઉષ્મા એ ગલનની ગુપ્ત ઉષ્મા કરતા ઘણી વધારે હોય છે. તેથી,બાષ્પીભવનને અનુરૂપ આડો ભાગ ગલન કરતા લાંબો હોય છે. આમ,બાષ્પીભવનની ગુપ્ત ઉષ્મા એ ગલનની ગુપ્ત ઉષ્મા કરતા વધારે છે તે તારણ સાચું છે.

(C) આ આલેખ ઠંડકનો વક્ર (cooling curve) દર્શાવે છે જ્યાં તાપમાન સમય સાથે ઘટે છે.
આલેખમાં એક આડો ભાગ છે જ્યાં સમય પસાર થવા છતાં તાપમાન અચળ રહે છે.
આ અચળ તાપમાનનો વિસ્તાર અવસ્થામાં ફેરફાર સૂચવે છે,ખાસ કરીને પ્રવાહીમાંથી ઘન અવસ્થામાં (ઠારણ) રૂપાંતર દરમિયાન મુક્ત થતી ગુપ્ત ઉષ્મા.
તેથી,આ આલેખ પ્રવાહીમાંથી ઘન અવસ્થામાં થતા ફેરફારને દર્શાવે છે.

(C) આપેલ હીટિંગ કર્વ પરથી,ગલન દરમિયાન શોષાયેલી ઉષ્મા $H = P \times t$ દ્વારા આપવામાં આવે છે,જ્યાં $P$ એ પાવર (ગરમ કરવાનો દર) છે અને $t$ એ અવસ્થા પરિવર્તન (ગલન) માટે લીધેલ સમય છે.
પદાર્થ $A$ માટે:
ગલન પ્રક્રિયા $60^\circ C$ ના અચળ તાપમાને થાય છે. આ અવસ્થા પરિવર્તન માટેનો સમયગાળો $t = 2 \, min$ થી $t = 6 \, min$ સુધીનો છે.
ગલન માટે લીધેલ સમય,$t_A = 6 - 2 = 4 \, min = 4 \times 60 \, s = 240 \, s$.
$A$ દ્વારા શોષાયેલી ઉષ્મા,$H_A = P \times t_A = 6 \, cal \, s^{-1} \times 240 \, s = 1440 \, cal$.
પદાર્થ $B$ માટે:
ગલન પ્રક્રિયા $20^\circ C$ ના અચળ તાપમાને થાય છે. આ અવસ્થા પરિવર્તન માટેનો સમયગાળો $t = 4 \, min$ થી $t = 6.5 \, min$ સુધીનો છે.
ગલન માટે લીધેલ સમય,$t_B = 6.5 - 4 = 2.5 \, min = 2.5 \times 60 \, s = 150 \, s$.
$B$ દ્વારા શોષાયેલી ઉષ્મા,$H_B = P \times t_B = 6 \, cal \, s^{-1} \times 150 \, s = 900 \, cal$.
શોષાયેલી ઉષ્માનો ગુણોત્તર:
$\frac{H_A}{H_B} = \frac{1440}{900} = \frac{144}{90} = \frac{8}{5}$.

(A) પ્રવાહીમાંથી વાયુ અવસ્થામાં રૂપાંતરણ દરમિયાન કદમાં નોંધપાત્ર વધારો થાય છે.
આથી,અચળ તાપમાને અવસ્થા રૂપાંતરણ કરવા માટે,ઘન અવસ્થામાંથી પ્રવાહી અવસ્થામાં રૂપાંતરણ માટે જરૂરી ઉષ્મા કરતાં પ્રવાહીમાંથી વાયુ અવસ્થામાં રૂપાંતરણ માટે વધુ ઉષ્માની જરૂર પડે છે,કારણ કે આંતરઆણ્વીય આકર્ષણ બળોને તોડવા અને પદાર્થના કદમાં વધારો કરવા માટે વધુ ઉર્જાની જરૂર હોય છે.

(C) ધારો કે $m$ ગ્રામ પાણીનું દળ છે. પાણીના તાપમાનને $0 \text{ °C}$ થી $100 \text{ °C}$ સુધી વધારવા માટે જરૂરી ઉષ્મા $Q_1 = m \cdot c \cdot \Delta T = m \cdot 1 \cdot (100 - 0) = 100m \text{ cal}$ છે.
આ પ્રક્રિયા માટે $10 \text{ મિનિટ}$ લાગે છે,તેથી ઉષ્મા આપવાનો દર $P = \frac{100m}{10} = 10m \text{ cal/min}$ છે.
હવે,$100 \text{ °C}$ તાપમાને પાણીનું વરાળમાં રૂપાંતરણ $55 \text{ મિનિટ}$ માં થાય છે. આ અવસ્થા બદલાવ માટે જરૂરી ઉષ્મા $Q_2 = m \cdot L$ છે.
$55 \text{ મિનિટ}$ માં આપેલી ઉષ્મા $Q_2 = P \times 55 = 10m \times 55 = 550m \text{ cal}$ છે.
$Q_2 = mL$ ને સરખાવતા,આપણને $mL = 550m$ મળે છે,જેનો અર્થ છે કે $L = 550 \text{ cal/g}$.

(B) ઉકળતા પાણીનું વરાળમાં રૂપાંતર થવાની પ્રક્રિયા એ અચળ તાપમાને થતી અવસ્થા પરિવર્તનની પ્રક્રિયા (સમતાપી પ્રક્રિયા) છે.
કોઈપણ પદાર્થ માટે,વિશિષ્ટ ઉષ્મા ધારિતા $s$ નીચેના સૂત્ર દ્વારા વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે:
$Q = ms \Delta T$
$s$ ને સૂત્રનો કર્તા બનાવતા:
$s = \frac{Q}{m \Delta T}$
અવસ્થા પરિવર્તનની પ્રક્રિયામાં તાપમાન અચળ રહે છે,તેથી તાપમાનમાં થતો ફેરફાર $\Delta T = 0$ થાય છે.
સૂત્રમાં $\Delta T = 0$ મૂકતા:
$s = \frac{Q}{m \times 0} = \infty$
તેથી,પ્રવાહીમાંથી વરાળમાં રૂપાંતર દરમિયાન પાણીની વિશિષ્ટ ઉષ્મા અનંત હોય છે.

