Hindi

Thermal Resistance and it's Combination Questions in Hindi

Class 11 Physics · 10-2.Heat Transfer · Thermal Resistance and it's Combination

135+

Questions

Hindi

Language

100%

With Solutions

Showing 50 of 135 questions in Hindi

51
DifficultMCQ
एक रिंग जो $ADB$ और $ACB$ दो भागों से बनी है,जिनकी ऊष्मीय चालकता $k$ समान है,$H$ ऊष्मा का वहन करती है। अब $ADB$ भाग को एक अन्य धातु से बदल दिया जाता है,जबकि तापमान $T_1$ और $T_2$ स्थिर रहते हैं। वहन की गई ऊष्मा बढ़कर $2H$ हो जाती है। नए $ADB$ भाग की ऊष्मीय चालकता क्या होनी चाहिए? दिया गया है $\frac{l_{ACB}}{l_{ADB}} = 3$।
Question diagram
A
$\frac{7}{3} k$
B
$2 k$
C
$\frac{5}{2} k$
D
$3 k$

Solution

(A) मान लीजिए $ADB$ की लंबाई $l_1$ है और $ACB$ की लंबाई $l_2$ है। दिया गया है $\frac{l_2}{l_1} = 3$,इसलिए $l_2 = 3l_1$। मान लीजिए $A$ अनुप्रस्थ काट का क्षेत्रफल है।
प्रारंभ में,दोनों भागों की चालकता $k$ है। ऊष्मीय प्रतिरोध $R_1 = \frac{l_1}{kA}$ और $R_2 = \frac{l_2}{kA} = \frac{3l_1}{kA} = 3R_1$ हैं।
कुल ऊष्मा प्रवाह $H$ समानांतर पथों से ऊष्मा प्रवाह का योग है: $H = H_1 + H_2 = \frac{T_1 - T_2}{R_1} + \frac{T_1 - T_2}{R_2} = (T_1 - T_2) \left( \frac{kA}{l_1} + \frac{kA}{3l_1} \right) = (T_1 - T_2) \frac{4kA}{3l_1}$।
जब $ADB$ को $k'$ चालकता वाली धातु से बदल दिया जाता है,तो नया ऊष्मा प्रवाह $H' = 2H = 2 \left( \frac{4kA(T_1 - T_2)}{3l_1} \right) = \frac{8kA(T_1 - T_2)}{3l_1}$ होता है।
नया ऊष्मा प्रवाह $H' = \frac{k'A(T_1 - T_2)}{l_1} + \frac{kA(T_1 - T_2)}{3l_1}$ है।
$H'$ के लिए दोनों व्यंजकों की तुलना करने पर:
$\frac{k'A(T_1 - T_2)}{l_1} + \frac{kA(T_1 - T_2)}{3l_1} = \frac{8kA(T_1 - T_2)}{3l_1}$।
$\frac{A(T_1 - T_2)}{l_1}$ से भाग देने पर: $k' + \frac{k}{3} = \frac{8k}{3}$।
$k' = \frac{8k}{3} - \frac{k}{3} = \frac{7k}{3}$।
52
AdvancedMCQ
बारह समान चालक छड़ें $l$ लंबाई के एक समान घन के किनारों का निर्माण करती हैं। स्थिर अवस्था में,जंक्शन $B$ और $H$ को क्रमशः $100^{\circ}C$ और $0^{\circ}C$ पर बनाए रखा जाता है। जंक्शन $A$ का तापमान $^{\circ}C$ में ज्ञात कीजिए।
Question diagram
A
$80$
B
$60$
C
$40$
D
$70$

Solution

(B) मान लीजिए कि प्रत्येक छड़ का ऊष्मीय प्रतिरोध $R$ है। $B$ से $H$ तक बहने वाली कुल ऊष्मा धारा $H_{total} = \frac{\Delta T}{R_{eq}}$ द्वारा दी जाती है।
एक घन के लिए जिसमें एक कोने $(B)$ पर ऊष्मा प्रवेश करती है और विपरीत कोने $(H)$ से बाहर निकलती है,समतुल्य ऊष्मीय प्रतिरोध $R_{eq} = \frac{5R}{6}$ है।
अतः,$H_{total} = \frac{100 - 0}{5R/6} = \frac{600}{5R} = \frac{120}{R}$।
जंक्शन $B$ पर,ऊष्मा धारा तीन समान छड़ों ($BA$,$BC$,$BF$) में समान रूप से विभाजित हो जाती है। इसलिए,छड़ $BA$ से गुजरने वाली ऊष्मा धारा $H_{BA} = \frac{H_{total}}{3} = \frac{120/R}{3} = \frac{40}{R}$ है।
छड़ $BA$ के लिए ऊष्मा प्रवाह सूत्र का उपयोग करते हुए,$H_{BA} = \frac{T_B - T_A}{R}$,जहाँ $T_B = 100^{\circ}C$ है।
$\frac{40}{R} = \frac{100 - T_A}{R} \implies 40 = 100 - T_A \implies T_A = 60^{\circ}C$।
53
DifficultMCQ
चित्र में दिखाए अनुसार चार समान चालक छड़ों को जोड़ा गया है। बिंदु $A$ और $D$ के तापमान क्रमशः $200^{\circ}C$ और $20^{\circ}C$ पर बनाए रखे गए हैं। जंक्शन $B$ का तापमान ....... $^{\circ}C$ होगा।
Question diagram
A
$120$
B
$100$
C
$140$
D
$80$

Solution

(C) मान लीजिए कि प्रत्येक छड़ का ऊष्मीय प्रतिरोध $R$ है। $B$ और $C$ के बीच की छड़ें दो समानांतर पथ बनाती हैं,जिनमें से प्रत्येक में दो छड़ें श्रेणीक्रम में हैं। प्रत्येक पथ का प्रतिरोध $R + R = 2R$ है। इन दो समानांतर पथों का समतुल्य प्रतिरोध $R_{eq} = \frac{2R \times 2R}{2R + 2R} = R$ है।
अब,इस प्रणाली को तीन प्रतिरोधों के श्रेणी संयोजन के रूप में सरल बनाया जा सकता है: छड़ $AB$ (प्रतिरोध $R$),समानांतर संयोजन $BC$ (प्रतिरोध $R$),और छड़ $CD$ (प्रतिरोध $R$)।
$A$ और $D$ के बीच कुल प्रतिरोध $R_{total} = R + R + R = 3R$ है।
प्रणाली से प्रवाहित होने वाली ऊष्मा धारा $H = \frac{T_A - T_D}{R_{total}} = \frac{200 - 20}{3R} = \frac{180}{3R} = \frac{60}{R}$ है।
जंक्शन $B$ पर तापमान छड़ $AB$ से प्रवाहित होने वाली ऊष्मा धारा का उपयोग करके ज्ञात किया जा सकता है:
$H = \frac{T_A - T_B}{R} \implies \frac{60}{R} = \frac{200 - T_B}{R}$.
$60 = 200 - T_B \implies T_B = 200 - 60 = 140^{\circ}C$.
Solution diagram
54
AdvancedMCQ
आंतरिक त्रिज्या $R$ और बाहरी त्रिज्या $2R$ वाला एक खोखला गोला $K$ ऊष्मीय चालकता वाले पदार्थ से बना है। इसे $2R$ आंतरिक त्रिज्या और $3R$ बाहरी त्रिज्या वाले एक अन्य खोखले गोले से घेरा गया है,जो समान ऊष्मीय चालकता $K$ वाले पदार्थ से बना है। छोटे गोले के अंदर का तापमान $0^oC$ और बड़े गोले के बाहर का तापमान $100^oC$ बनाए रखा जाता है। निकाय स्थिर अवस्था में है। इंटरफ़ेस का तापमान ........ $^oC$ होगा।
A
$50$
B
$70$
C
$75$
D
$45$

Solution

(C) गोलीय कोश का ऊष्मीय प्रतिरोध $R_{th} = \frac{1}{4\pi K} \left( \frac{1}{r_1} - \frac{1}{r_2} \right)$ द्वारा दिया जाता है।
आंतरिक गोले के लिए $(R_1 = R, R_2 = 2R)$: $R_{th1} = \frac{1}{4\pi K} \left( \frac{1}{R} - \frac{1}{2R} \right) = \frac{1}{8\pi KR}$.
बाहरी गोले के लिए $(R_2 = 2R, R_3 = 3R)$: $R_{th2} = \frac{1}{4\pi K} \left( \frac{1}{2R} - \frac{1}{3R} \right) = \frac{1}{24\pi KR}$.
स्थिर अवस्था में,ऊष्मा प्रवाह $H$ दोनों गोलों से समान होता है: $H = \frac{T_{int} - 0}{R_{th1}} = \frac{100 - T_{int}}{R_{th2}}$.
मान रखने पर: $\frac{T_{int}}{1/(8\pi KR)} = \frac{100 - T_{int}}{1/(24\pi KR)}$.
$T_{int} = 3(100 - T_{int}) \implies 4T_{int} = 300 \implies T_{int} = 75^oC$.
55
DifficultMCQ
अलग-अलग पदार्थों लेकिन समान अनुप्रस्थ काट (cross-section) वाली दो छड़ें $A$ और $B$ को चित्र में दिखाए अनुसार जोड़ा गया है। $A$ का मुक्त सिरा $100^{\circ}C$ पर और $B$ का मुक्त सिरा $0^{\circ}C$ पर बनाए रखा गया है। यदि $l_2 = 2l_1$,$K_1 = 2K_2$ है और ऊष्मा के नुकसान को रोकने के लिए छड़ों को किनारों से थर्मल रूप से इंसुलेट किया गया है,तो दोनों छड़ों के जंक्शन का तापमान $\theta$ ........ $^{\circ}C$ है।
Question diagram
A
$80$
B
$60$
C
$40$
D
$20$

Solution

(A) स्थिर अवस्था (steady state) में,दोनों छड़ों से गुजरने वाली ऊष्मा धारा (heat current) समान होनी चाहिए।
मान लीजिए कि छड़ों का अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल $A$ है।
छड़ का ऊष्मीय प्रतिरोध $R = \frac{l}{KA}$ द्वारा दिया जाता है।
छड़ $A$ के लिए: $R_1 = \frac{l_1}{K_1 A}$.
छड़ $B$ के लिए: $R_2 = \frac{l_2}{K_2 A}$.
दिया गया है कि $l_2 = 2l_1$ और $K_1 = 2K_2$,इसलिए $K_2 = \frac{K_1}{2}$ लिखा जा सकता है।
इन मानों को $R_2$ में रखने पर: $R_2 = \frac{2l_1}{(K_1/2)A} = \frac{4l_1}{K_1 A} = 4R_1$.
चूंकि छड़ें श्रेणीक्रम में हैं,ऊष्मा धारा $H$ समान रहेगी:
$H = \frac{100 - \theta}{R_1} = \frac{\theta - 0}{R_2}$.
$R_2 = 4R_1$ रखने पर:
$\frac{100 - \theta}{R_1} = \frac{\theta}{4R_1}$.
$4(100 - \theta) = \theta$.
$400 - 4\theta = \theta$.
$5\theta = 400$.
$\theta = 80^{\circ}C$.
56
MediumMCQ
चित्र में दिखाए अनुसार,समान अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल $A$ और लंबाई $l$ की दो छड़ें $A$ और $B$ को एक स्रोत $(T_1 = 100^{\circ}C)$ और सिंक $(T_2 = 0^{\circ}C)$ के बीच श्रेणीक्रम में जोड़ा गया है। छड़ें पार्श्व रूप से अछूता (insulated) हैं। छड़ $A$ और $B$ की ऊष्मीय चालकता क्रमशः $3K$ और $K$ है। छड़ $A$ और छड़ $B$ के ऊष्मीय प्रतिरोध का अनुपात क्या है?
Question diagram
A
$\frac{R_A}{R_B} = \frac{1}{3}$
B
$\frac{R_A}{R_B} = 3$
C
$\frac{R_A}{R_B} = \frac{3}{4}$
D
$\frac{R_A}{R_B} = \frac{4}{3}$

Solution

(A) छड़ का ऊष्मीय प्रतिरोध $R$ सूत्र $R = \frac{l}{k \cdot A}$ द्वारा दिया जाता है,जहाँ $l$ लंबाई है,$k$ ऊष्मीय चालकता है और $A$ अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल है।
छड़ $A$ के लिए,जिसकी ऊष्मीय चालकता $3K$,लंबाई $l$ और क्षेत्रफल $A$ है:
$R_A = \frac{l}{(3K) \cdot A} = \frac{l}{3KA}$
छड़ $B$ के लिए,जिसकी ऊष्मीय चालकता $K$,लंबाई $l$ और क्षेत्रफल $A$ है:
$R_B = \frac{l}{K \cdot A} = \frac{l}{KA}$
अब,ऊष्मीय प्रतिरोधों का अनुपात ज्ञात करने पर:
$\frac{R_A}{R_B} = \frac{\frac{l}{3KA}}{\frac{l}{KA}} = \frac{1}{3}$
अतः,अनुपात $\frac{R_A}{R_B} = \frac{1}{3}$ है।
57
DifficultMCQ
चित्र में दिखाए अनुसार समान लंबाई और अनुप्रस्थ काट के तीन छड़ों से एक संयुक्त छड़ बनाई गई है। छड़ों के पदार्थों की ऊष्मीय चालकता क्रमशः $K/2, 5K$ और $K$ है। सिरे $A$ और $B$ स्थिर तापमान पर हैं। सतह $A$ में प्रवेश करने वाली सभी ऊष्मा सिरे $B$ से बाहर निकलती है,और छड़ के किनारों से ऊष्मा का कोई ह्रास नहीं होता है। छड़ की प्रभावी ऊष्मीय चालकता क्या है?
Question diagram
A
$15K/16$
B
$6K/13$
C
$5K/16$
D
$2K/13$

