Rocket - Propellant and Other Questions in Hindi

(D) $H_2O_2$ का उपयोग रॉकेट ईंधन के लिए ऑक्सीकारक के रूप में किया जाता है और रॉकेट में उपयोग किए जाने वाले $H_2O_2$ की सांद्रता $90 \%$ होती है।

(B) $TNT$ (ट्राइनाइट्रोटोल्यूइन) को $NH_4NO_3$ (अमोनियम नाइट्रेट) के साथ मिलाकर एक अत्यधिक विस्फोटक मिश्रण बनाया जाता है जिसे एमाटोल $(amatol)$ कहा जाता है।
यह मिश्रण विस्फोट के उद्देश्यों के लिए अधिक शक्तिशाली और लागत प्रभावी है।

(B) एमाटोल $TNT$ $(Trinitrotoluene)$ और $Ammonium \ nitrate$ $(NH_4NO_3)$ को मिलाकर बनाया गया एक अत्यधिक विस्फोटक पदार्थ है।

(B) एक बाइलिक्विड प्रणोदक में दो अलग-अलग घटक होते हैं: एक द्रव ईंधन और एक द्रव ऑक्सीकारक,जिन्हें अलग-अलग टैंकों में संग्रहित किया जाता है और थ्रस्ट उत्पन्न करने के लिए दहन कक्ष में मिलाया जाता है। अतः,सही विकल्प $(B)$ है।

(A) . हाइब्रिड प्रणोदक में एक ठोस ईंधन और एक तरल ऑक्सीकारक होता है जो प्रणोदन ऊर्जा और कार्यशील पदार्थ प्रदान करता है।
उदाहरण के लिए,ठोस एक्रिलिक रबर और तरल $N_2O_4$ का उपयोग हाइब्रिड प्रणोदक प्रणाली के रूप में किया जाता है।

(A) रॉकेट प्रणोदक में एक ईंधन और एक ऑक्सीकारक शामिल होते हैं। $Liquid \ hydrogen$,$Kerosene$ और $Liquid \ hydrazine$ का उपयोग विभिन्न रॉकेट इंजनों में ईंधन के रूप में किया जाता है। $Liquid \ Helium$ $(He)$ एक अक्रिय गैस है और इसका उपयोग ईंधन के रूप में नहीं किया जाता है; इसका उपयोग आमतौर पर क्रायोजेनिक सिस्टम में दबाव बनाने या शीतलन उद्देश्यों के लिए किया जाता है।

(B) अंतरिक्ष रॉकेट रॉकेट प्रणोदक (propellant) के दहन द्वारा संचालित होते हैं। रॉकेट प्रणोदक एक ऐसा पदार्थ है जिसका उपयोग रॉकेट में थ्रस्ट उत्पन्न करने के लिए किया जाता है,जिसमें ईंधन और ऑक्सीकारक शामिल होते हैं।

(C) $PSLV$ (पोलर सैटेलाइट लॉन्च व्हीकल) एक बहु-चरणीय रॉकेट है।
यह अपने विभिन्न चरणों में ठोस और तरल प्रणोदकों के संयोजन का उपयोग करता है।
विशेष रूप से,यह बूस्टर चरणों में मिश्रित ठोस प्रणोदक और तरल चरणों में तरल प्रणोदक (जैसे $N_2O_4$ के साथ $UDMH$ या $MMH$) का उपयोग करता है।
इसलिए,रॉकेट प्रणोदन के विभिन्न चरणों में $(A)$ और $(B)$ दोनों का उपयोग किया जाता है।

(D) रॉकेट प्रणोदक वे पदार्थ हैं जिनका उपयोग रॉकेट में थ्रस्ट उत्पन्न करने के लिए किया जाता है।
द्रव हाइड्रोजन $(H_{2(l)})$ का उपयोग ईंधन के रूप में किया जाता है।
द्रव ऑक्सीजन $(O_{2(l)})$ का उपयोग ऑक्सीकारक के रूप में किया जाता है।
हाइड्राज़ीन $(N_2H_{4(l)})$ का उपयोग भी ईंधन के रूप में किया जाता है।
चूंकि दिए गए सभी पदार्थों का उपयोग रॉकेट प्रणोदक के रूप में किया जाता है,इसलिए सही उत्तर यह है कि इनमें से कोई भी बाहर नहीं है।

(C) रॉकेट की गति संवेग संरक्षण के सिद्धांत पर आधारित है,जो $Newton's \ third \ law$ का सीधा परिणाम है। निकास गैसें पीछे की दिशा में उच्च वेग के साथ बाहर निकलती हैं,जो रॉकेट पर आगे की दिशा में समान और विपरीत प्रतिक्रिया बल (थ्रस्ट) लगाती हैं।

(D) अंतरिक्ष रॉकेट को ऊर्जा और ऑक्सीजन के एक आत्मनिर्भर स्रोत की आवश्यकता होती है क्योंकि अंतरिक्ष में दहन के लिए कोई वायुमंडल नहीं होता है।
इसलिए,यह प्रणोदक (propellant) नामक ईंधन और ऑक्सीकारक के मिश्रण का उपयोग करता है,जो प्रणोदन के लिए आवश्यक धक्का (thrust) उत्पन्न करता है।

(A) मिश्रित ठोस प्रणोदक का उपयोग रॉकेट इंजन में किया जाता है। इसमें एक ईंधन और एक ऑक्सीकारक होता है। ईंधन आमतौर पर $Polyurethane$ या $polybutadiene$ जैसा एक बहुलक (polymer) होता है,और ऑक्सीकारक एक अकार्बनिक लवण होता है,जो आमतौर पर $Ammonium \ perchlorate$ $(NH_4ClO_4)$ होता है।