(C) ફેઝ ચેન્જ (ગલન) દરમિયાન શોષાયેલી ઉષ્મા $H = mL$ દ્વારા આપવામાં આવે છે,જ્યાં $m$ એ દળ છે અને $L$ એ ગલનગુપ્ત ઉષ્મા છે.
પદાર્થોને $P = 6 \ cal \ s^{-1}$ ના અચળ દરે ગરમ કરવામાં આવતા હોવાથી,શોષાયેલી ઉષ્મા $H = P \times \Delta t$ છે,જ્યાં $\Delta t$ એ સમયગાળો છે જે દરમિયાન પદાર્થ ઓગળે છે (આલેખનો આડો ભાગ).
પદાર્થ $A$ માટે,ગલન $t = 2 \ s$ થી $t = 6 \ s$ સુધી થાય છે,તેથી $\Delta t_A = 6 - 2 = 4 \ s$.
પદાર્થ $B$ માટે,ગલન $t = 4 \ s$ થી $t = 6.5 \ s$ સુધી થાય છે,તેથી $\Delta t_B = 6.5 - 4 = 2.5 \ s$.
દળ સમાન હોવાથી,શોષાયેલી ઉષ્માનો ગુણોત્તર $H_A/H_B = (P \times \Delta t_A) / (P \times \Delta t_B) = \Delta t_A / \Delta t_B$ થશે.
$H_A/H_B = 4 / 2.5 = 40 / 25 = 8/5$.

(A) આગ મુખ્યત્વે પાણીના બાષ્પીભવન દ્વારા ઓલવાય છે,જે સળગતી વસ્તુમાંથી મોટી માત્રામાં ગુપ્ત ઉષ્મા (latent heat) શોષી લે છે,જેનાથી તેનું તાપમાન જ્વલનબિંદુથી નીચે આવી જાય છે.
વધુમાં,ઉત્પન્ન થયેલી પાણીની વરાળ સળગતી વસ્તુની આસપાસ એક આવરણ બનાવે છે,જે ઓક્સિજનનો પુરવઠો કાપી નાખે છે,જે દહન માટે જરૂરી છે.
ગરમ પાણી ઠંડા પાણી કરતા વધુ અસરકારક છે કારણ કે તે પહેલેથી જ તેના ઉત્કલન બિંદુની નજીક હોય છે,જેના કારણે તે આગના સંપર્કમાં આવતા જ વધુ ઝડપથી બાષ્પીભવન પામે છે,આમ ઓક્સિજનને દૂર કરવા અને ગરમીને ઝડપથી શોષવા માટે વરાળનું મોટું પ્રમાણ બનાવે છે.

(B) બરફને ઓગાળવા માટે જરૂરી ઉષ્મા $Q = mL$ દ્વારા આપવામાં આવે છે,જ્યાં $m = 60 \, g$ અને $L = 80 \, cal/g$ છે.
$Q = 60 \times 80 = 4800 \, cal$.
આ ઉર્જાને જૂલમાં રૂપાંતરિત કરવા માટે,આપણે ઉષ્માના યાંત્રિક તુલ્યાંક $J = 4.2 \, J/cal$ નો ઉપયોગ કરીએ છીએ.
$Q_{joules} = 4800 \times 4.2 = 20160 \, J$.
લાગતો સમય $t = 1 \, minute = 60 \, seconds$ છે.
પાવર $P = \frac{Q_{joules}}{t} = \frac{20160}{60} = 336 \, W$ થાય.

(D) આ આલેખ પદાર્થ માટે તાપમાન વિરુદ્ધ ઉષ્મા ઇનપુટ દર્શાવે છે.
$OA$: પદાર્થ ઘન અવસ્થામાં હોય ત્યારે તાપમાન વધે છે.
$AB$: તાપમાન અચળ રહે છે,જે ઘનમાંથી પ્રવાહીમાં અવસ્થા પરિવર્તન (ગલન) સૂચવે છે.
$BC$: પદાર્થ પ્રવાહી અવસ્થામાં હોય ત્યારે તાપમાન વધે છે.
$CD$: તાપમાન અચળ રહે છે,જે પ્રવાહીમાંથી વાયુમાં અવસ્થા પરિવર્તન (ઉત્કલન) સૂચવે છે.
$DE$: પદાર્થ વાયુ અવસ્થામાં હોય ત્યારે તાપમાન વધે છે. ઉષ્મા આપવાનો દર અચળ હોવાથી,તાપમાન-ઉષ્મા આલેખનો ઢાળ $\frac{dT}{dQ} = \frac{1}{ms}$ દ્વારા આપવામાં આવે છે,જ્યાં $m$ એ દળ છે અને $s$ એ વિશિષ્ટ ઉષ્મા ધારિતા છે. આમ,ઢાળ એ ઉષ્મા ધારિતા $(ms)$ ના વ્યસ્ત પ્રમાણમાં હોય છે. આપેલા વિકલ્પો મુજબ,વિકલ્પ $D$ સૌથી યોગ્ય છે કારણ કે ઢાળ $\frac{1}{ms}$ છે.

(A) ધારો કે બરફનો ટુકડો $h$ ઊંચાઈએથી પડે છે.
જ્યારે બરફનો ટુકડો સરોવરમાં પડે છે,ત્યારે તેની ગુરુત્વીય સ્થિતિઊર્જા અથડામણ સમયે ઉષ્મા ઊર્જામાં રૂપાંતરિત થાય છે.
આ ઉષ્મા ઊર્જા બરફના અમુક ભાગને પીગળવા માટે જવાબદાર છે.
બ્લોક દ્વારા ગુમાવેલી સ્થિતિઊર્જા $PE = mgh$ છે.
$m/5$ દળના બરફને પીગળવા માટે જરૂરી ઉષ્મા $Q = (m/5)L$ છે.
સ્થિતિઊર્જાને ઉષ્મા ઊર્જા સાથે સરખાવતા,આપણને મળે છે:
$mgh = \frac{m}{5}L$
બંને બાજુથી $m$ ને દૂર કરતા,આપણને મળે છે:
$gh = \frac{L}{5}$
$h$ માટે ઉકેલતા,આપણને મળે છે:
$h = \frac{L}{5g}$