Solution

(A) श्रेणीक्रम में जुड़ी छड़ों के लिए,तुल्य ऊष्मीय प्रतिरोध $R_{eq}$ व्यक्तिगत ऊष्मीय प्रतिरोधों का योग होता है: $R_{eq} = R_1 + R_2 + R_3$.
यह दिया गया है कि सभी छड़ों की लंबाई $l$ और अनुप्रस्थ काट का क्षेत्रफल $A$ समान है,इसलिए छड़ का ऊष्मीय प्रतिरोध $R = \frac{l}{KA}$ है।
अतः,तुल्य ऊष्मीय प्रतिरोध है:
$R_{eq} = \frac{l}{(K/2)A} + \frac{l}{(5K)A} + \frac{l}{KA} = \frac{l}{A} \left( \frac{2}{K} + \frac{1}{5K} + \frac{1}{K} \right)$.
कोष्ठक के अंदर के व्यंजक को सरल करने पर:
$R_{eq} = \frac{l}{A} \left( \frac{10 + 1 + 5}{5K} \right) = \frac{l}{A} \left( \frac{16}{5K} \right) = \frac{16l}{5KA}$.
कुल लंबाई $3l$ वाली संयुक्त छड़ के लिए,तुल्य ऊष्मीय चालकता $K_{eq}$ इस प्रकार दी जाती है:
$R_{eq} = \frac{3l}{K_{eq}A} = \frac{16l}{5KA}$.
$K_{eq}$ के लिए हल करने पर:
$K_{eq} = \frac{3 \times 5K}{16} = \frac{15K}{16}$.
Solution diagram
58
MediumMCQ
तीन छड़ें $AB, BC$ और $AC$ जिनके ऊष्मीय प्रतिरोध क्रमशः $10 \text{ units}, 10 \text{ units}$ और $20 \text{ units}$ हैं,चित्र में दिखाए अनुसार जुड़ी हुई हैं। सिरों $A$ और $C$ को क्रमशः $100^{\circ}C$ और $0^{\circ}C$ के स्थिर तापमान पर रखा गया है। जंक्शन $B$ से गुजरने वाली ऊष्मा की दर . . . . . . $units$ है।
Question diagram
A
$5$
B
$10$
C
$20$
D
$7.5$

Solution

(A) ऊष्मीय परिपथ का विश्लेषण ऊष्मीय प्रतिरोधों पर विचार करके किया जा सकता है। छड़ें $AB$ और $BC$ एक-दूसरे के साथ श्रेणीक्रम में हैं,और यह संयोजन छड़ $AC$ के साथ समांतर क्रम में है।
श्रेणी शाखा ($AB$ और $BC$) का ऊष्मीय प्रतिरोध $R_1 = 10 + 10 = 20 \text{ units}$ है।
समांतर शाखा $(AC)$ का ऊष्मीय प्रतिरोध $R_2 = 20 \text{ units}$ है।
बिंदुओं $A$ और $C$ के बीच तुल्य ऊष्मीय प्रतिरोध $R_{eq}$ इस प्रकार है: $\frac{1}{R_{eq}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} = \frac{1}{20} + \frac{1}{20} = \frac{2}{20} = \frac{1}{10}$।
अतः,$R_{eq} = 10 \text{ units}$।
$A$ से $C$ तक ऊष्मा प्रवाह की कुल दर $\frac{dH}{dt} = \frac{\Delta T}{R_{eq}} = \frac{100 - 0}{10} = 10 \text{ units}$ है।
चूंकि शाखा $AB+BC$ का प्रतिरोध $20 \text{ units}$ है और शाखा $AC$ का प्रतिरोध $20 \text{ units}$ है,इसलिए कुल ऊष्मा प्रवाह दोनों शाखाओं के बीच समान रूप से विभाजित हो जाता है।
इसलिए,जंक्शन $B$ (जो $AB+BC$ शाखा का हिस्सा है) से गुजरने वाली ऊष्मा की दर $\frac{10}{2} = 5 \text{ units}$ है।
Solution diagram
59
DifficultMCQ
$ABCDE$ एक समान तार से बना एक नियमित पंचभुज है। ऊष्मा $A$ पर प्रवेश करती है और $C$ पर बाहर निकलती है। $T_B$ और $T_D$ क्रमशः $B$ और $D$ बिंदुओं के तापमान हैं। तापमान $T_C$ ज्ञात कीजिए।
Question diagram
A
$\frac{3T_B + 2T_D}{5}$
B
$3T_D - 2T_B$
C
$3T_D + 2T_B$
D
कोई भी मान हो सकता है

Solution

(B) मान लीजिए कि पंचभुज की प्रत्येक भुजा का ऊष्मीय प्रतिरोध $R$ है।
पथ $ABC$ श्रेणीक्रम में दो भुजाओं से बना है,इसलिए इसका प्रतिरोध $R_1 = R + R = 2R$ है।
पथ $AEDC$ श्रेणीक्रम में तीन भुजाओं से बना है,इसलिए इसका प्रतिरोध $R_2 = R + R + R = 3R$ है।
मान लीजिए $H$ बिंदु $A$ पर प्रवेश करने वाली कुल ऊष्मा धारा है। ऊष्मा धारा दो समानांतर पथों $ABC$ और $AEDC$ में इस प्रकार विभाजित होती है कि दोनों पथों पर तापमान का अंतर समान $(T_A - T_C)$ रहता है।
पथ $ABC$ के लिए,ऊष्मा धारा $H_1 = \frac{T_A - T_B}{R} = \frac{T_B - T_C}{R}$ है। अतः,$T_A - T_C = (T_A - T_B) + (T_B - T_C) = 2(T_B - T_C)$।
पथ $AEDC$ के लिए,ऊष्मा धारा $H_2 = \frac{T_A - T_E}{R} = \frac{T_E - T_D}{R} = \frac{T_D - T_C}{R}$ है। अतः,$T_A - T_C = (T_A - T_E) + (T_E - T_D) + (T_D - T_C) = 3(T_D - T_C)$।
तापमान के अंतर को बराबर करने पर: $2(T_B - T_C) = 3(T_D - T_C)$।
$2T_B - 2T_C = 3T_D - 3T_C$।
$3T_C - 2T_C = 3T_D - 2T_B$।
$T_C = 3T_D - 2T_B$।
60
DifficultMCQ
दो पदार्थों से बनी एक संयुक्त स्लैब,जिनकी ऊष्मीय चालकता गुणांक $K$ और $2K$ तथा मोटाई क्रमशः $x$ और $4x$ है,की दो बाहरी सतहों का तापमान $T_2$ और $T_1$ $(T_2 > T_1)$ है। स्थिर अवस्था में स्लैब के माध्यम से ऊष्मा स्थानांतरण की दर $\left( \frac{A(T_2 - T_1)K}{x} \right)f$ है,जहाँ $f$ का मान क्या है?
Question diagram
A
$1$
B
$0.5$
C
$0.67$
D
$0.33$

Solution

(D) मान लीजिए कि सामान्य इंटरफ़ेस का तापमान $T$ है। स्थिर अवस्था में,ऊष्मा प्रवाह की दर $H$ दोनों स्लैब के माध्यम से समान होती है।
ऊष्मा प्रवाह की दर $H = \frac{KA \Delta T}{l}$ द्वारा दी जाती है।
पहले स्लैब के लिए (चालकता $K$,मोटाई $x$): $H_1 = \frac{KA(T_2 - T)}{x}$।
दूसरे स्लैब के लिए (चालकता $2K$,मोटाई $4x$): $H_2 = \frac{(2K)A(T - T_1)}{4x} = \frac{KA(T - T_1)}{2x}$।
चूंकि $H_1 = H_2$:
$\frac{KA(T_2 - T)}{x} = \frac{KA(T - T_1)}{2x}$
$T_2 - T = \frac{T - T_1}{2}$
$2T_2 - 2T = T - T_1$
$3T = 2T_2 + T_1 \implies T = \frac{2T_2 + T_1}{3}$।
$T$ का मान $H_1$ के समीकरण में रखने पर:
$H = \frac{KA}{x} \left( T_2 - \frac{2T_2 + T_1}{3} \right)$
$H = \frac{KA}{x} \left( \frac{3T_2 - 2T_2 - T_1}{3} \right)$
$H = \frac{KA}{x} \left( \frac{T_2 - T_1}{3} \right) = \frac{1}{3} \left( \frac{KA(T_2 - T_1)}{x} \right)$।
इसे दिए गए समीकरण $\left( \frac{A(T_2 - T_1)K}{x} \right)f$ के साथ तुलना करने पर,हमें $f = \frac{1}{3} \approx 0.33$ प्राप्त होता है।
61
DifficultMCQ
दो समान चालक छड़ों को पहले स्वतंत्र रूप से दो बर्तनों से जोड़ा जाता है,जिनमें से एक में $100^{\circ}C$ पर पानी और दूसरे में $0^{\circ}C$ पर बर्फ है। दूसरे मामले में,छड़ों को एक-दूसरे के सिरों से जोड़कर उन्हीं बर्तनों से जोड़ा जाता है। मान लीजिए कि $q_1$ और $q_2$ $g/s$ क्रमशः दोनों मामलों में बर्फ के पिघलने की दर हैं। अनुपात $q_2/q_1$ है
A
$1/2$
B
$2/1$
C
$4/1$
D
$1/4$

Solution

(D) मान लीजिए $K$ ऊष्मीय चालकता है,$A$ अनुप्रस्थ काट का क्षेत्रफल है,और $\ell$ प्रत्येक छड़ की लंबाई है।
पहले मामले में,दो छड़ों को $T_1 = 100^{\circ}C$ और $T_2 = 0^{\circ}C$ वाले दो जलाशयों के बीच समानांतर क्रम में जोड़ा जाता है।
ऊष्मा प्रवाह की दर $\frac{dH}{dt_1} = \frac{KA(T_1-T_2)}{\ell} + \frac{KA(T_1-T_2)}{\ell} = \frac{2KA(T_1-T_2)}{\ell}$ है।
चूंकि $q_1 \propto \frac{dH}{dt_1}$,इसलिए $q_1 = \frac{2KA(T_1-T_2)}{L_f \ell}$ है,जहाँ $L_f$ गलन की गुप्त ऊष्मा है।
दूसरे मामले में,छड़ों को श्रेणी क्रम में जोड़ा जाता है। समतुल्य ऊष्मीय प्रतिरोध $R_{eq} = \frac{\ell}{KA} + \frac{\ell}{KA} = \frac{2\ell}{KA}$ है।
ऊष्मा प्रवाह की दर $\frac{dH}{dt_2} = \frac{T_1-T_2}{R_{eq}} = \frac{KA(T_1-T_2)}{2\ell}$ है।
अतः,$q_2 = \frac{KA(T_1-T_2)}{2 L_f \ell}$ है।
अनुपात $q_2/q_1 = \frac{KA(T_1-T_2) / (2 L_f \ell)}{2KA(T_1-T_2) / (L_f \ell)} = \frac{1/2}{2} = \frac{1}{4}$ है।
62
AdvancedMCQ
$B$ और $C$ के बीच तापमान का अंतर ज्ञात कीजिए। (सभी छड़ें समान हैं)
Question diagram
A
$\frac{600}{13} \ ^\circ C$
B
$\frac{500}{7} \ ^\circ C$
C
$\frac{400}{13} \ ^\circ C$
D
$\frac{700}{6} \ ^\circ C$

Solution

(B) मान लीजिए कि प्रत्येक छड़ का ऊष्मीय प्रतिरोध $R$ है।
$A$ और $D$ के बीच कुल तापमान का अंतर $\Delta T = 100^\circ C - 0^\circ C = 100^\circ C$ है।
समरूपता के कारण,बिंदु $B$ और $H$ समान विभव (तापमान) पर हैं,और बिंदु $C$ और $E$ समान विभव पर हैं। इसी प्रकार,$G$ और $F$ समान विभव पर हैं।
ऊष्मीय प्रतिरोधों के परिपथ को सरल बनाकर,हम समानांतर शाखाओं को जोड़ सकते हैं। $A$ और $D$ के बीच समतुल्य ऊष्मीय प्रतिरोध $\frac{7R}{6}$ के रूप में गणना की जाती है।
हालाँकि,$A$ से $D$ तक के सरल परिपथ पथ को देखते हुए,कुल प्रतिरोध $\frac{7R}{6}$ है। $BC$ खंड पर तापमान में गिरावट की गणना समतुल्य परिपथ में पोटेंशियल डिवाइडर नियम का उपयोग करके की जा सकती है।
$BC$ के बीच तापमान का अंतर $\Delta T_{BC} = \left( \frac{R_{BC}}{R_{total}} \right) \times \Delta T_{AD}$ द्वारा दिया जाता है।
दिए गए समतुल्य परिपथ के अनुसार,$B$ और $C$ के बीच का प्रतिरोध $\frac{5R}{6}$ है और कुल प्रतिरोध $\frac{7R}{6}$ है।
इसलिए,$\Delta T_{BC} = \left( \frac{5R/6}{7R/6} \right) \times 100^\circ C = \frac{5}{7} \times 100^\circ C = \frac{500}{7} \ ^\circ C$.
Solution diagram
63
AdvancedMCQ
$12$ समान आयामों वाली छड़ों से बने एक घन के लिए $A$ और $B$ के बीच प्रभावी ऊष्मीय प्रतिरोध ज्ञात कीजिए,जिसमें चित्र में दर्शाई गई ऊष्मीय चालकताएँ दी गई हैं। [ $l =$ छड़ की लंबाई,$a =$ छड़ का अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल ]
Question diagram
A
$\frac{l}{ka}$
B
$\frac{2l}{ka}$
C
$\frac{4l}{7ka}$
D
$\frac{l}{2ka}$

Solution

(D) मान लीजिए कि $K$ चालकता वाली छड़ का ऊष्मीय प्रतिरोध $R = \frac{l}{Ka}$ है।
तब,$2K$ चालकता वाली छड़ का प्रतिरोध $R' = \frac{l}{(2K)a} = \frac{R}{2}$ होगा।
तुल्य परिपथ आरेख से,ऊपरी शाखा श्रेणीक्रम में तीन भागों से बनी है:
$1$. $2K$ चालकता वाली दो छड़ें समांतर क्रम में: $R_1 = \frac{(R/2)(R/2)}{(R/2) + (R/2)} = \frac{R}{4}$.
$2$. $K$ चालकता वाली दो छड़ें समांतर क्रम में: $R_2 = \frac{R \cdot R}{R + R} = \frac{R}{2}$.
$3$. $2K$ चालकता वाली दो छड़ें समांतर क्रम में: $R_3 = \frac{(R/2)(R/2)}{(R/2) + (R/2)} = \frac{R}{4}$.
ऊपरी शाखा का कुल प्रतिरोध $R_{upper} = R_1 + R_2 + R_3 = \frac{R}{4} + \frac{R}{2} + \frac{R}{4} = R$ है।
निचली शाखा $K$ चालकता वाली एक छड़ है,इसलिए $R_{lower} = R$.
$A$ और $B$ के बीच प्रभावी प्रतिरोध $R_{eq}$ ऊपरी और निचली शाखाओं का समांतर संयोजन है:
$R_{eq} = \frac{R_{upper} \cdot R_{lower}}{R_{upper} + R_{lower}} = \frac{R \cdot R}{R + R} = \frac{R}{2}$.
$R = \frac{l}{Ka}$ रखने पर,हमें $R_{eq} = \frac{1}{2} \left( \frac{l}{Ka} \right) = \frac{l}{2Ka}$ प्राप्त होता है।
Solution diagram
64
MediumMCQ
एक संयुक्त छड़ में,जब $l_1$ और $l_2$ लंबाई की और समान अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल वाली दो छड़ों को एक-दूसरे से जोड़ा जाता है,तो यदि $K$ प्रभावी ऊष्मीय चालकता गुणांक है,तो $(l_1 + l_2)/K$ का मान क्या होगा?
A
$\frac{l_1}{K_1} + \frac{l_2}{K_2}$
B
$\frac{l_1}{K_2} + \frac{l_2}{K_1}$
C
$\frac{l_1}{K_1} - \frac{l_2}{K_2}$
D
$\frac{l_1}{K_2} - \frac{l_2}{K_1}$

Solution

(A) श्रेणीक्रम में जुड़ी एक संयुक्त छड़ के लिए,कुल ऊष्मीय प्रतिरोध $R_{eq}$ व्यक्तिगत ऊष्मीय प्रतिरोधों का योग होता है।
ऊष्मीय प्रतिरोध $R$ का सूत्र $R = \frac{l}{KA}$ है,जहाँ $l$ लंबाई है,$K$ ऊष्मीय चालकता है और $A$ अनुप्रस्थ काट का क्षेत्रफल है।
श्रेणीक्रम में जुड़ी दो छड़ों के लिए: $R_{eq} = R_1 + R_2$।
व्यंजक रखने पर: $\frac{l_1 + l_2}{KA} = \frac{l_1}{K_1A} + \frac{l_2}{K_2A}$।
चूंकि दोनों छड़ों के लिए अनुप्रस्थ काट का क्षेत्रफल $A$ समान है,इसलिए यह दोनों पक्षों से कट जाएगा।
अतः,$\frac{l_1 + l_2}{K} = \frac{l_1}{K_1} + \frac{l_2}{K_2}$।
65
MediumMCQ
समान अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल वाली और एक ही धातु से बनी चार छड़ें एक वर्ग की भुजाएँ बनाती हैं। स्थिर अवस्था में दो विकर्णतः विपरीत बिंदुओं के तापमान क्रमशः $\theta$ और $\sqrt{2}\theta$ हैं। यह मानते हुए कि केवल ऊष्मा चालन होता है,अन्य दो बिंदुओं के बीच तापमान का अंतर क्या होगा?
A
$(\sqrt{2}-1)\theta$
B
$\frac{\sqrt{2}+1}{2}\theta$
C
$\frac{\sqrt{2}-1}{\sqrt{2}}\theta$
D
$0$

Solution

(D) मान लीजिए कि वर्ग $ABCD$ है जिसके शीर्ष $A, B, C, D$ क्रम में हैं। $A$ और $C$ पर तापमान $T_A = \sqrt{2}\theta$ और $T_C = \theta$ हैं। मान लीजिए $B$ और $D$ पर तापमान $T_B$ और $T_D$ हैं।
चूंकि छड़ें समान हैं,प्रत्येक छड़ का ऊष्मीय प्रतिरोध $R$ समान है। ऊष्मा प्रवाह स्थिर है।
बिंदु $B$ पर,ऊष्मा धारा के लिए किरचॉफ के नियम के अनुसार: $\frac{T_A - T_B}{R} + \frac{T_C - T_B}{R} = 0$,जिसका अर्थ है $T_B = \frac{T_A + T_C}{2} = \frac{\sqrt{2}\theta + \theta}{2}$.
इसी प्रकार,बिंदु $D$ पर: $\frac{T_A - T_D}{R} + \frac{T_C - T_D}{R} = 0$,जिसका अर्थ है $T_D = \frac{T_A + T_C}{2} = \frac{\sqrt{2}\theta + \theta}{2}$.
चूंकि $T_B = T_D$,अन्य दो बिंदुओं $B$ और $D$ के बीच तापमान का अंतर $T_B - T_D = 0$ होगा।
66
MediumMCQ
चित्र में समान पदार्थ और अनुप्रस्थ काट के तीन चालक छड़ें दिखाई गई हैं। $A$, $D$ और $C$ पर तापमान क्रमशः $20 ^oC$, $90 ^oC$ और $0 ^oC$ बनाए रखा गया है। यदि $AB$ में ऊष्मा का प्रवाह नहीं है, तो $BD$ और $BC$ की लंबाई का अनुपात ज्ञात कीजिए।
Question diagram
A
$\frac{2}{7}$
B
$3.5$
C
$4.5$
D
$\frac{2}{9}$

Solution

(B) मान लीजिए जंक्शन $B$ पर तापमान $T_B$ है। चूंकि छड़ें समान पदार्थ और अनुप्रस्थ काट की हैं, इसलिए उनका ऊष्मीय प्रतिरोध $R$ उनकी लंबाई $L$ के समानुपाती होता है $(R = \frac{L}{kA})$।
यह दिया गया है कि $AB$ में ऊष्मा का प्रवाह नहीं है, इसलिए $B$ पर तापमान $A$ पर तापमान के बराबर होना चाहिए। अतः, $T_B = T_A = 20 ^oC$।
चूंकि $AB$ में ऊष्मा का प्रवाह नहीं है, इसलिए $D$ से $B$ तक प्रवाहित होने वाली सभी ऊष्मा को $B$ से $C$ तक प्रवाहित होना चाहिए।
अतः, ऊष्मा प्रवाह की दर $H_{DB} = H_{BC}$ है।
सूत्र $H = \frac{\Delta T}{R}$ का उपयोग करते हुए, $\frac{T_D - T_B}{R_{BD}} = \frac{T_B - T_C}{R_{BC}}$ प्राप्त होता है।
मान रखने पर: $\frac{90 - 20}{R_{BD}} = \frac{20 - 0}{R_{BC}}$।
$\frac{70}{R_{BD}} = \frac{20}{R_{BC}} \implies \frac{R_{BD}}{R_{BC}} = \frac{70}{20} = 3.5$।
चूंकि $R \propto L$, इसलिए लंबाई का अनुपात $\frac{L_{BD}}{L_{BC}} = \frac{R_{BD}}{R_{BC}} = 3.5$ है।
67
DifficultMCQ
एक दीवार $1\ cm$ और $4\ cm$ मोटाई की दो परतों से बनी है,जिनकी ऊष्मीय चालकता क्रमशः $K$ और $3K$ है। यदि दीवार के लिए तापमान का अंतर $50\ ^oC$ है,तो पतली परत के लिए तापमान का अंतर क्या होगा?
A
$\frac{120}{7}\ ^oC$
B
$\frac{150}{7}\ ^oC$
C
$\frac{180}{7}\ ^oC$
D
कोई नहीं

Solution

(B) परत का ऊष्मीय प्रतिरोध $R$,$R = \frac{L}{KA}$ द्वारा दिया जाता है,जहाँ $L$ मोटाई है,$K$ ऊष्मीय चालकता है और $A$ क्षेत्रफल है।
पहली परत (पतली परत) के लिए: $R_1 = \frac{1}{K \cdot A}$.
दूसरी परत के लिए: $R_2 = \frac{4}{3K \cdot A}$.
चूंकि परतें श्रेणीक्रम में हैं,इसलिए ऊष्मा प्रवाह $H$ दोनों परतों से समान रहेगा। परत के आर-पार तापमान का अंतर $\Delta T = H \cdot R$ द्वारा दिया जाता है।
अतः,तापमान के अंतर का अनुपात $\frac{\Delta T_1}{\Delta T_2} = \frac{R_1}{R_2} = \frac{1/K}{4/3K} = \frac{3}{4}$ होगा।
दिया गया है कि $\Delta T_1 + \Delta T_2 = 50\ ^oC$.
समीकरण में $\Delta T_2 = \frac{4}{3} \Delta T_1$ रखने पर: $\Delta T_1 + \frac{4}{3} \Delta T_1 = 50$.
$\frac{7}{3} \Delta T_1 = 50 \implies \Delta T_1 = \frac{150}{7}\ ^oC$.
68
DifficultMCQ
$A$ और $2A$ अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल और समान लंबाई वाली दो छड़ें,जिनकी ऊष्मीय चालकता $2K$ और $3K$ है,को समानांतर जोड़ा जाता है। उनके संयोजन की समतुल्य ऊष्मीय चालकता क्या होगी?
A
$\frac{5K}{3}$
B
$\frac{8K}{3}$
C
$\frac{11K}{3}$
D
$\frac{13K}{3}$

Solution

(B) समानांतर में जुड़ी दो छड़ों के लिए,समतुल्य ऊष्मीय चालकता $K_{eq}$ का सूत्र है:
$K_{eq} = \frac{K_1 A_1 + K_2 A_2}{A_1 + A_2}$
दिया गया है:
$A_1 = A, A_2 = 2A$
$K_1 = 2K, K_2 = 3K$
इन मानों को सूत्र में रखने पर:
$K_{eq} = \frac{(2K)(A) + (3K)(2A)}{A + 2A}$
$K_{eq} = \frac{2KA + 6KA}{3A}$
$K_{eq} = \frac{8KA}{3A}$
$K_{eq} = \frac{8K}{3}$
69
DifficultMCQ
छह समान छड़ों को चित्र में दिखाए अनुसार व्यवस्थित किया गया है। जंक्शन $B$ का तापमान ......... $^oC$ होगा।
Question diagram
A
$\frac{240}{3}$
B
$240$
C
$140$
D
$\frac{140}{3}$

Solution

(C) मान लीजिए कि प्रत्येक छड़ का ऊष्मीय प्रतिरोध $R$ है। इस प्रणाली में $R$ प्रतिरोध वाली एक छड़ $AB$ है,जिसके बाद $B$ और $C$ के बीच दो शाखाएं समानांतर में जुड़ी हैं,जिनमें से प्रत्येक का प्रतिरोध $2R$ है। इस समानांतर भाग का समतुल्य प्रतिरोध $R_{BC} = \frac{2R \times 2R}{2R + 2R} = R$ है। अंत में,$R$ प्रतिरोध वाली एक छड़ $CD$ है।
इस प्रकार,कुल परिपथ को तीन प्रतिरोधों के श्रेणी संयोजन के रूप में सरल किया जा सकता है: $R_{AB} = R$,$R_{BC} = R$,और $R_{CD} = R$। कुल प्रतिरोध $3R$ है।
प्रणाली से प्रवाहित होने वाली ऊष्मा धारा $H = \frac{T_A - T_D}{3R} = \frac{200 - 20}{3R} = \frac{180}{3R} = \frac{60}{R}$ है।
अब,जंक्शन $B$ के लिए,$AB$ से प्रवाहित होने वाली ऊष्मा धारा शेष परिपथ ($BC$ और $CD$) से प्रवाहित होने वाली ऊष्मा धारा के बराबर होनी चाहिए:
$H = \frac{T_A - T_B}{R} = \frac{60}{R}$
$200 - T_B = 60$
$T_B = 200 - 60 = 140^{\circ}C$।
Solution diagram
70
MediumMCQ
$2 \ m$ लंबी तांबे की छड़ के अनुप्रस्थ काट की त्रिज्या $1 \ cm$ है। एक सिरा $100^{\circ}C$ पर और दूसरा $0^{\circ}C$ पर रखा गया है। सतह से ऊष्मा की हानि को रोकने के लिए सतह को कुचालक पदार्थ से ढका गया है। छड़ का ऊष्मीय प्रतिरोध (Kelvin per Watt में) क्या होगा ($.9$ में)? (तांबे की ऊष्मीय चालकता $K = 401 \ W/m-K$ लें):-
A
$12$
B
$13$
C
$14$
D
$15$