(C) આલેખ પરથી,પદાર્થ $125^{\circ} C$ ના અચળ તાપમાને અવસ્થા પરિવર્તન (બાષ્પીભવન) અનુભવે છે. આ અવસ્થા પરિવર્તન $t = 20 \, min$ થી $t = 30 \, min$ સુધી થાય છે.
બાષ્પીભવન પ્રક્રિયાનો સમયગાળો $\Delta t = 30 - 20 = 10 \, min$ છે.
ઉષ્મા શોષણનો દર $P = 42 \, kJ \, min^{-1}$ છે.
બાષ્પીભવન દરમિયાન શોષાયેલી કુલ ઉષ્મા $Q = P \times \Delta t = 42 \times 10 = 420 \, kJ$ છે.
પદાર્થનું દળ $m = 5 \, kg$ છે.
બાષ્પીભવનની ગુપ્ત ઉષ્મા $L$ એ $Q = m \times L$ દ્વારા આપવામાં આવે છે.
તેથી,$L = \frac{Q}{m} = \frac{420}{5} = 84 \, kJ \, kg^{-1}$.

(B) જ્યારે $-20^oC$ તાપમાન ધરાવતા બરફના ટુકડાને $20^oC$ તાપમાન ધરાવતા રૂમમાં મૂકવામાં આવે છે,ત્યારે તે આસપાસમાંથી ઉષ્માનું શોષણ કરે છે.
સૌ પ્રથમ,બરફનું તાપમાન $-20^oC$ થી વધીને $0^oC$ થાય છે. આ એક વધતા વક્ર દ્વારા દર્શાવવામાં આવે છે.
$0^oC$ તાપમાને,બરફ પાણીમાં ઓગળવાનું શરૂ કરે છે. અવસ્થા પરિવર્તન (ગલન) દરમિયાન,ઉષ્માનું શોષણ થવા છતાં તાપમાન $0^oC$ પર અચળ રહે છે. આ તાપમાન-સમયના આલેખ પર એક આડી રેખા (plateau) દ્વારા દર્શાવવામાં આવે છે.
બધો બરફ ઓગળી ગયા પછી,પાણીનું તાપમાન $0^oC$ થી વધીને રૂમના તાપમાન $20^oC$ તરફ વધવાનું શરૂ કરે છે. આ અન્ય એક વધતા વક્ર દ્વારા દર્શાવવામાં આવે છે.
તેથી,સાચો આલેખ શરૂઆતમાં વધારો,$0^oC$ પર આડી રેખા અને ત્યારબાદ ફરી વધારો દર્શાવે છે.

(C) $1\ atm$ દબાણે ઓક્સિજનનું ઉત્કલન બિંદુ આશરે $90\ K$ છે।
જ્યારે પ્રવાહી ઓક્સિજનને અચળ દબાણે $50\ K$ થી $300\ K$ સુધી ગરમ કરવામાં આવે છે, ત્યારે તે પહેલા પ્રવાહી સ્વરૂપે ગરમ થાય છે જ્યાં સુધી તે તેના ઉત્કલન બિંદુ $(90\ K)$ સુધી ન પહોંચે।
આ તબક્કા દરમિયાન, તાપમાન સમય સાથે રેખીય રીતે વધે છે કારણ કે ગરમ કરવાનો દર અચળ છે ($Q = mc\Delta T$, તેથી $\frac{dT}{dt} = \frac{P}{mc} = \text{અચળ}$).
એકવાર તે ઉત્કલન બિંદુએ પહોંચી જાય, પછી તાપમાન અચળ રહે છે જ્યારે પ્રવાહી વાયુમાં રૂપાંતરિત થાય છે (ઉત્કલન)। આ તાપમાન-સમયના આલેખ પર આડી રેખા દ્વારા દર્શાવવામાં આવે છે।
ફેઝ ચેન્જ પૂર્ણ થયા પછી, ઓક્સિજન વાયુ અવસ્થામાં હોય છે અને તેનું તાપમાન વધવાનું ચાલુ રહે છે કારણ કે તેને $300\ K$ સુધી વધુ ગરમ કરવામાં આવે છે।
આલેખ $C$ તાપમાનમાં રેખીય વધારો, ત્યારબાદ ફેઝ ચેન્જ દરમિયાન અચળ તાપમાનનો વિસ્તાર અને ત્યારબાદ વાયુ તરીકે ફરીથી રેખીય વધારો દર્શાવે છે। તેથી, આલેખ $C$ સાચું નિરૂપણ છે।

(D) જ્યારે કોઈ પદાર્થને અચળ દરે ગરમ કરવામાં આવે છે,ત્યારે તેનું તાપમાન તેના ઉત્કલન બિંદુ સુધી પહોંચે ત્યાં સુધી વધે છે. અવસ્થા પરિવર્તન (ઉત્કલન) દરમિયાન,તાપમાન અચળ રહે છે કારણ કે પૂરી પાડવામાં આવતી ઉષ્માનો ઉપયોગ આંતરઆણ્વિય બળોને દૂર કરવા માટે થાય છે (બાષ્પીભવનની ગુપ્ત ઉષ્મા). પદાર્થ સંપૂર્ણપણે વાયુમાં ફેરવાઈ જાય પછી,તાપમાન ફરીથી વધે છે. તેથી,તાપમાન-સમયનો આલેખ રેખીય વધારો,ત્યારબાદ અવસ્થા પરિવર્તન દરમિયાન આડો ભાગ (પ્લેટુ) અને પછી ફરીથી રેખીય વધારો દર્શાવે છે. આ વર્તણૂક આલેખ $D$ દ્વારા યોગ્ય રીતે દર્શાવવામાં આવી છે.