Solution

(D) छड़ का ऊष्मीय प्रतिरोध $R$ निम्नलिखित सूत्र द्वारा दिया जाता है:
$R = \frac{l}{KA}$
जहाँ $l$ छड़ की लंबाई है,$K$ ऊष्मीय चालकता है,और $A$ अनुप्रस्थ काट का क्षेत्रफल है।
दिया गया है:
लंबाई $l = 2 \ m$
त्रिज्या $r = 1 \ cm = 10^{-2} \ m$
ऊष्मीय चालकता $K = 401 \ W/m-K$
अनुप्रस्थ काट का क्षेत्रफल $A = \pi r^2 = 3.14 \times (10^{-2})^2 = 3.14 \times 10^{-4} \ m^2$
सूत्र में मान रखने पर:
$R = \frac{2}{401 \times 3.14 \times 10^{-4}}$
$R = \frac{2}{0.125914} \approx 15.88 \ K/W$
एक दशमलव स्थान तक पूर्णांकित करने पर,हमें $R \approx 15.9 \ K/W$ प्राप्त होता है।
71
DifficultMCQ
$K, 2K$ और $4K$ ऊष्मीय चालकता,$A, 2A$ और $2A$ अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल और $2l, l$ और $l$ लंबाई वाली तीन छड़ें $A, B$ और $C$ चित्र में दिखाए अनुसार जुड़ी हुई हैं। यदि छड़ों के सिरों को क्रमशः $100^{\circ}C, 50^{\circ}C$ और $0^{\circ}C$ तापमान पर रखा जाता है,तो जंक्शन का तापमान $\theta$ ......... $^{\circ}C$ है।
Question diagram
A
$\frac{300}{7}$
B
$20$
C
$\frac{200}{7}$
D
$\frac{200}{13}$

Solution

(B) मान लीजिए $R_A, R_B$ और $R_C$ छड़ों $A, B$ और $C$ के ऊष्मीय प्रतिरोध हैं। ऊष्मीय प्रतिरोध का सूत्र $R = \frac{l}{KA}$ है।
$R_A = \frac{2l}{KA}$
$R_B = \frac{l}{(2K)(2A)} = \frac{l}{4KA}$
$R_C = \frac{l}{(4K)(2A)} = \frac{l}{8KA}$
मान लीजिए जंक्शन का तापमान $\theta$ है। जंक्शन की ओर बहने वाली ऊष्मीय धाराओं का योग शून्य होना चाहिए (ऊष्मा प्रवाह के लिए किरचॉफ का जंक्शन नियम):
$\frac{100 - \theta}{R_A} + \frac{50 - \theta}{R_B} + \frac{0 - \theta}{R_C} = 0$
प्रतिरोधों के मान रखने पर:
$\frac{100 - \theta}{2l/KA} + \frac{50 - \theta}{l/4KA} + \frac{0 - \theta}{l/8KA} = 0$
$\frac{KA}{l} \left[ \frac{100 - \theta}{2} + 4(50 - \theta) - 8\theta \right] = 0$
$50 - 0.5\theta + 200 - 4\theta - 8\theta = 0$
$250 = 12.5\theta$
$\theta = \frac{250}{12.5} = 20^{\circ}C$
72
MediumMCQ
चित्र में दिखाए अनुसार $A$ अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल और $l$ लंबाई वाले छह तारों को जोड़ा गया है। तांबे और लोहे की ऊष्मीय चालकता क्रमशः $K_1$ और $K_2$ है। बिंदुओं $A$ और $C$ के बीच तुल्य ऊष्मीय प्रतिरोध क्या है?
Question diagram
A
$\frac{l(K_1+K_2)}{K_1K_2A}$
B
$\frac{2l(K_1+K_2)}{K_1K_2A}$
C
$\frac{l}{(K_1+K_2)A}$
D
$\frac{2l}{(K_1+K_2)A}$

Solution

(D) मान लीजिए कि तांबे और लोहे के तारों का ऊष्मीय प्रतिरोध क्रमशः $R_1$ और $R_2$ है। तब,
$R_1 = \frac{l}{K_1 A}$ और $R_2 = \frac{l}{K_2 A}$।
चित्र से,यह व्यवस्था एक व्हीटस्टोन ब्रिज नेटवर्क है। भुजाएँ $AB$ और $BC$ तांबे की हैं (प्रत्येक का प्रतिरोध $R_1$),और $AD$ और $DC$ लोहे की हैं (प्रत्येक का प्रतिरोध $R_2$)। केंद्रीय भुजा $BD$ में दो तार (एक लोहा और एक तांबा) समानांतर में हैं,लेकिन ब्रिज की समरूपता के कारण,$B$ और $D$ पर तापमान समान रहता है। अतः,केंद्रीय भुजा $BD$ से कोई ऊष्मा प्रवाहित नहीं होती है और इसे हटाया जा सकता है।
परिपथ दो समानांतर शाखाओं में सरल हो जाता है: एक शाखा में श्रेणीक्रम में दो तांबे के तार $(R_1 + R_1 = 2R_1)$ और दूसरी शाखा में श्रेणीक्रम में दो लोहे के तार $(R_2 + R_2 = 2R_2)$।
$A$ और $C$ के बीच तुल्य ऊष्मीय प्रतिरोध $R_{eq}$ इस प्रकार है:
$R_{eq} = \frac{(2R_1)(2R_2)}{2R_1 + 2R_2} = \frac{4R_1 R_2}{2(R_1 + R_2)} = \frac{2R_1 R_2}{R_1 + R_2}$।
$R_1$ और $R_2$ के मान रखने पर:
$R_{eq} = \frac{2 \left( \frac{l}{K_1 A} \right) \left( \frac{l}{K_2 A} \right)}{\frac{l}{K_1 A} + \frac{l}{K_2 A}} = \frac{2 \frac{l^2}{K_1 K_2 A^2}}{\frac{l(K_1 + K_2)}{K_1 K_2 A}} = \frac{2l}{A(K_1 + K_2)}$।
Solution diagram
73
DifficultMCQ
एक इंसुलेटेड कंटेनर में $0\,^{\circ}\text{C}$ पर बर्फ भरी है,और दूसरे कंटेनर में $100\,^{\circ}\text{C}$ पर लगातार उबलता पानी भरा है। प्रयोगों की एक श्रृंखला में,कंटेनरों को विभिन्न मोटे धातु की छड़ों द्वारा जोड़ा जाता है जो कंटेनर की दीवारों से होकर गुजरती हैं,जैसा कि चित्र में दिखाया गया है।
प्रयोग $I$ में: तांबे की छड़ का उपयोग किया जाता है और सारी बर्फ $20$ मिनट में पिघल जाती है।
प्रयोग $II$ में: समान आयामों वाली स्टील की छड़ का उपयोग किया जाता है और सारी बर्फ $80$ मिनट में पिघल जाती है।
प्रयोग $III$ में: दोनों छड़ों का उपयोग श्रेणीक्रम में किया जाता है और सारी बर्फ $t_{10}$ मिनट में पिघल जाती है।
प्रयोग $IV$ में: दोनों छड़ों का उपयोग समानांतर क्रम में किया जाता है और सारी बर्फ $t_{20}$ मिनट में पिघल जाती है।
Question diagram
A
$t_{10}$ का मान $100$ मिनट है
B
$t_{10}$ का मान $50$ मिनट है
C
$t_{20}$ का मान $32$ मिनट है
D
$t_{20}$ का मान $8$ मिनट है

Solution

(A) माना बर्फ को पिघलाने के लिए आवश्यक ऊष्मा $Q$ है। ऊष्मा प्रवाह की दर $P = \frac{Q}{t}$ द्वारा दी जाती है।
प्रयोग $I$ के लिए: $P_1 = \frac{Q}{t_1} = \frac{Q}{20}$.
प्रयोग $II$ के लिए: $P_2 = \frac{Q}{t_2} = \frac{Q}{80}$.
प्रयोग $III$ (श्रेणीक्रम) के लिए: समतुल्य ऊष्मीय प्रतिरोध $R_{eq} = R_1 + R_2$ होता है। चूँकि $P = \frac{\Delta T}{R}$,इसलिए $\frac{1}{P_{eq}} = \frac{1}{P_1} + \frac{1}{P_2}$ होगा।
$\frac{t_{10}}{Q} = \frac{t_1}{Q} + \frac{t_2}{Q} \Rightarrow t_{10} = t_1 + t_2 = 20 + 80 = 100 \text{ मिनट}$.
प्रयोग $IV$ (समानांतर क्रम) के लिए: समतुल्य ऊष्मीय प्रतिरोध $\frac{1}{R_{eq}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2}$ होता है,जिसका अर्थ है $P_{eq} = P_1 + P_2$.
$\frac{Q}{t_{20}} = \frac{Q}{t_1} + \frac{Q}{t_2} \Rightarrow \frac{1}{t_{20}} = \frac{1}{20} + \frac{1}{80} = \frac{4+1}{80} = \frac{5}{80} = \frac{1}{16}$.
अतः,$t_{20} = 16 \text{ मिनट}$.
विकल्पों के साथ तुलना करने पर,सही कथन यह है कि $t_{10} = 100 \text{ मिनट}$।
74
DifficultMCQ
तीन छड़ें $A, B,$ और $C$ जिनकी ऊष्मीय चालकताएँ क्रमशः $K, 2K$ और $4K$,अनुप्रस्थ काट का क्षेत्रफल $A, 2A$ और $2A$ तथा लंबाइयाँ $2l, l$ और $l$ हैं,चित्र में दिखाए अनुसार जुड़ी हुई हैं। यदि छड़ों के सिरों को क्रमशः $100\,^oC$,$50\,^oC$,और $0\,^oC$ के तापमान पर रखा जाता है,तो जंक्शन का तापमान $\theta$ क्या होगा?
Question diagram
A
$\frac{300}{7}\,^oC$
B
$\frac{300}{13}\,^oC$
C
$\frac{200}{7}\,^oC$
D
$\frac{200}{13}\,^oC$

Solution

(D) छड़ का ऊष्मीय प्रतिरोध $R$ सूत्र $R = \frac{l}{KA}$ द्वारा दिया जाता है।
छड़ $A$ के लिए: $R_A = \frac{2l}{K \cdot A} = \frac{2l}{KA}$.
छड़ $B$ के लिए: $R_B = \frac{l}{(2K) \cdot (2A)} = \frac{l}{4KA}$.
छड़ $C$ के लिए: $R_C = \frac{l}{(4K) \cdot (2A)} = \frac{l}{8KA}$.
माना जंक्शन का तापमान $\theta$ है। ऊर्जा संरक्षण के सिद्धांत (ऊष्मा प्रवाह के लिए किरचॉफ का जंक्शन नियम) के अनुसार,जंक्शन पर ऊष्मा धाराओं का योग शून्य होना चाहिए: $\frac{100 - \theta}{R_A} + \frac{50 - \theta}{R_B} + \frac{0 - \theta}{R_C} = 0$.
प्रतिरोधों के मान रखने पर:
$\frac{100 - \theta}{2l/KA} + \frac{50 - \theta}{l/4KA} + \frac{0 - \theta}{l/8KA} = 0$.
$\frac{l}{KA}$ से गुणा करने पर:
$\frac{100 - \theta}{2} + 4(50 - \theta) + 8(0 - \theta) = 0$.
$50 - 0.5\theta + 200 - 4\theta - 8\theta = 0$.
$250 = 12.5\theta$.
$\theta = \frac{250}{12.5} = 20\,^oC$.
75
MediumMCQ
तीन समान छड़ों को एक जंक्शन पर जोड़कर एक $Y$-आकार की संरचना बनाई गई है। यदि दो मुक्त सिरों को $90\,^{\circ}C$ पर और तीसरे सिरे को $30\,^{\circ}C$ पर रखा जाता है,तो जंक्शन का तापमान $\theta$ ($^{\circ}C$ में) क्या होगा?
Question diagram
A
$40$
B
$50$
C
$60$
D
$70$

Solution

(D) प्रत्येक छड़ का ऊष्मीय प्रतिरोध $R = \frac{L}{KA}$ द्वारा दिया जाता है। चूंकि छड़ें समान हैं,इसलिए तीनों छड़ों के लिए ऊष्मीय प्रतिरोध $R$ समान है।
जंक्शन पर ऊष्मा धारा के लिए किरचॉफ के नियम का उपयोग करते हुए,जंक्शन में प्रवेश करने वाली ऊष्मा धाराओं का योग शून्य होना चाहिए:
$i_1 + i_2 + i_3 = 0$
यहाँ,$i_1$ $30\,^{\circ}C$ वाले सिरे से आने वाली ऊष्मा धारा है,और $i_2, i_3$ $90\,^{\circ}C$ वाले दो सिरों से आने वाली ऊष्मा धाराएँ हैं।
$\frac{30 - \theta}{R} + \frac{90 - \theta}{R} + \frac{90 - \theta}{R} = 0$
$R$ से गुणा करने पर:
$(30 - \theta) + (90 - \theta) + (90 - \theta) = 0$
$30 + 90 + 90 - 3\theta = 0$
$210 = 3\theta$
$\theta = 70\,^{\circ}C$
Solution diagram
76
EasyMCQ
चित्र में एक दीवार बनाने के लिए पदार्थों $1, 2$ और $3$ की तीन अलग-अलग व्यवस्थाएँ दिखाई गई हैं। ऊष्मीय चालकता $k_1 > k_2 > k_3$ है। दीवार का बायाँ सिरा दाएँ सिरे से $20\,^{\circ}\text{C}$ अधिक गर्म है। तीनों स्थितियों में पदार्थ $1$ के सिरों पर तापमान का अंतर $\Delta T$ निम्नलिखित संबंध रखता है:
Question diagram
A
$\Delta T_a > \Delta T_b > \Delta T_c$
B
$\Delta T_a = \Delta T_b = \Delta T_c$
C
$\Delta T_a = \Delta T_b > \Delta T_c$
D
$\Delta T_a = \Delta T_b < \Delta T_c$

Solution

(B) तीनों स्थितियों में,पदार्थ समान दो तापमानों के बीच श्रेणीक्रम में व्यवस्थित हैं।
चूँकि कुल ऊष्मीय प्रतिरोध $R_{eq} = R_1 + R_2 + R_3$ तीनों व्यवस्थाओं के लिए समान है (क्योंकि श्रेणीक्रम में प्रतिरोधों का योग क्रम पर निर्भर नहीं करता है),इसलिए कुल ऊष्मा प्रवाह $H = \frac{\Delta T_{total}}{R_{eq}}$ भी तीनों स्थितियों के लिए समान है।
किसी भी व्यक्तिगत पदार्थ परत के लिए,ऊष्मा प्रवाह $H = \frac{\Delta T_{layer}}{R_{layer}}$ द्वारा दिया जाता है।
चूँकि $H$ स्थिर है और तीनों स्थितियों में पदार्थ $1$ का प्रतिरोध $R_1$ स्थिर है,इसलिए पदार्थ $1$ के सिरों पर तापमान का अंतर $\Delta T_1 = H \times R_1$ है।
अतः,$\Delta T_a = \Delta T_b = \Delta T_c$।
77
DifficultMCQ
छह समान चालक छड़ों को चित्रानुसार जोड़ा गया है। सिरों $A$ और $D$ को क्रमशः $200\,^{\circ}C$ और $20\,^{\circ}C$ पर बनाए रखा गया है। परिवेश में कोई ऊष्मा नष्ट नहीं होती है। जंक्शन $C$ का तापमान ........ $^{\circ}C$ होगा।
Question diagram
A
$60$
B
$80$
C
$100$
D
$120$

Solution

(B) मान लीजिए कि प्रत्येक छड़ का ऊष्मीय प्रतिरोध $R$ है। परिपथ को ऊष्मीय प्रतिरोधों के श्रेणी-समांतर संयोजन के रूप में विश्लेषित किया जा सकता है।
$1$. $B$ और $C$ के बीच का भाग दो समांतर शाखाओं से बना है,जिनमें से प्रत्येक में दो छड़ें श्रेणीक्रम में हैं। प्रत्येक शाखा का प्रतिरोध $R + R = 2R$ है। $B$ और $C$ के बीच समांतर संयोजन का तुल्य प्रतिरोध $R_{BC} = (2R \times 2R) / (2R + 2R) = R$ है।
$2$. परिपथ का कुल ऊष्मीय प्रतिरोध $R_{total} = R_{AB} + R_{BC} + R_{CD} = R + R + R = 3R$ है।
$3$. कुल तापमान अंतर $\Delta T = 200^{\circ}C - 20^{\circ}C = 180^{\circ}C$ है।
$4$. परिपथ से प्रवाहित होने वाली ऊष्मा धारा $H = \Delta T / R_{total} = 180 / 3R = 60/R$ है।
$5$. $AB$ के सिरों पर तापमान में गिरावट $\Delta T_{AB} = H \times R = (60/R) \times R = 60^{\circ}C$ है। अतः,$T_B = 200^{\circ}C - 60^{\circ}C = 140^{\circ}C$ है।
$6$. $BC$ के सिरों पर तापमान में गिरावट $\Delta T_{BC} = H \times R_{BC} = (60/R) \times R = 60^{\circ}C$ है। अतः,$T_C = T_B - 60^{\circ}C = 140^{\circ}C - 60^{\circ}C = 80^{\circ}C$ है।
Solution diagram
78
MediumMCQ
समान पदार्थ की दो छड़ों की लंबाई और क्षेत्रफल समान है। जब उन्हें श्रेणीक्रम में जोड़ा जाता है तो $12 \, \text{minutes}$ के लिए उनमें से $\Delta Q$ ऊष्मा प्रवाहित होती है। यदि अब दोनों छड़ों को समांतर क्रम में जोड़ा जाए,तो उतनी ही ऊष्मा $\Delta Q$ प्रवाहित होने में ........ $\text{minutes}$ का समय लगेगा।
A
$24$
B
$3$
C
$12$
D
$6$

Solution

(B) ऊष्मा प्रवाह को $\Delta Q = \frac{\Delta T}{R_{eq}} t$ द्वारा दर्शाया जाता है,जहाँ $R_{eq}$ तुल्य ऊष्मीय प्रतिरोध है।
$R$ प्रतिरोध वाली दो समान छड़ों के लिए,जब उन्हें श्रेणीक्रम में जोड़ा जाता है,तो तुल्य प्रतिरोध $R_{s} = R + R = 2R$ होता है।
जब उन्हें समांतर क्रम में जोड़ा जाता है,तो तुल्य प्रतिरोध $R_{p} = \frac{R \times R}{R + R} = \frac{R}{2}$ होता है।
यह दिया गया है कि दोनों स्थितियों में ऊष्मा $\Delta Q$ समान है और तापांतर $\Delta T$ स्थिर है:
$\Delta Q = \frac{\Delta T}{2R} \times 12 = \frac{\Delta T}{R/2} \times t$
समीकरण को सरल करने पर:
$\frac{12}{2R} = \frac{t}{R/2}$
$\frac{6}{R} = \frac{2t}{R}$
$2t = 6$
$t = 3 \, \text{minutes}$.
79
MediumMCQ
दिखाए गए चित्र के लिए,यदि ईंटें समान ऊष्मीय चालकता $K$ वाले पदार्थ से बनी हैं,तो समतुल्य ऊष्मीय प्रतिरोध की गणना करें।
Question diagram
A
$\frac{l}{{KA}}$
B
$\frac{3l}{{KA}}$
C
$\frac{l}{{3KA}}$
D
$\frac{6l}{{KA}}$

Solution

(B) किसी पदार्थ का ऊष्मीय प्रतिरोध $R = \frac{l}{KA}$ द्वारा दिया जाता है,जहाँ $l$ लंबाई है,$A$ क्षेत्रफल है और $K$ ऊष्मीय चालकता है।
$1$. पहले खंड (बाएं) के लिए: यहाँ तीन समानांतर ईंटें हैं,जिनमें से प्रत्येक की लंबाई $l$ और क्षेत्रफल $A/3$ है। प्रत्येक ईंट का प्रतिरोध $R_1 = \frac{l}{K(A/3)} = \frac{3l}{KA}$ है। चूँकि वे समानांतर में हैं,समतुल्य प्रतिरोध $R_{eq1}$ का मान $\frac{1}{R_{eq1}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_1} = \frac{3}{R_1} = \frac{3}{3l/KA} = \frac{KA}{l}$ होगा। अतः,$R_{eq1} = \frac{l}{KA}$.
$2$. मध्य खंड के लिए: यहाँ $l$ लंबाई और $A$ क्षेत्रफल वाली एक ही ईंट है। इसका प्रतिरोध $R_{eq2} = \frac{l}{KA}$ है।
$3$. तीसरे खंड (दाएं) के लिए: यहाँ दो समानांतर ईंटें हैं,जिनमें से प्रत्येक की लंबाई $l$ और क्षेत्रफल $A/2$ है। प्रत्येक ईंट का प्रतिरोध $R_3 = \frac{l}{K(A/2)} = \frac{2l}{KA}$ है। चूँकि वे समानांतर में हैं,समतुल्य प्रतिरोध $R_{eq3}$ का मान $\frac{1}{R_{eq3}} = \frac{1}{R_3} + \frac{1}{R_3} = \frac{2}{R_3} = \frac{2}{2l/KA} = \frac{KA}{l}$ होगा। अतः,$R_{eq3} = \frac{l}{KA}$.
$4$. चूँकि ये तीनों खंड श्रेणीक्रम में हैं,कुल समतुल्य ऊष्मीय प्रतिरोध $R_{total} = R_{eq1} + R_{eq2} + R_{eq3} = \frac{l}{KA} + \frac{l}{KA} + \frac{l}{KA} = \frac{3l}{KA}$ होगा।
Solution diagram
80
MediumMCQ
दिखाए गए चित्र के लिए,जब चाप $ACD$ और $ADB$ एक ही सामग्री से बने होते हैं,तो $A$ और $B$ के बीच प्रवाहित कुल ऊष्मा धारा $H$ है। यदि $ADB$ को किसी अन्य सामग्री से बदल दिया जाए,तो कुल ऊष्मा धारा $2H$ हो जाती है। यदि $A$ और $B$ पर तापमान $T_1$ और $T_2$ पर स्थिर हैं,तो चाप $ADB$ की नई ऊष्मीय चालकता और पुरानी ऊष्मीय चालकता का अनुपात क्या है?
Question diagram
A
$\frac{7}{3}$
B
$2$
C
$\frac{5}{2}$
D
$3$

Solution

(A) मान लीजिए चाप $ADB$ का ऊष्मीय प्रतिरोध $R_1$ है और चाप $ACD$ का ऊष्मीय प्रतिरोध $R_2$ है। केंद्र पर $ADB$ द्वारा अंतरित कोण $90^\circ$ (या $\pi/2$ रेडियन) है,और $ACD$ द्वारा अंतरित कोण $270^\circ$ (या $3\pi/2$ रेडियन) है।
चूंकि चाप की लंबाई $L = r\theta$ होती है,इसलिए $ADB$ की लंबाई $L_1 = r(\pi/2)$ है और $ACD$ की लंबाई $L_2 = r(3\pi/2) = 3L_1$ है।
ऊष्मीय प्रतिरोध $R = \frac{L}{KA}$ होता है। समान अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल $A$ और समान प्रारंभिक चालकता $K$ मानते हुए:
$R_1 = \frac{L_1}{KA}$ और $R_2 = \frac{3L_1}{KA} = 3R_1$.
चाप $A$ और $B$ के बीच समानांतर में हैं,इसलिए कुल ऊष्मा धारा $H = \frac{\Delta T}{R_{eq}} = \Delta T \left(\frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2}\right) = \Delta T \left(\frac{1}{R_1} + \frac{1}{3R_1}\right) = \frac{4\Delta T}{3R_1}$.
जब $ADB$ को $K'$ चालकता वाली सामग्री से बदल दिया जाता है,तो नया प्रतिरोध $R_1' = \frac{L_1}{K'A} = R_1 \frac{K}{K'}$ होता है।
नई ऊष्मा धारा $2H = \Delta T \left(\frac{1}{R_1'} + \frac{1}{R_2}\right) = \Delta T \left(\frac{K'}{R_1 K} + \frac{1}{3R_1}\right)$.
$H = \frac{4\Delta T}{3R_1}$ रखने पर,हमें मिलता है $2 \left(\frac{4\Delta T}{3R_1}\right) = \Delta T \left(\frac{K'}{R_1 K} + \frac{1}{3R_1}\right)$.
$\frac{8}{3R_1} = \frac{3K' + K}{3KR_1} \implies 8K = 3K' + K \implies 3K' = 7K \implies \frac{K'}{K} = \frac{7}{3}$.
81
DifficultMCQ
$2L$ लंबाई की एक समान छड़ $AB$ के दो सिरों के बीच $120\,^oC$ का तापमान अंतर बनाए रखा जाता है। $AB$ के समान अनुप्रस्थ काट और $\frac{3L}{2}$ लंबाई वाली एक अन्य मुड़ी हुई छड़ $PQ$ को चित्र में दिखाए अनुसार $AB$ के आर-पार जोड़ा जाता है। स्थिर अवस्था में,$P$ और $Q$ के बीच तापमान का अंतर लगभग .......... $^oC$ होगा।
Question diagram
A
$45$
B
$75$
C
$60$
D
$35$

Solution

(A) मान लीजिए $L$ लंबाई की छड़ का ऊष्मीय प्रतिरोध $R_0$ है। खंड $AP$ (लंबाई $L/2$) का प्रतिरोध $R_0/2$,खंड $PQ$ (लंबाई $L$) का प्रतिरोध $R_0$,और खंड $QB$ (लंबाई $L/2$) का प्रतिरोध $R_0/2$ है। मुड़ी हुई छड़ $PQ$ की कुल लंबाई $3L/2$ है (दो ऊर्ध्वाधर खंड $L/4$ और एक क्षैतिज खंड $L$)। इसका प्रतिरोध $R_{bent} = R_0/4 + R_0 + R_0/4 = 1.5R_0$ है। मुख्य छड़ के खंड $PQ$ का प्रतिरोध $R_0$ है। ये दोनों समानांतर में हैं,इसलिए उनका समतुल्य प्रतिरोध $R_p = \frac{R_0 \times 1.5R_0}{R_0 + 1.5R_0} = \frac{1.5}{2.5}R_0 = 0.6R_0$ है। परिपथ का कुल प्रतिरोध $R_{eq} = R_{AP} + R_p + R_{QB} = 0.5R_0 + 0.6R_0 + 0.5R_0 = 1.6R_0$ है। $PQ$ के बीच तापमान में गिरावट $\Delta T_{PQ} = \Delta T_{total} \times \frac{R_p}{R_{eq}} = 120 \times \frac{0.6R_0}{1.6R_0} = 120 \times \frac{6}{16} = 120 \times 0.375 = 45\,^oC$ है।
Solution diagram
82
MediumMCQ
$R$ त्रिज्या वाले एक बेलन को $R$ आंतरिक त्रिज्या और $2R$ बाहरी त्रिज्या वाले एक बेलनाकार खोल से घेरा गया है। आंतरिक बेलन के पदार्थ की ऊष्मीय चालकता $K_1$ है और बाहरी बेलन की $K_2$ है। यह मानते हुए कि ऊष्मा का कोई ह्रास नहीं होता है,बेलन की लंबाई के अनुदिश प्रवाहित ऊष्मा के लिए निकाय की प्रभावी ऊष्मीय चालकता क्या होगी?
A
$\frac{K_1 + K_2}{2}$
B
$K_1 + K_2$
C
$\frac{2K_1 + 3K_2}{5}$
D
$\frac{K_1 + 3K_2}{4}$