(B) હીટિંગ કર્વ (ગરમીનો આલેખ) માં,અવસ્થા બદલાતી વખતે તાપમાન $\theta$ અચળ રહે છે કારણ કે આપેલી ઉષ્મા પદાર્થની ગતિ ઊર્જા વધારવાને બદલે તેની અવસ્થા બદલવા માટે ગુપ્ત ઉષ્મા તરીકે વપરાય છે.
$1$. વિભાગ $AB$ ઘન પદાર્થનું ગરમ થવું દર્શાવે છે.
$2$. વિભાગ $BC$ એક આડી રેખા છે જ્યાં તાપમાન અચળ છે,જે ગલન પ્રક્રિયા દર્શાવે છે જ્યાં ઘન પદાર્થ પ્રવાહીમાં રૂપાંતરિત થાય છે.
$3$. વિભાગ $CD$ પ્રવાહીનું ગરમ થવું દર્શાવે છે.
$4$. વિભાગ $DE$ એ બીજી આડી રેખા છે જે ઉત્કલન પ્રક્રિયા દર્શાવે છે જ્યાં પ્રવાહી બાષ્પમાં રૂપાંતરિત થાય છે.
$5$. વિભાગ $EF$ બાષ્પનું ગરમ થવું દર્શાવે છે.
તેથી,વિભાગ $BC$ ઘનનું પ્રવાહીમાં રૂપાંતરણ દર્શાવે છે.

(B) પદાર્થને તેના ગલનબિંદુએ પ્રવાહી અવસ્થામાં જાળવી રાખવા માટે આપવામાં આવતો પાવર $P$ એ આસપાસના વાતાવરણમાં ગુમાવાતી ઉષ્માના દર જેટલો હોય છે.
જ્યારે પાવર બંધ કરવામાં આવે છે,ત્યારે પદાર્થ ઘન સ્વરૂપમાં ફેરવાય ત્યારે મુક્ત થતી ઉર્જા એ તે પદાર્થને ઓગળવા માટે જરૂરી ઉર્જા જેટલી જ હોય છે,જે $Q = P \times t$ દ્વારા મળે છે.
અવસ્થા પરિવર્તન (ઘનીકરણ) માટે જરૂરી ઉષ્મા $Q = mL$ છે,જ્યાં $L$ એ ગલનગુપ્ત ઉષ્મા છે.
બંને ઉર્જાના સમીકરણોને સરખાવતા: $mL = P \times t$.
તેથી,ગલનગુપ્ત ઉષ્મા $L = \frac{Pt}{m}$ થાય.

(C) બંને પદાર્થો માટે ઉષ્મા આપવાનો દર અચળ છે,જે $P = 6 \, cal \, s^{-1}$ આપેલ છે.
કોઈપણ પદાર્થ માટે,અવસ્થા પરિવર્તન (ગલન) દરમિયાન શોષાયેલી ઉષ્મા $H = P \times \Delta t$ દ્વારા આપવામાં આવે છે,જ્યાં $\Delta t$ એ સમયગાળો છે જે દરમિયાન તાપમાન અચળ રહે છે (આલેખનો આડો ભાગ).
પદાર્થ $A$ માટે,તાપમાન $t = 2 \, s$ થી $t = 6 \, s$ સુધી અચળ રહે છે. તેથી,ગલન માટેનો સમયગાળો $\Delta t_A = 6 - 2 = 4 \, s$ છે.
$A$ દ્વારા શોષાયેલી ઉષ્મા $H_A = P \times \Delta t_A = 6 \times 4 = 24 \, cal$ છે.
પદાર્થ $B$ માટે,તાપમાન $t = 4 \, s$ થી $t = 6.5 \, s$ સુધી અચળ રહે છે (આલેખ પરથી જોતા,આડો ભાગ $6$ અને $7$ ની વચ્ચે,એટલે કે $6.5$ પર પૂર્ણ થાય છે). તેથી,ગલન માટેનો સમયગાળો $\Delta t_B = 6.5 - 4 = 2.5 \, s$ છે.
$B$ દ્વારા શોષાયેલી ઉષ્મા $H_B = P \times \Delta t_B = 6 \times 2.5 = 15 \, cal$ છે.
શોષાયેલી ઉષ્માનો ગુણોત્તર $\frac{H_A}{H_B} = \frac{P \times \Delta t_A}{P \times \Delta t_B} = \frac{4}{2.5} = \frac{40}{25} = \frac{8}{5}$ થાય.

(C) જ્યારે $100\,^{\circ}C$ તાપમાનનું પાણી $100\,^{\circ}C$ તાપમાનની વરાળમાં રૂપાંતરિત થાય છે,ત્યારે તે બાષ્પીભવનની ગુપ્ત ઉષ્મા જેટલી વધારાની ઉર્જાનું શોષણ કરે છે. આ ઉર્જા તાપમાનમાં કોઈ ફેરફાર કર્યા વિના વરાળમાં સંગ્રહિત થાય છે. તેથી,જ્યારે વરાળ ત્વચાના સંપર્કમાં આવે છે,ત્યારે તે પાણીને ઠંડુ કરવાથી મુક્ત થતી ઉષ્મા ઉપરાંત આ વધારાની ગુપ્ત ઉષ્મા પણ મુક્ત કરે છે,જેના કારણે સમાન તાપમાનના પાણીની તુલનામાં વરાળથી વધુ ગંભીર દાઝી શકાય છે.

(A) પદાર્થને પીગળવા માટે જરૂરી ગુપ્ત ઉષ્મા $(Q)$ નું સૂત્ર $Q = mL$ છે,જ્યાં $m$ એ દળ છે અને $L$ એ ગલનગુપ્ત ઉષ્મા છે.
કારણ કે ધાતુનો ગોળો અને સ્પ્રિંગ બંને સમાન દ્રવ્યમાંથી બનેલા છે,તેથી તેમની વિશિષ્ટ ગલનગુપ્ત ઉષ્મા $(L)$ સમાન છે.
આપેલ છે કે બંને પદાર્થોનું દળ $(m)$ સમાન છે,તેથી તેમને પીગળવા માટે જરૂરી કુલ ઉષ્મા $(Q = mL)$ સમાન હોવી જોઈએ.
તેથી,જરૂરી ગુપ્ત ઉષ્મા બંને માટે સમાન છે.

(C) જ્યારે પાત્રને મોટા શૂન્યાવકાશિત ચેમ્બરમાં મૂકવામાં આવે છે,ત્યારે પાણીની સપાટી પરનું દબાણ નોંધપાત્ર રીતે ઘટી જાય છે.
આના કારણે પાણીના અણુઓનું ઝડપી બાષ્પીભવન થાય છે.
બાષ્પીભવન એ ઉષ્માશોષક પ્રક્રિયા હોવાથી,બાષ્પીભવન માટે જરૂરી ગુપ્ત ઉષ્મા બાકી રહેલા પાણીમાંથી લેવામાં આવે છે.
જેમ જેમ બાકી રહેલું પાણી ઉર્જા ગુમાવે છે,તેમ તેનું તાપમાન $0\,^{\circ}C$ થી નીચે જાય છે,જેના કારણે તે થીજી જાય છે.
આમ,પાણીનો અમુક ભાગ બાષ્પીભવન પામે છે અને બાકીનો ભાગ થીજી જાય છે.

(B) ધારો કે $P$ એ હીટરનો પાવર (એકમ સમયમાં અપાતી ઉષ્મા) છે.
પાણીને $0\,^oC$ થી $100\,^oC$ સુધી ગરમ કરવા માટે:
$Q_1 = P \times t_1 = m \cdot c \cdot \Delta T$
$P \times 10 = m \times 1 \times (100 - 0) = 100m \quad ... (i)$
પાણીને $100\,^oC$ પર વરાળમાં રૂપાંતરિત કરવા માટે:
$Q_2 = P \times t_2 = m \cdot L$
$P \times 55 = m \cdot L \quad ... (ii)$
સમીકરણ $(ii)$ ને $(i)$ વડે ભાગતા:
$\frac{P \times 55}{P \times 10} = \frac{m \cdot L}{100m}$
$5.5 = \frac{L}{100}$
$L = 5.5 \times 100 = 550\, cal/g$.

(B) આપવામાં આવેલી ઉર્જા $Q_{\text{supplied}} = 0.93 \, W \cdot h = 0.93 \times 3600 \, J = 3348 \, J$ છે.
$0 \, ^\circ C$ તાપમાને $10 \, g$ બરફને ઓગાળવા માટે જરૂરી ઉર્જા $Q_{\text{req}} = m \cdot L_f$ છે,
જ્યાં $L_f = 80 \, cal/g = 335.2 \, J/g$ ($1 \, cal = 4.19 \, J$ લેતા).
તેથી,$Q_{\text{req}} = 10 \, g \times 335.2 \, J/g = 3352 \, J$ થાય.
મૂલ્યોની સરખામણી કરતા,$Q_{\text{supplied}} \approx Q_{\text{req}} \approx 3350 \, J$ મળે છે.
આમ,આપેલી ઉર્જા એ અવસ્થા બદલવા માટે જરૂરી ગુપ્ત ઉષ્માની લગભગ સમાન હોવાથી,બરફનો આખો ટુકડો ઓગળી જાય છે.

(A) $-10\,^oC$ પરના બરફને $100\,^oC$ પરની વરાળમાં ગરમ કરવાની પ્રક્રિયામાં ઘણા તબક્કાઓનો સમાવેશ થાય છે:
$1$. બરફને $-10\,^oC$ થી $0\,^oC$ સુધી ગરમ કરવું: તાપમાન આપેલ ઉષ્મા સાથે રેખીય રીતે વધે છે.
$2$. $0\,^oC$ પર બરફનું પીગળવું: અવસ્થા પરિવર્તન દરમિયાન તાપમાન $0\,^oC$ પર અચળ રહે છે.
$3$. પાણીને $0\,^oC$ થી $100\,^oC$ સુધી ગરમ કરવું: તાપમાન આપેલ ઉષ્મા સાથે રેખીય રીતે વધે છે.
$4$. $100\,^oC$ પર પાણીનું ઉકળવું: અવસ્થા પરિવર્તન દરમિયાન તાપમાન $100\,^oC$ પર અચળ રહે છે.
આમ,તાપમાન-ઉષ્મા આલેખમાં બે આડા પ્લેટુ (અચળ તાપમાનના ભાગો) દ્વારા અલગ પડેલા તાપમાન વધારાના બે પ્રદેશો હોવા જોઈએ. આલેખ $A$ આ વર્તનને યોગ્ય રીતે દર્શાવે છે.

(A) જ્યારે $100\,^{\circ}C$ તાપમાન ધરાવતું પાણી $100\,^{\circ}C$ તાપમાન ધરાવતી વરાળમાં રૂપાંતરિત થાય છે,ત્યારે તે બાષ્પીભવનની ગુપ્ત ઉષ્મા $(L_v = 2260\,kJ/kg)$ જેટલી વધારાની ઉષ્માનું શોષણ કરે છે.
વરાળમાં સમાન તાપમાન ધરાવતા પ્રવાહી પાણીની તુલનામાં આ વધારાની ગુપ્ત ઉષ્મા રહેલી હોવાથી,તે ત્વચાના સંપર્કમાં આવતા ઘણી વધારે ઉર્જા મુક્ત કરે છે.
તેથી,$100\,^{\circ}C$ તાપમાન ધરાવતી વરાળથી થતું દાઝવું એ સમાન તાપમાન ધરાવતા પાણીથી થતા દાઝવા કરતા વધુ જોખમી છે.

(C) વિશિષ્ટ ઉષ્મા ધારિતા $s$ ને $s = \frac{Q}{m \Delta T}$ તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે,જ્યાં $Q$ એ આપેલી ઉષ્મા છે,$m$ એ દળ છે,અને $\Delta T$ એ તાપમાનમાં થતો ફેરફાર છે.
અવસ્થા પરિવર્તન દરમિયાન (જેમ કે ઉકળતું પાણી વરાળમાં ફેરવાય છે),પદાર્થનું તાપમાન અચળ રહે છે,જેનો અર્થ છે કે $\Delta T = 0$.
છેદ શૂન્ય હોવાથી,વિશિષ્ટ ઉષ્મા ધારિતા $s$ અનંત બને છે $(s = \infty)$.