Solution

(D) जब ऊष्मा बेलनों की लंबाई के अनुदिश प्रवाहित होती है,तो दोनों बेलन ऊष्मा के समानांतर चालकों के रूप में कार्य करते हैं।
समानांतर संयोजन के लिए,समतुल्य ऊष्मीय चालकता व्यक्तिगत ऊष्मीय चालकताओं के योग के बराबर होती है।
ऊष्मीय चालकता $C = \frac{KA}{L}$ द्वारा दी जाती है,जहाँ $K$ ऊष्मीय चालकता है,$A$ अनुप्रस्थ काट का क्षेत्रफल है,और $L$ लंबाई है।
आंतरिक बेलन के लिए,क्षेत्रफल $A_1 = \pi R^2$ है।
बाहरी बेलनाकार खोल के लिए,क्षेत्रफल $A_2 = \pi (2R)^2 - \pi R^2 = 3\pi R^2$ है।
निकाय का कुल क्षेत्रफल $A = A_1 + A_2 = 4\pi R^2$ है।
कुल चालकता को व्यक्तिगत चालकताओं के योग के बराबर रखने पर:
$\frac{K_{eff} A}{L} = \frac{K_1 A_1}{L} + \frac{K_2 A_2}{L}$
$K_{eff} (4\pi R^2) = K_1 (\pi R^2) + K_2 (3\pi R^2)$
$4 K_{eff} = K_1 + 3 K_2$
$K_{eff} = \frac{K_1 + 3 K_2}{4}$
83
MediumMCQ
एक संयुक्त छड़ में,अलग-अलग लंबाई और समान अनुप्रस्थ काट के क्षेत्रफल वाली दो छड़ों को सिरे से सिरा जोड़कर रखा गया है। यदि $K$ संयुक्त छड़ का समतुल्य ऊष्मीय चालकता गुणांक है,तो $\left( \frac{\ell_1 + \ell_2}{K} \right)$ किसके बराबर है?
A
$\frac{\ell_1}{K_1} - \frac{\ell_2}{K_2}$
B
$\frac{\ell_1}{K_2} - \frac{\ell_2}{K_1}$
C
$\frac{\ell_1}{K_1} + \frac{\ell_2}{K_2}$
D
$\frac{\ell_1}{K_2} + \frac{\ell_2}{K_1}$

Solution

(C) श्रेणीक्रम में जुड़ी छड़ों के लिए,समतुल्य ऊष्मीय प्रतिरोध $R_{eq}$ व्यक्तिगत ऊष्मीय प्रतिरोधों का योग होता है: $R_{eq} = R_1 + R_2$.
ऊष्मीय प्रतिरोध का सूत्र $R = \frac{\ell}{KA}$ है,जहाँ $\ell$ लंबाई है,$K$ ऊष्मीय चालकता है,और $A$ अनुप्रस्थ काट का क्षेत्रफल है।
इसे श्रेणीक्रम के समीकरण में रखने पर:
$\frac{\ell_1 + \ell_2}{K A} = \frac{\ell_1}{K_1 A} + \frac{\ell_2}{K_2 A}$
चूंकि दोनों छड़ों के लिए अनुप्रस्थ काट का क्षेत्रफल $A$ समान है,इसलिए हम दोनों पक्षों से $A$ को हटा सकते हैं:
$\frac{\ell_1 + \ell_2}{K} = \frac{\ell_1}{K_1} + \frac{\ell_2}{K_2}$
Solution diagram
84
MediumMCQ
चित्र में दिखाए अनुसार $R_1$ और $R_2$ ऊष्मीय प्रतिरोध वाली दो कुचालक शीटों पर विचार करें। जंक्शन पर तापमान $\theta$ क्या है?
Question diagram
A
$\frac{{\theta _1}{\theta _2}{R_1}{R_2}}{{({R_1} + {R_2})({\theta _1} + {\theta _2})}}$
B
$\frac{{\theta _1}{R_1} + {\theta _2}{R_2}}{{{R_1} + {R_2}}}$
C
$\frac{{({\theta _1} + {\theta _2})\left( {{R_1}{R_2}} \right)}}{{R_1^2 + R_2^2}}$
D
$\frac{{\theta _1}{R_2} + {\theta _2}{R_1}}{{{R_1} + {R_2}}}$

Solution

(D) स्थायी अवस्था में,श्रेणीक्रम में जुड़ी दो शीटों से ऊष्मा प्रवाह की दर समान होनी चाहिए।
मान लीजिए $H$ ऊष्मा प्रवाह की दर है।
$H = \frac{\Delta T_1}{R_1} = \frac{\Delta T_2}{R_2}$
तापमान मानों को प्रतिस्थापित करने पर:
$\frac{\theta_1 - \theta}{R_1} = \frac{\theta - \theta_2}{R_2}$
$\theta$ के लिए हल करने हेतु तिरछा गुणा करने पर:
$(\theta_1 - \theta)R_2 = (\theta - \theta_2)R_1$
$\theta_1 R_2 - \theta R_2 = \theta R_1 - \theta_2 R_1$
$\theta_1 R_2 + \theta_2 R_1 = \theta (R_1 + R_2)$
अतः,जंक्शन का तापमान है:
$\theta = \frac{\theta_1 R_2 + \theta_2 R_1}{R_1 + R_2}$
85
DifficultMCQ
एक दीवार में दो परतें $A$ और $B$ हैं,जो अलग-अलग पदार्थों से बनी हैं। दोनों परतों की मोटाई समान है। $A$ की ऊष्मीय चालकता $B$ की तुलना में दोगुनी है और स्थिर अवस्था में,दीवार के आर-पार तापमान का अंतर $36\,^{\circ}C$ है। परत $A$ के आर-पार तापमान का अंतर ....... $^{\circ}C$ है।
A
$6$
B
$12$
C
$24$
D
$18$

Solution

(B) दिया गया है कि ऊष्मीय चालकता $K_A = 2 K_B$ है।
चूंकि दोनों परतों की मोटाई $d$ और अनुप्रस्थ काट का क्षेत्रफल $A$ समान है,इसलिए ऊष्मीय प्रतिरोध $R = \frac{d}{KA}$ होता है।
अतः,$R_A = \frac{d}{K_A A} = \frac{d}{2 K_B A} = \frac{R_B}{2}$ प्राप्त होता है।
मान लीजिए $R_A = R$,तो $R_B = 2R$ होगा।
स्थिर अवस्था में,श्रेणीक्रम में जुड़ी दोनों परतों से ऊष्मा धारा $H$ समान रहती है।
कुल तापमान का अंतर $\Delta T = 36\,^{\circ}C$ है।
$H = \frac{\Delta T}{R_{total}} = \frac{36}{R_A + R_B} = \frac{36}{R + 2R} = \frac{36}{3R} = \frac{12}{R}$।
परत $A$ के आर-पार तापमान का अंतर $\Delta T_A = H \times R_A = \frac{12}{R} \times R = 12\,^{\circ}C$ होगा।
Solution diagram
86
DifficultMCQ
समान लंबाई और पदार्थ की दो छड़ें जब सिरे से सिरा जोड़कर (श्रेणी में) रखी जाती हैं,तो वे $12 \, s$ में एक निश्चित मात्रा में ऊष्मा स्थानांतरित करती हैं। लेकिन जब उन्हें लंबाई के अनुदिश (समांतर) जोड़ा जाता है,तो वे समान परिस्थितियों में उतनी ही ऊष्मा .......... $s$ में स्थानांतरित करेंगी।
A
$24$
B
$3$
C
$1.5$
D
$48$

Solution

(B) माना प्रत्येक छड़ की लंबाई $l$,अनुप्रस्थ काट का क्षेत्रफल $A$ और ऊष्मीय चालकता $K$ है। स्थानांतरित ऊष्मा $Q$ है और तापांतर $\Delta \theta$ है।
स्थिति $1$: जब सिरे से सिरा जोड़कर (श्रेणी में) रखा जाता है,तो कुल लंबाई $2l$ और क्षेत्रफल $A$ होता है। तुल्य ऊष्मीय प्रतिरोध $R_{eq} = R_1 + R_2 = \frac{l}{KA} + \frac{l}{KA} = \frac{2l}{KA}$ है।
ऊष्मा प्रवाह $Q = \frac{\Delta \theta}{R_{eq}} \times t_1 = \frac{\Delta \theta \cdot KA}{2l} \times 12 = \frac{6 KA \Delta \theta}{l} \dots (i)$.
स्थिति $2$: जब लंबाई के अनुदिश (समांतर) जोड़ा जाता है,तो लंबाई $l$ और कुल क्षेत्रफल $2A$ होता है। तुल्य ऊष्मीय प्रतिरोध $\frac{1}{R_{eq}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} = \frac{KA}{l} + \frac{KA}{l} = \frac{2KA}{l}$,इसलिए $R_{eq} = \frac{l}{2KA}$ है।
ऊष्मा प्रवाह $Q = \frac{\Delta \theta}{R_{eq}} \times t_2 = \frac{\Delta \theta \cdot 2KA}{l} \times t_2 \dots (ii)$.
$(i)$ और $(ii)$ की तुलना करने पर:
$\frac{6 KA \Delta \theta}{l} = \frac{2 KA \Delta \theta}{l} \times t_2$
$6 = 2 t_2 \implies t_2 = 3 \, s$.
87
DifficultMCQ
चित्र में दिखाए अनुसार $A$ अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल और $l$ लंबाई वाले पाँच तारों को जोड़ा गया है। तांबे और स्टील की ऊष्मीय चालकता क्रमशः $k_1$ और $k_2$ है। $A$ और $C$ के बीच तुल्य ऊष्मीय प्रतिरोध क्या होगा?
Question diagram
A
$\frac{l}{(k_1 + k_2)A}$
B
$\frac{2l}{(k_1 + k_2)A}$
C
$\frac{l(k_1 + k_2)}{k_1 k_2 A}$
D
$\frac{l k_1 k_2}{k_1^2 + k_2^2}$

Solution

(B) दिया गया परिपथ एक व्हीटस्टोन ब्रिज है। चूंकि ब्रिज संतुलित है,इसलिए बीच वाले तार से कोई ऊष्मा प्रवाहित नहीं होती है।
परिपथ दो समानांतर शाखाओं में सरल हो जाता है:
$1$. ऊपरी शाखा में $l$ लंबाई के दो तांबे के तार श्रेणीक्रम में हैं। कुल प्रतिरोध $R_1 = \frac{l}{k_1 A} + \frac{l}{k_1 A} = \frac{2l}{k_1 A}$ है।
$2$. निचली शाखा में $l$ लंबाई के दो स्टील के तार श्रेणीक्रम में हैं। कुल प्रतिरोध $R_2 = \frac{l}{k_2 A} + \frac{l}{k_2 A} = \frac{2l}{k_2 A}$ है।
चूंकि ये दोनों शाखाएं समानांतर में हैं,इसलिए तुल्य ऊष्मीय प्रतिरोध $R_{eq}$ इस प्रकार होगा:
$\frac{1}{R_{eq}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} = \frac{k_1 A}{2l} + \frac{k_2 A}{2l} = \frac{(k_1 + k_2)A}{2l}$.
अतः,$R_{eq} = \frac{2l}{(k_1 + k_2)A}$.
Solution diagram
88
DifficultMCQ
$K_1$ और $K_2$ ऊष्मीय चालकता गुणांक तथा $A_1$ और $A_2$ अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल वाली समान मोटाई की दो प्लेटें चित्रानुसार जुड़ी हुई हैं। प्रभावी ऊष्मीय चालकता गुणांक $K_{eq}$ ज्ञात कीजिए।
Question diagram
A
$K_1A_1 + K_2A_2$
B
$\frac{K_1A_1 + K_2A_2}{A_1 + A_2}$
C
$\frac{K_1A_2 + K_2A_1}{A_1 + A_2}$
D
$\frac{K_1A_1}{K_2A_2}$