(C) હીટિંગ કર્વમાં,આડા વિભાગો અવસ્થામાં થતા ફેરફારો દર્શાવે છે જ્યાં તાપમાન અચળ રહે છે. આમ,$AB$ અને $CD$ અવસ્થામાં થતા ફેરફારો દર્શાવે છે.
$AB$ ગલન પ્રક્રિયા (ઘનમાંથી પ્રવાહી) દર્શાવે છે,અને $CD$ ઉત્કલન પ્રક્રિયા (પ્રવાહીમાંથી બાષ્પ) દર્શાવે છે.
અવસ્થા પરિવર્તન દરમિયાન આપવામાં આવતી ઉષ્મા $Q = mL$ દ્વારા આપવામાં આવે છે,જ્યાં $m$ એ દળ છે અને $L$ એ ગુપ્ત ઉષ્મા છે.
કારણ કે ઉષ્મા અચળ દરે આપવામાં આવે છે,આડા વિભાગની લંબાઈ આપવામાં આવેલી ઉષ્મા $(Q)$ ના પ્રમાણમાં હોય છે.
આલેખ પરથી,$CD$ ની લંબાઈ $AB$ ની લંબાઈ કરતા બમણી છે $(CD = 2AB)$,જેનો અર્થ એ છે કે બાષ્પીભવનગુપ્ત ઉષ્મા $(L_v)$ એ ગલનગુપ્ત ઉષ્મા $(L_f)$ કરતા બમણી છે.
તેથી,'ગલનગુપ્ત ઉષ્મા એ બાષ્પીભવનગુપ્ત ઉષ્મા કરતા બમણી છે' તે વિધાન ખોટું છે.

(D) ગલન પ્રક્રિયા દરમિયાન,પદાર્થનું તાપમાન અચળ રહે છે,પરંતુ આપવામાં આવેલી ઉષ્મા (ગુપ્ત ઉષ્મા) ઘન પદાર્થના કણો વચ્ચેના આંતરઆણ્વિય આકર્ષણ બળોને દૂર કરવા માટે વપરાય છે.
આ પ્રક્રિયા અણુઓની સ્થિતિ ઉર્જામાં વધારો કરે છે,જે સિસ્ટમની કુલ આંતરિક ઉર્જામાં વધારો કરે છે.
તેથી,વિધાન ખોટું છે.
ગુપ્ત ઉષ્મા એટલે પદાર્થના તાપમાનમાં ફેરફાર કર્યા વિના તેના એકમ દળની અવસ્થા બદલવા માટે જરૂરી ઉષ્મા ઉર્જા,જે કારણને સાચું ઠેરવે છે.
આમ,સાચો વિકલ્પ $D$ છે.

(C) પરસેવો થવાથી શરીરની ગરમી આસપાસના વાતાવરણમાં મુક્ત થાય છે.
પાણી શરીર પાસેથી ગુપ્ત ઉષ્મા મેળવીને પ્રવાહીમાંથી વરાળમાં રૂપાંતરિત થાય છે.
આ પ્રક્રિયા ત્વચામાંથી ઉષ્મીય ઉર્જા દૂર કરે છે,જેનાથી શરીર ઠંડુ પડે છે.
ઉત્સર્જકતા એ સપાટીના પદાર્થનો ગુણધર્મ છે. ત્વચા પર પાણીનું પાતળું પડ તેની ઉત્સર્જકતામાં વધારો કરતું નથી; વાસ્તવમાં,તે ઠંડકની પ્રક્રિયામાં ઉત્સર્જકતામાં કોઈ નોંધપાત્ર ફેરફાર કરતું નથી.
તેથી,વિધાન સાચું છે,પરંતુ કારણ ખોટું છે.

(N/A) દ્રવ્ય સામાન્ય રીતે ત્રણ અવસ્થાઓમાં અસ્તિત્વ ધરાવે છે: $Solid$ (ઘન),$Liquid$ (પ્રવાહી),અને $Gas$ (વાયુ).
એક અવસ્થામાંથી બીજી અવસ્થામાં થતા રૂપાંતરને અવસ્થા પરિવર્તન કહેવામાં આવે છે.
સામાન્ય ઉદાહરણોમાં $Solid$ થી $Liquid$ (ગલન) અને $Liquid$ થી $Gas$ (બાષ્પીભવન) તેમજ તેની વિરુદ્ધ પ્રક્રિયાઓ ($Freezing$ અને $Condensation$) નો સમાવેશ થાય છે.
આ ફેરફારો પદાર્થ અને તેની આસપાસના વાતાવરણ વચ્ચે થતી ઉષ્માની આપ-લેને કારણે થાય છે,જે અવસ્થા પરિવર્તન દરમિયાન તાપમાનમાં ફેરફાર કર્યા વિના અણુઓની આંતરિક ઉર્જામાં ફેરફાર કરે છે.

(N/A) પદાર્થની અવસ્થામાં થતા ફેરફારને સમજવા માટે પાણીના હીટિંગ કર્વ (heating curve) નો વિચાર કરો.
$1$. એક બીકરમાં થોડા બરફના ટુકડા લો અને તેનું પ્રારંભિક તાપમાન નોંધો,જે $0^{\circ} C$ છે.
$2$. બીકરને સતત ગરમીના સ્ત્રોત પર મૂકો અને તેને ધીમે ધીમે ગરમ કરવાનું શરૂ કરો.
$3$. તાપમાનનું સમાન વિતરણ સુનિશ્ચિત કરવા માટે બરફ અને પાણીના મિશ્રણને સતત હલાવતા રહો.
$4$. નિયમિત અંતરાલે (દા.ત. દર મિનિટે) મિશ્રણનું તાપમાન નોંધો અને તાપમાન વિરુદ્ધ સમયનો આલેખ દોરો.
$5$. તમે જોશો કે જ્યાં સુધી બીકરમાં બરફ હાજર છે ત્યાં સુધી તાપમાન $0^{\circ} C$ પર અચળ રહે છે,ભલે સતત ગરમી આપવામાં આવતી હોય.
$6$. આ અચળ તાપમાનનો તબક્કો એટલા માટે જોવા મળે છે કારણ કે આપવામાં આવતી ગરમીનો ઉપયોગ આંતરઆણ્વિય આકર્ષણ બળોને દૂર કરવા માટે 'ગલનગુપ્ત ઉષ્મા' (latent heat of fusion) તરીકે થાય છે,જે પદાર્થની અવસ્થાને ઘન (બરફ) માંથી પ્રવાહી (પાણી) માં બદલે છે.
$7$. એકવાર બધો બરફ ઓગળી જાય પછી,પાણીનું તાપમાન વધવાનું શરૂ થશે જ્યાં સુધી તે ઉત્કલન બિંદુ $(100^{\circ} C)$ સુધી ન પહોંચે,જ્યાં અચળ તાપમાને બીજો અવસ્થા ફેરફાર (પ્રવાહીમાંથી વાયુ) થાય છે.