Solution

(B) दोनों प्लेटें समानांतर क्रम में जुड़ी हुई हैं,इसलिए ऊष्मीय प्रतिरोध $R_1$ और $R_2$ समानांतर में हैं।
समानांतर संयोजन के लिए,तुल्य ऊष्मीय प्रतिरोध $R_{eq}$ इस प्रकार दिया जाता है:
$\frac{1}{R_{eq}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2}$
हम जानते हैं कि ऊष्मीय प्रतिरोध $R = \frac{\ell}{KA}$,जहाँ $\ell$ मोटाई है।
मान रखने पर:
$\frac{K_{eq}(A_1 + A_2)}{\ell} = \frac{K_1 A_1}{\ell} + \frac{K_2 A_2}{\ell}$
चूंकि दोनों प्लेटों के लिए मोटाई $\ell$ समान है,इसलिए यह कट जाएगी:
$K_{eq}(A_1 + A_2) = K_1 A_1 + K_2 A_2$
$K_{eq} = \frac{K_1 A_1 + K_2 A_2}{A_1 + A_2}$
Solution diagram
89
MediumMCQ
एक संयुक्त छड़ में,जब अलग-अलग लंबाई और समान क्षेत्रफल वाली दो छड़ों को सिरे से सिरे तक जोड़ा जाता है,तो यदि $K$ प्रभावी ऊष्मीय चालकता गुणांक है,तो $\frac{{\ell _1} + {\ell _2}}{K}$ किसके बराबर है?
A
$\frac{{\ell _1}}{{{K_1}}} - \frac{{\ell _2}}{{{K_2}}}$
B
$\frac{{\ell _1}}{{{K_2}}} - \frac{{\ell _2}}{{{K_1}}}$
C
$\frac{{\ell _1}}{{{K_1}}} + \frac{{\ell _2}}{{{K_2}}}$
D
$\frac{{\ell _1}}{{{K_2}}} + \frac{{\ell _2}}{{{K_1}}}$

Solution

(C) श्रेणीक्रम में जुड़ी छड़ों के लिए,तुल्य ऊष्मीय प्रतिरोध $R_{eq}$ व्यक्तिगत ऊष्मीय प्रतिरोधों का योग होता है: $R_{eq} = R_1 + R_2$.
छड़ का ऊष्मीय प्रतिरोध $R = \frac{\ell}{KA}$ द्वारा दिया जाता है,जहाँ $\ell$ लंबाई है,$K$ ऊष्मीय चालकता है और $A$ अनुप्रस्थ काट का क्षेत्रफल है।
इसे श्रेणी संयोजन के सूत्र में प्रतिस्थापित करने पर:
$\frac{\ell_1 + \ell_2}{KA} = \frac{\ell_1}{K_1 A} + \frac{\ell_2}{K_2 A}$
चूंकि दोनों छड़ों के लिए अनुप्रस्थ काट का क्षेत्रफल $A$ समान है,इसलिए हम दोनों पक्षों से $A$ को हटा सकते हैं:
$\frac{\ell_1 + \ell_2}{K} = \frac{\ell_1}{K_1} + \frac{\ell_2}{K_2}$
Solution diagram
90
DifficultMCQ
समान अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल वाली दो छड़ों का उपयोग करके $100\,^{\circ}C$ और $0\,^{\circ}C$ तापमान वाले दो जलाशयों को चित्रानुसार जोड़ा गया है। जंक्शन का तापमान $70\,^{\circ}C$ है। यदि अब छड़ों को आपस में बदल दिया जाए,तो जंक्शन का तापमान ......... $^{\circ}C$ होगा।
Question diagram
A
$70$
B
$30$
C
$50$
D
$40$

Solution

(B) माना $R_1$ और $R_2$ दो छड़ों के ऊष्मीय प्रतिरोध हैं। श्रेणीक्रम में जुड़ी छड़ों से ऊष्मा प्रवाह की दर इस प्रकार है:
$\frac{100 - 0}{R_1 + R_2} = \frac{100 - 70}{R_1} = \frac{70 - 0}{R_2}$
इससे हमें प्राप्त होता है:
$\frac{100}{R_1 + R_2} = \frac{30}{R_1} = \frac{70}{R_2}$
$\frac{30}{R_1} = \frac{70}{R_2}$ से,हमें $R_2 = \frac{7}{3} R_1$ प्राप्त होता है।
इस मान को $\frac{100}{R_1 + R_2} = \frac{30}{R_1}$ में रखने पर:
$\frac{100}{R_1 + \frac{7}{3}R_1} = \frac{30}{R_1} \Rightarrow \frac{100}{\frac{10}{3}R_1} = \frac{30}{R_1} \Rightarrow 30 = 30$ (संगत)।
जब छड़ों को आपस में बदल दिया जाता है,तो नया जंक्शन तापमान $T$ इस प्रकार होगा:
$\frac{100 - T}{R_2} = \frac{T - 0}{R_1}$
$\frac{100 - T}{R_2} = \frac{T}{R_1} \Rightarrow \frac{100 - T}{T} = \frac{R_2}{R_1} = \frac{7}{3}$
$3(100 - T) = 7T \Rightarrow 300 - 3T = 7T \Rightarrow 10T = 300 \Rightarrow T = 30\,^{\circ}C$.
91
MediumMCQ
धातु की दो समान वर्गाकार छड़ों को चित्र $(a)$ में दिखाए अनुसार सिरे से सिरा जोड़कर वेल्ड किया गया है। मान लीजिए कि $2 \, min$ में $10 \, cal$ ऊष्मा छड़ों से होकर प्रवाहित होती है। अब छड़ों को चित्र $(b)$ में दिखाए अनुसार वेल्ड किया गया है। अब $10 \, cal$ ऊष्मा को छड़ों से होकर प्रवाहित होने में लगने वाला समय ........ $\min$ है।
Question diagram
A
$0.75$
B
$0.5$
C
$1.5$
D
$1$

Solution

(B) मान लीजिए कि प्रत्येक छड़ का ऊष्मीय प्रतिरोध $R$ है।
चित्र $(a)$ में,छड़ें श्रेणीक्रम में हैं,इसलिए समतुल्य ऊष्मीय प्रतिरोध $R_{eq1} = R + R = 2R$ है।
ऊष्मा प्रवाह की दर $\frac{Q_1}{t_1} = \frac{\Delta T}{R_{eq1}} = \frac{100 - 0}{2R} = \frac{50}{R}$ है।
दिया गया है $Q_1 = 10 \, cal$ और $t_1 = 2 \, min$,तो हमारे पास $\frac{10}{2} = \frac{50}{R}$ है,जिससे $R = 10 \, K/cal \cdot min$ प्राप्त होता है।
चित्र $(b)$ में,छड़ें समानांतर क्रम में हैं,इसलिए समतुल्य ऊष्मीय प्रतिरोध $R_{eq2} = \frac{R \cdot R}{R + R} = \frac{R}{2}$ है।
ऊष्मा प्रवाह की दर $\frac{Q_2}{t_2} = \frac{\Delta T}{R_{eq2}} = \frac{100 - 0}{R/2} = \frac{200}{R}$ है।
समान मात्रा में ऊष्मा $Q_2 = 10 \, cal$ के लिए,हमारे पास $\frac{10}{t_2} = \frac{200}{R}$ है।
$R = 10$ प्रतिस्थापित करने पर,हमें $\frac{10}{t_2} = \frac{200}{10} = 20$ प्राप्त होता है।
अतः,$t_2 = \frac{10}{20} = 0.5 \, min$।
Solution diagram
92
DifficultMCQ
समान लंबाई और पदार्थ की दो छड़ें जब समानांतर जोड़ी जाती हैं तो $12 \, s$ में एक निश्चित मात्रा में ऊष्मा का स्थानांतरण करती हैं। लेकिन जब उन्हें श्रेणीक्रम में जोड़ा जाता है,तो वे समान परिस्थितियों में उतनी ही ऊष्मा का स्थानांतरण कितने समय $(s)$ में करेंगी?
A
$24$
B
$3$
C
$1.5$
D
$48$

Solution

(D) माना प्रत्येक छड़ की लंबाई $l$,अनुप्रस्थ काट का क्षेत्रफल $A$ और ऊष्मीय चालकता $k$ है। ऊष्मा प्रवाह की दर $H = \frac{kA \Delta T}{l}$ द्वारा दी जाती है।
स्थिति $1$: जब समानांतर जोड़ा जाता है,तो प्रभावी क्षेत्रफल $2A$ और प्रभावी लंबाई $l$ होती है। ऊष्मा प्रवाह की दर $H_p = \frac{k(2A) \Delta T}{l} = \frac{2kA \Delta T}{l}$ है।
दिया गया है $H_p = \frac{Q}{12}$,अतः $\frac{Q}{12} = \frac{2kA \Delta T}{l} \implies Q = \frac{24kA \Delta T}{l}$।
स्थिति $2$: जब श्रेणीक्रम में जोड़ा जाता है,तो प्रभावी लंबाई $2l$ और प्रभावी क्षेत्रफल $A$ होता है। ऊष्मा प्रवाह की दर $H_s = \frac{kA \Delta T}{2l}$ है।
दिया गया है $H_s = \frac{Q}{t}$,अतः $\frac{Q}{t} = \frac{kA \Delta T}{2l} \implies t = \frac{Q \cdot 2l}{kA \Delta T}$।
स्थिति $1$ से $Q$ का मान स्थिति $2$ में रखने पर:
$t = \frac{(24kA \Delta T / l) \cdot 2l}{kA \Delta T} = 24 \times 2 = 48 \, s$।
93
MediumMCQ
कथन: संपर्क में समान मोटाई की दो प्लेटों की समतुल्य ऊष्मीय चालकता,ऊष्मीय चालकता के छोटे मान से कम होती है।
कारण: संपर्क में समान मोटाई की दो प्लेटों के लिए समतुल्य ऊष्मीय चालकता $\frac{2}{K} = \frac{1}{K_1} + \frac{1}{K_2}$ द्वारा दी जाती है।
A
यदि कथन और कारण दोनों सही हैं और कारण कथन की सही व्याख्या है।
B
यदि कथन और कारण दोनों सही हैं लेकिन कारण कथन की सही व्याख्या नहीं है।
C
यदि कथन सही है लेकिन कारण गलत है।
D
यदि कथन और कारण दोनों गलत हैं।

Solution

(C) समान मोटाई $d$ और ऊष्मीय चालकता $K_1$ तथा $K_2$ वाली दो प्लेटें श्रेणी क्रम में जुड़ी हों,तो कुल ऊष्मीय प्रतिरोध $R_{eq} = R_1 + R_2$ होता है।
चूंकि $R = \frac{d}{KA}$,इसलिए $\frac{2d}{K_{eq}A} = \frac{d}{K_1A} + \frac{d}{K_2A}$ प्राप्त होता है।
इसे सरल करने पर,$\frac{2}{K_{eq}} = \frac{1}{K_1} + \frac{1}{K_2}$ मिलता है,जिसका अर्थ है $K_{eq} = \frac{2K_1K_2}{K_1 + K_2}$।
यह $K_1$ और $K_2$ का हरात्मक माध्य (harmonic mean) है। दो संख्याओं का हरात्मक माध्य हमेशा बड़ी संख्या से छोटा और छोटी संख्या से बड़ा होता है,अर्थात $K_{min} < K_{eq} < K_{max}$।
उदाहरण के लिए,यदि $K_1 = 10$ और $K_2 = 2$ है,तो $K_{eq} = \frac{2(10)(2)}{10+2} = \frac{40}{12} \approx 3.33$।
यहाँ $3.33 > 2$ (छोटा मान)। अतः,कथन गलत है।
94
Medium
एक लोहे की छड़ $(L_{1}=0.1 \; m, A_{1}=0.02 \; m^{2}, K_{1}=79 \; W m^{-1} K^{-1})$ और एक पीतल की छड़ $(L_{2}=0.1 \; m, A_{2}=0.02 \; m^{2}, K_{2}=109 \; W m^{-1} K^{-1})$ को चित्र में दिखाए अनुसार सिरे से सिरा जोड़कर रखा गया है। लोहे की छड़ और पीतल की छड़ के मुक्त सिरों को क्रमशः $373 \; K$ और $273 \; K$ पर बनाए रखा गया है। इनके लिए व्यंजक प्राप्त करें और गणना करें:
$(i)$ दोनों छड़ों के जंक्शन का तापमान,
$(ii)$ संयुक्त छड़ की समतुल्य ऊष्मीय चालकता,और
$(iii)$ संयुक्त छड़ से होकर गुजरने वाली ऊष्मा धारा।
Question diagram

Solution

(N/A) दिया गया है: $L_{1}=L_{2}=L=0.1 \; m$,$A_{1}=A_{2}=A=0.02 \; m^{2}$,$K_{1}=79 \; W m^{-1} K^{-1}$,$K_{2}=109 \; W m^{-1} K^{-1}$,$T_{1}=373 \; K$,$T_{2}=273 \; K$.
स्थायी अवस्था में,लोहे की छड़ से गुजरने वाली ऊष्मा धारा $(H_{1})$ पीतल की छड़ से गुजरने वाली ऊष्मा धारा $(H_{2})$ के बराबर होती है।
$H = H_{1} = H_{2} = \frac{K_{1} A (T_{1}-T_{0})}{L} = \frac{K_{2} A (T_{0}-T_{2})}{L}$
$(i)$ जंक्शन तापमान $T_{0}$:
$K_{1}(T_{1}-T_{0}) = K_{2}(T_{0}-T_{2})$
$T_{0} = \frac{K_{1} T_{1} + K_{2} T_{2}}{K_{1} + K_{2}} = \frac{(79 \times 373) + (109 \times 273)}{79 + 109} = \frac{29467 + 29757}{188} = \frac{59224}{188} \approx 315 \; K$.
$(ii)$ समतुल्य ऊष्मीय चालकता $K'$:
श्रेणी संयोजन के लिए,$\frac{2L}{K'} = \frac{L}{K_{1}} + \frac{L}{K_{2}} \implies \frac{2}{K'} = \frac{1}{K_{1}} + \frac{1}{K_{2}} = \frac{K_{1}+K_{2}}{K_{1} K_{2}}$
$K' = \frac{2 K_{1} K_{2}}{K_{1}+K_{2}} = \frac{2 \times 79 \times 109}{79 + 109} = \frac{17222}{188} \approx 91.6 \; W m^{-1} K^{-1}$.
$(iii)$ ऊष्मा धारा $H$:
$H = \frac{K' A (T_{1}-T_{2})}{2L} = \frac{91.6 \times 0.02 \times (373 - 273)}{2 \times 0.1} = \frac{91.6 \times 0.02 \times 100}{0.2} = \frac{183.2}{0.2} = 916 \; W$.
95
Medium
लोग कंक्रीट से बनी छतों पर रेत या फोम की इंसुलेशन परत देना क्यों पसंद करते हैं?