(N/A) ઘનમાંથી પ્રવાહી અવસ્થામાં થતા ફેરફારને ગલન (melting) કહેવાય છે અને પ્રવાહીમાંથી ઘન અવસ્થામાં થતા ફેરફારને ઠરવું (freezing) કહેવાય છે.
એવું અવલોકન કરવામાં આવે છે કે જ્યાં સુધી ઘન પદાર્થનો સંપૂર્ણ જથ્થો ઓગળી ન જાય ત્યાં સુધી તાપમાન અચળ રહે છે.
ઘનમાંથી પ્રવાહીમાં અવસ્થા બદલાતી વખતે પદાર્થની ઘન અને પ્રવાહી બંને અવસ્થાઓ ઉષ્મીય સંતુલનમાં સહઅસ્તિત્વ ધરાવે છે.
જે તાપમાને પદાર્થની ઘન અને પ્રવાહી અવસ્થાઓ એકબીજા સાથે ઉષ્મીય સંતુલનમાં હોય,તેને તેનું ગલનબિંદુ (melting point) કહેવામાં આવે છે.
આ પદાર્થનો લાક્ષણિક ગુણધર્મ છે અને તે દબાણ પર પણ આધાર રાખે છે.
પ્રમાણભૂત વાતાવરણીય દબાણે પદાર્થના ગલનબિંદુને તેનું સામાન્ય ગલનબિંદુ કહેવામાં આવે છે.
બરફના ઓગળવાની પ્રક્રિયા સમજાવવા માટેની પ્રવૃત્તિ:
બરફનો એક ટુકડો લો. એક ધાતુનો તાર લો અને તેના બંને છેડે $5 \ kg$ ના બે વજન બાંધો. આ તારને આકૃતિમાં દર્શાવ્યા મુજબ બરફના ટુકડા પર મૂકો. તમે જોશો કે તાર બરફના ટુકડામાંથી પસાર થઈ જાય છે. આ એટલા માટે થાય છે કારણ કે તારની બરાબર નીચે,દબાણમાં વધારો થવાને કારણે બરફ નીચા તાપમાને ઓગળી જાય છે.
જ્યારે તાર પસાર થઈ જાય છે,ત્યારે તારની ઉપરનું પાણી ફરીથી જામી જાય છે. આમ,તાર ટુકડામાંથી પસાર થઈ જાય છે અને ટુકડો તૂટતો નથી. ફરીથી જામવાની આ ઘટનાને પુનઃગલન (regelation) કહેવામાં આવે છે.
સ્કેટની નીચે પાણી બનવાને કારણે બરફ પર સ્કેટિંગ શક્ય બને છે. દબાણ વધવાને કારણે પાણી બને છે અને તે લુબ્રિકન્ટ (અંજન) તરીકે કામ કરે છે.

(N/A) ગરમ કરવા પર,જ્યારે બરફ પાણીમાં રૂપાંતરિત થાય છે અને આપણે ગરમ કરવાનું ચાલુ રાખીએ છીએ,ત્યારે તાપમાન વધવા લાગે છે. તાપમાન લગભગ $100^{\circ} C$ સુધી પહોંચે ત્યાં સુધી વધતું રહે છે,જે બિંદુએ તે સ્થિર થઈ જાય છે.
આપવામાં આવેલી ઉષ્માનો ઉપયોગ હવે પાણીને પ્રવાહી અવસ્થામાંથી બાષ્પ અથવા વાયુ અવસ્થામાં બદલવા માટે થાય છે.
પ્રવાહીમાંથી બાષ્પ (અથવા વાયુ) માં અવસ્થાના ફેરફારને બાષ્પીભવન કહેવામાં આવે છે.
એવું જોવા મળે છે કે જ્યાં સુધી પ્રવાહીનો સંપૂર્ણ જથ્થો બાષ્પમાં રૂપાંતરિત ન થાય ત્યાં સુધી તાપમાન અચળ રહે છે.
પ્રવાહીમાંથી બાષ્પમાં અવસ્થાના ફેરફાર દરમિયાન પદાર્થની પ્રવાહી અને બાષ્પ બંને અવસ્થાઓ ઉષ્મીય સંતુલનમાં સહઅસ્તિત્વ ધરાવે છે.
જે તાપમાને પદાર્થની પ્રવાહી અને બાષ્પ અવસ્થાઓ સહઅસ્તિત્વ ધરાવે છે તેને તેનું ઉત્કલન બિંદુ કહેવામાં આવે છે.
પાણીના ઉત્કલનની પ્રક્રિયા:
$1$. એક રાઉન્ડ-બોટમ ફ્લાસ્ક લો,જે અડધાથી વધુ પાણીથી ભરેલો હોય.
$2$. તેને બર્નર પર મૂકો અને ફ્લાસ્કના કોર્ક દ્વારા થર્મોમીટર અને વરાળ બહાર નીકળવાનો માર્ગ ગોઠવો.
$3$. જેમ જેમ ફ્લાસ્કમાં પાણી ગરમ થાય છે,તેમ નોંધો કે પાણીમાં ઓગળેલી હવા નાના પરપોટા તરીકે બહાર આવશે.

(N/A) જ્યારે કોઈ પદાર્થ પોતાની અવસ્થા બદલે છે ત્યારે તે પદાર્થ અને તેની આસપાસના વાતાવરણ વચ્ચે ચોક્કસ પ્રમાણમાં ઉષ્મા ઊર્જાનું સ્થળાંતર થાય છે. પદાર્થની અવસ્થા બદલાતી વખતે એકમ દળ દીઠ સ્થળાંતરિત થતી ઉષ્માને તે પ્રક્રિયા માટે પદાર્થની ગુપ્ત ઉષ્મા કહેવામાં આવે છે.
ઉદાહરણ તરીકે,જો $-10^{\circ} C$ તાપમાને રહેલા બરફના ચોક્કસ જથ્થાને ઉષ્મા આપવામાં આવે,તો તેનું તાપમાન તેના ગલનબિંદુ $\left(0^{\circ} C\right)$ સુધી પહોંચે ત્યાં સુધી વધે છે. આ તાપમાને,વધુ ઉષ્મા આપવાથી તાપમાન વધતું નથી પરંતુ બરફ પીગળે છે,એટલે કે તેની અવસ્થા બદલાય છે. એકવાર બધો બરફ પીગળી જાય,પછી વધુ ઉષ્મા આપવાથી પાણીનું તાપમાન વધવા લાગશે. આવી જ સ્થિતિ ઉત્કલનબિંદુ પર પ્રવાહી-વાયુ અવસ્થા બદલાતી વખતે જોવા મળે છે. ઉકળતા પાણીને વધુ ઉષ્મા આપવાથી તાપમાનમાં વધારો થયા વિના તેનું બાષ્પીભવન થાય છે.
અવસ્થા બદલાતી વખતે જરૂરી ઉષ્મા એ રૂપાંતરણની ઉષ્મા અને અવસ્થા બદલતા પદાર્થના દળ પર આધાર રાખે છે.
આમ,જો $m$ દળ ધરાવતો પદાર્થ એક અવસ્થામાંથી બીજી અવસ્થામાં બદલાય,તો જરૂરી ઉષ્માનો જથ્થો નીચે મુજબ મળે છે:
$Q = m L$ અથવા $L = \frac{Q}{m}$
જ્યાં $L$ ને ગુપ્ત ઉષ્મા કહેવામાં આવે છે અને તે પદાર્થનો લાક્ષણિક ગુણધર્મ છે.
તેનો $SI$ એકમ $J \ kg^{-1}$ છે.
$L$ નું મૂલ્ય દબાણ પર પણ આધાર રાખે છે. તેનું મૂલ્ય સામાન્ય રીતે પ્રમાણિત વાતાવરણીય દબાણે આપવામાં આવે છે.
ઘન-પ્રવાહી અવસ્થા બદલાવ માટેની ગુપ્ત ઉષ્માને ગલનગુપ્ત ઉષ્મા $\left(L_{f}\right)$ કહેવાય છે,અને પ્રવાહી-વાયુ અવસ્થા બદલાવ માટેની ગુપ્ત ઉષ્માને બાષ્પાયનગુપ્ત ઉષ્મા $\left(L_{v}\right)$ કહેવાય છે.
આને ઘણીવાર ગલન ઉષ્મા $\left(L_{f}\right)$ અને બાષ્પાયન ઉષ્મા $\left(L_{v}\right)$ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે.
આકૃતિમાં પાણીના જથ્થા માટે તાપમાન વિરુદ્ધ ઉષ્મા ઊર્જાનો આલેખ દર્શાવેલ છે. જ્યારે અવસ્થા બદલાતી વખતે ઉષ્મા આપવામાં આવે (અથવા દૂર કરવામાં આવે) ત્યારે તાપમાન અચળ રહે છે.

(B) દ્રવ્યની અવસ્થામાં એક સ્વરૂપ (ઘન,પ્રવાહી અથવા વાયુ) માંથી બીજા સ્વરૂપમાં થતા ફેરફારની પ્રક્રિયાને અવસ્થા પરિવર્તન (Phase transition) કહેવામાં આવે છે. આ પ્રક્રિયા સામાન્ય રીતે ત્યારે થાય છે જ્યારે ઉષ્મા આપવામાં આવે અથવા દૂર કરવામાં આવે ત્યારે તાપમાન અચળ રહે છે,અને આ પ્રક્રિયામાં સામેલ ઉર્જાને ગુપ્ત ઉષ્મા (Latent heat) કહેવામાં આવે છે.

(N/A) ગલન એ એવી અવસ્થા પરિવર્તનની પ્રક્રિયા છે જેમાં પદાર્થ અચળ તાપમાને ઉષ્માનું શોષણ કરીને ઘન અવસ્થામાંથી પ્રવાહી અવસ્થામાં રૂપાંતરિત થાય છે.
ગલનબિંદુ એ ચોક્કસ તાપમાન છે કે જેના પર કોઈ ઘન પદાર્થ આપેલ દબાણે તેની પ્રવાહી અવસ્થામાં ફેરવાય છે.
ગલનબિંદુનું મૂલ્ય નીચેના પરિબળો પર આધાર રાખે છે:
$1$. પદાર્થનો સ્વભાવ: જુદા જુદા પદાર્થોમાં આંતરઆણ્વિય બળો અલગ-અલગ હોય છે,જેના કારણે તેમના ગલનબિંદુ પણ અલગ હોય છે.
$2$. બાહ્ય દબાણ: મોટાભાગના પદાર્થો માટે,દબાણમાં વધારો થવાથી ગલનબિંદુ વધે છે. જોકે,જે પદાર્થો પીગળતી વખતે સંકોચાય છે (જેમ કે બરફ),તેમના માટે દબાણમાં વધારો થવાથી ગલનબિંદુ ઘટે છે.

(N/A) બાષ્પીભવન એ પદાર્થની પ્રવાહી અવસ્થામાંથી વાયુ અથવા બાષ્પ અવસ્થામાં થતું કલા રૂપાંતર છે. જ્યારે પ્રવાહીના અણુઓ તેમની વચ્ચેના આંતરઆણ્વિય બળોને તોડવા માટે પૂરતી ગતિ ઊર્જા મેળવે છે,ત્યારે તેઓ વાયુ સ્વરૂપે આસપાસના વાતાવરણમાં મુક્ત થાય છે,જેને બાષ્પીભવન કહેવાય છે.
કોઈપણ પદાર્થનું સામાન્ય ઉત્કલન બિંદુ એ તાપમાન છે કે જે તાપમાને તેનું બાષ્પ દબાણ પ્રમાણિત વાતાવરણીય દબાણ,એટલે કે $1.013 \times 10^5 \ Pa$ અથવા $1 \ atm$ જેટલું થાય છે.