Solution

(N/A) कंक्रीट की ऊष्मीय चालकता,धातुओं की तुलना में बहुत कम होने के बावजूद,प्रभावी ऊष्मीय इंसुलेशन प्रदान करने के लिए पर्याप्त कम नहीं है। रेत या फोम की एक परत जोड़ने से,जो ऊष्मा के कुचालक (इंसुलेटर) होते हैं,छत का कुल ऊष्मीय प्रतिरोध बढ़ जाता है। यह बाहरी वातावरण से कमरे में होने वाले ऊष्मा स्थानांतरण की दर को काफी कम कर देता है,जिससे गर्म मौसम में कमरा ठंडा रहता है।
96
MediumMCQ
क्रमशः $K_{1}$ और $K_{2}$ ऊष्मीय चालकता वाले दो समान धातु के तार श्रेणीक्रम में जुड़े हुए हैं। संयोजन की प्रभावी ऊष्मीय चालकता क्या है?
A
$\frac{2 K_{1} K_{2}}{K_{1}+ K_{2}}$
B
$\frac{K_{1}+ K_{2}}{2 K_{1} K_{2}}$
C
$\frac{K_{1}+ K_{2}}{K_{1} K_{2}}$
D
$\frac{K_{1} K_{2}}{K_{1}+ K_{2}}$

Solution

(A) श्रेणीक्रम में जुड़े दो तारों के लिए,ऊष्मीय प्रतिरोध $R$ को $R = \frac{l}{KA}$ द्वारा दिया जाता है,जहाँ $l$ लंबाई है,$K$ ऊष्मीय चालकता है,और $A$ अनुप्रस्थ काट का क्षेत्रफल है।
चूंकि तार समान हैं,इसलिए उनकी लंबाई $l$ और अनुप्रस्थ काट का क्षेत्रफल $A$ समान है।
श्रेणी संयोजन का कुल ऊष्मीय प्रतिरोध $R_{eff}$ व्यक्तिगत प्रतिरोधों का योग है:
$R_{eff} = R_{1} + R_{2} = \frac{l}{K_{1}A} + \frac{l}{K_{2}A}$
$2l$ लंबाई और $K_{eq}$ ऊष्मीय चालकता वाले समतुल्य तार के लिए,प्रतिरोध है:
$R_{eff} = \frac{2l}{K_{eq}A}$
$R_{eff}$ के लिए दोनों व्यंजकों की तुलना करने पर:
$\frac{2l}{K_{eq}A} = \frac{l}{K_{1}A} + \frac{l}{K_{2}A}$
$\frac{2}{K_{eq}} = \frac{1}{K_{1}} + \frac{1}{K_{2}} = \frac{K_{1} + K_{2}}{K_{1}K_{2}}$
$K_{eq} = \frac{2K_{1}K_{2}}{K_{1} + K_{2}}$
Solution diagram
97
MediumMCQ
दो इंसुलेटिंग शीट के जंक्शन पर तापमान $\theta$ ज्ञात कीजिए,जिनका थर्मल प्रतिरोध $R_{1}$ और $R_{2}$ है तथा ऊपरी और निचला तापमान क्रमशः $\theta_{2}$ और $\theta_{1}$ है (जैसा कि चित्र में दिखाया गया है)।
Question diagram
A
$\frac{\theta_{1} R_{1}+\theta_{2} R_{2}}{R_{1}+R_{2}}$
B
$\frac{\theta_{1} R_{2}-\theta_{2} R_{1}}{R_{2}-R_{1}}$
C
$\frac{\theta_{1} R_{2}+\theta_{2} R_{1}}{R_{1}+R_{2}}$
D
$\frac{\theta_{2} R_{1}+\theta_{1} R_{2}}{R_{1}+R_{2}}$

Solution

(C) चूंकि दोनों इंसुलेटिंग शीट श्रेणीक्रम में हैं,इसलिए स्थिर अवस्था में दोनों शीट से ऊष्मा प्रवाह की दर $(H)$ समान होनी चाहिए।
ऊष्मा प्रवाह की दर $H = \frac{\Delta \theta}{R}$ द्वारा दी जाती है।
पहली शीट (निचली) के लिए,ऊष्मा प्रवाह $H = \frac{\theta - \theta_{1}}{R_{1}}$ है।
दूसरी शीट (ऊपरी) के लिए,ऊष्मा प्रवाह $H = \frac{\theta_{2} - \theta}{R_{2}}$ है।
दोनों दरों को बराबर करने पर:
$\frac{\theta - \theta_{1}}{R_{1}} = \frac{\theta_{2} - \theta}{R_{2}}$
$R_{2}(\theta - \theta_{1}) = R_{1}(\theta_{2} - \theta)$
$R_{2}\theta - R_{2}\theta_{1} = R_{1}\theta_{2} - R_{1}\theta$
$R_{2}\theta + R_{1}\theta = R_{1}\theta_{2} + R_{2}\theta_{1}$
$\theta(R_{1} + R_{2}) = R_{1}\theta_{2} + R_{2}\theta_{1}$
$\theta = \frac{R_{1}\theta_{2} + R_{2}\theta_{1}}{R_{1} + R_{2}}$
अतः,सही विकल्प $C$ है।
Solution diagram
98
DifficultMCQ
$10.0 \; K/W$ ऊष्मीय प्रतिरोध वाली एक छड़ $CD$ को चित्र में दिखाए अनुसार एक समान छड़ $AB$ के मध्य में जोड़ा गया है। सिरों $A$,$B$ और $D$ को क्रमशः $200^{\circ}C$,$100^{\circ}C$ और $125^{\circ}C$ पर बनाए रखा गया है। $CD$ में ऊष्मा धारा $P$ वाट है। $P$ का मान ... है।
Question diagram
A
$2$
B
$3$
C
$1$
D
$4$

Solution

(A) चूंकि छड़ें समान हैं,इसलिए प्रत्येक छड़ का ऊष्मीय प्रतिरोध $R_{AB} = R_{CD} = 10 \; K/W$ है।
$C$,$AB$ का मध्य बिंदु है,इसलिए प्रत्येक आधे भाग का ऊष्मीय प्रतिरोध $R_{AC} = R_{CB} = 5 \; K/W$ है।
मान लीजिए जंक्शन $C$ पर तापमान $T$ है।
ऊष्मा धारा के लिए जंक्शन नियम लागू करने पर (प्रवेश करने वाली ऊष्मा धारा का योग = बाहर निकलने वाली ऊष्मा धारा का योग):
$\frac{200 - T}{5} = \frac{T - 125}{10} + \frac{T - 100}{5}$
पूरे समीकरण को $10$ से गुणा करने पर:
$2(200 - T) = (T - 125) + 2(T - 100)$
$400 - 2T = T - 125 + 2T - 200$
$400 - 2T = 3T - 325$
$5T = 725$
$T = 145^{\circ}C$
छड़ $CD$ में ऊष्मा धारा $P$ इस प्रकार है:
$P = \frac{T - 125}{R_{CD}} = \frac{145 - 125}{10} = \frac{20}{10} = 2 \; W$.
अतः,$P$ का मान $2$ है।
Solution diagram
99
DifficultMCQ
दी गई आकृति के अनुसार,$K$ और $2K$ ऊष्मीय चालकता वाली दो प्लेटों $A$ और $B$ को जोड़कर एक संयुक्त प्लेट बनाई गई है। प्लेटों की मोटाई क्रमशः $4.0 \,cm$ और $2.5 \,cm$ है और प्रत्येक प्लेट का अनुप्रस्थ काट का क्षेत्रफल $120 \,cm^{2}$ है। यदि संयुक्त प्लेट की समतुल्य ऊष्मीय चालकता $\left(1+\frac{5}{\alpha}\right) K$ है,तो $\alpha$ का मान . . . . . . होगा।
Question diagram
A
$20$
B
$21$
C
$23$
D
$22$

Solution

(B) ऊष्मा प्रवाह की दर $\frac{\Delta Q}{\Delta t} = \left(\frac{1}{R}\right) \Delta T$ द्वारा दी जाती है,जहाँ $R$ ऊष्मीय प्रतिरोध है।
$L$ मोटाई,$K$ ऊष्मीय चालकता और $A$ क्षेत्रफल वाली प्लेट के लिए,ऊष्मीय प्रतिरोध $R = \frac{L}{KA}$ होता है।
प्लेट $A$ के लिए: $R_{1} = \frac{L_{1}}{K_{1}A} = \frac{4.0}{K(120)}$.
प्लेट $B$ के लिए: $R_{2} = \frac{L_{2}}{K_{2}A} = \frac{2.5}{(2K)(120)}$.
चूंकि प्लेटें श्रेणीक्रम में हैं,इसलिए समतुल्य ऊष्मीय प्रतिरोध $R_{\text{eq}} = R_{1} + R_{2}$ होगा।
कुल मोटाई $L_{\text{eq}} = L_{1} + L_{2}$ और क्षेत्रफल $A$ वाली संयुक्त प्लेट के लिए समतुल्य ऊष्मीय चालकता $K_{\text{eq}}$ का सूत्र $\frac{L_{\text{eq}}}{K_{\text{eq}}A} = \frac{L_{1}}{K_{1}A} + \frac{L_{2}}{K_{2}A}$ है।
मान रखने पर: $\frac{4.0 + 2.5}{K_{\text{eq}}(120)} = \frac{4.0}{K(120)} + \frac{2.5}{2K(120)}$.
$\frac{6.5}{K_{\text{eq}}} = \frac{4}{K} + \frac{1.25}{K} = \frac{5.25}{K} = \frac{21/4}{K} = \frac{21}{4K}$.
अतः,$K_{\text{eq}} = \frac{6.5 \times 4K}{21} = \frac{26}{21}K = \left(1 + \frac{5}{21}\right)K$.
इसकी तुलना $\left(1 + \frac{5}{\alpha}\right)K$ से करने पर,हमें $\alpha = 21$ प्राप्त होता है।
Solution diagram
100
MediumMCQ
एक धात्विक कांटे में समान पदार्थ,समान अनुप्रस्थ काट और समान लंबाई की $4$ छड़ें नीचे दिखाई गई हैं। तीन कांटे वाले सिरों को $100^{\circ} C$ पर और हैंडल वाले सिरे को $0^{\circ} C$ पर रखा गया है। जंक्शन का तापमान ............. $^{\circ} C$ है।
Question diagram
A
$25$
B
$50$
C
$60$
D
$75$

Solution

(D) माना जंक्शन का तापमान $T^{\circ} C$ है।
चूंकि छड़ें समान पदार्थ से बनी हैं,उनका अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल $A$ समान है और लंबाई $l$ समान है,इसलिए उनका ऊष्मीय प्रतिरोध $R = \frac{l}{kA}$ सभी छड़ों के लिए समान है।
स्थिर अवस्था ऊष्मा प्रवाह के सिद्धांत के अनुसार,तीन कांटे वाली छड़ों के माध्यम से कुल ऊष्मा का प्रवाह चौथी छड़ (हैंडल) के माध्यम से बाहर निकलने वाली ऊष्मा के बराबर होना चाहिए।
तीन छड़ों से ऊष्मा का प्रवाह = $3 \times \frac{kA}{l}(100 - T)$
चौथी छड़ से बाहर निकलने वाली ऊष्मा = $\frac{kA}{l}(T - 0)$
दोनों को बराबर करने पर:
$3 \frac{kA}{l}(100 - T) = \frac{kA}{l}(T - 0)$
$3(100 - T) = T$
$300 - 3T = T$
$4T = 300$
$T = 75^{\circ} C$
Solution diagram

10-2.Heat Transfer — Thermal Resistance and it's Combination · Frequently Asked Questions

1Are these 10-2.Heat Transfer questions useful for JEE and NEET?

Yes. All questions in this section are mapped to JEE Main and NEET exam patterns. Previous year questions from JEE Main, NEET, GUJCET and state-level exams are included with full solutions.

2Can I switch to Hindi or Gujarati for these questions?

Yes. Use the language tabs in the hero section or the sidebar to view the same questions and solutions in English, Hindi or Gujarati.

3How do I generate a question paper from this subtopic?

Use the Vedclass Exam Paper Generator — select the chapter and subtopic, set difficulty, and generate Sets A, B, C, D automatically. First 3 chapters of every subject are free.

Vedclass Products

For Students

Vedclass Test Series

Mock tests in real JEE/NEET style with performance analysis. 5-day free trial.

Start Free Trial
For Teachers

Exam Paper Generator

Generate Set A/B/C/D papers from this chapter in 2 minutes. 3 chapters free.

Try Free
For Institutes

Online Exam Module

Live online exams with unlimited students, 360° analytics & white-label branding.

See Demo
For Teachers & Institutes

Generate a 10-2.Heat Transfer Exam Paper in 2 Minutes

Select subtopic & difficulty — Sets A, B, C, D auto-generated with No Repeat logic.

First 3 chapters of every subject are free — no payment required.