(C) एक द्वि-तरल प्रणोदक में एक तरल ईंधन और एक तरल ऑक्सीकारक होता है जिन्हें अलग-अलग रखा जाता है।
$N_2O_4$ (डाइनाइट्रोजन टेट्रॉक्साइड) तरल ऑक्सीकारक के रूप में और अनसिमेट्रिकल डाइमिथाइलहाइड्राजीन $(UDMH)$ तरल ईंधन के रूप में कार्य करता है।
ये दोनों हाइपरगोलिक होते हैं,जिसका अर्थ है कि वे संपर्क में आते ही स्वतः जल उठते हैं,जो उन्हें रॉकेट के लिए एक आदर्श द्वि-तरल प्रणोदक प्रणाली बनाता है।
नाइट्रोग्लिसरीन और नाइट्रोसेलुलोज ठोस प्रणोदक बनाते हैं।
$N_2O_4$ और एक्रिलिक रबर का संयोजन एक मानक प्रणोदक नहीं है।

(A) भारत द्वारा विकसित $SLV-3$ (सैटेलाइट लॉन्च व्हीकल-$3$) रॉकेट में ठोस प्रणोदक प्रणाली का उपयोग किया गया था।
विशेष रूप से,इसमें हाइड्रोक्सिल-टर्मिनेटेड पॉलीब्यूटाडीन $(HTPB)$ पर आधारित मिश्रित ठोस प्रणोदक का उपयोग किया गया था।

(C) रॉकेट प्रणोदक में,ईंधन के दहन के लिए एक ऑक्सीकारक की आवश्यकता होती है। $Nitric \ acid$ $(HNO_3)$ और $Liquid \ oxygen$ $(LOX)$ दोनों सामान्य ऑक्सीकारक हैं। हालाँकि,मानक रसायन विज्ञान पाठ्यक्रम के संदर्भ में,$Liquid \ oxygen$ लिक्विड-प्रोपेलेंट रॉकेट में उपयोग किए जाने वाले ऑक्सीकारक का सबसे सामान्य उदाहरण है।

(C) नाइट्रोसेलुलोज और नाइट्रोग्लिसरीन के मिश्रण को डबल-बेस प्रणोदक के रूप में जाना जाता है।
इस संयोजन में,दोनों घटक ईंधन और ऑक्सीकारक के रूप में कार्य करते हैं,जो प्रणोदन के लिए आवश्यक ऊर्जा प्रदान करते हैं।

(C) रॉकेट प्रणोदन और प्रणोदक रसायन विज्ञान के संदर्भ में,विशिष्ट आवेग ${I_s}$ प्रणोदक की दक्षता का एक माप है।
एक स्थिर और प्रभावी रॉकेट ब्लास्ट के लिए,विशिष्ट आवेग को ${I_s} \ge T_c^{1/2}$ शर्त को पूरा करना चाहिए,जहाँ ${T_c}$ दहन प्रक्रिया का क्रांतिक तापमान है।
अतः,विकल्प $C$ सही संबंध है।

(C) रॉकेट प्रणोदक में आमतौर पर एक ईंधन और एक ऑक्सीकारक होता है।
$H_{2(l)}$ (द्रव हाइड्रोजन) का उपयोग ईंधन के रूप में,$O_{2(l)}$ (द्रव ऑक्सीजन) का उपयोग ऑक्सीकारक के रूप में,और $N_2H_{4(l)}$ (हाइड्राजीन) का उपयोग ईंधन के रूप में किया जाता है।
मीथेन का उपयोग आमतौर पर रसायन विज्ञान के पाठ्यक्रम में चर्चा किए गए सामान्य रासायनिक प्रणोदकों के संदर्भ में रॉकेट प्रणोदक के रूप में नहीं किया जाता है।
अतः,सही विकल्प $C$ है।

(D) सही उत्तर $(D)$ है।
$N_2O_4$ (डाइनाइट्रोजन टेट्रॉक्साइड) का उपयोग द्रव प्रणोदक रॉकेट इंजनों में ऑक्सीकारक के रूप में किया जाता है क्योंकि यह कई ईंधनों के साथ हाइपरगोलिक है और इसे कमरे के तापमान पर तरल के रूप में संग्रहीत किया जा सकता है।

(C) $Liquid \ H_2$ और $Liquid \ O_2$ का संयोजन उच्च-प्रदर्शन रॉकेट प्रणोदक के रूप में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।
इस प्रणाली में,$Liquid \ H_2$ ईंधन के रूप में और $Liquid \ O_2$ ऑक्सीकारक के रूप में कार्य करता है।
यह अभिक्रिया अत्यधिक ऊष्माक्षेपी होती है,जो रॉकेट के लिए आवश्यक प्रणोद (thrust) प्रदान करती है।

(A) . ठोस प्रणोदक या मिश्रित प्रणोदक (composite propellants) पॉलीमेरिक बाइंडर्स (जैसे ईंधन के रूप में पॉलीयुरेथेन या पॉलीब्यूटाडीन) और ऑक्सीकारक के रूप में अमोनियम परक्लोरेट का मिश्रण होते हैं।
इनका उपयोग $SLV-3$ और $ASLV$ रॉकेट में किया जाता है।

(C) रॉकेट प्रणोदक का विशिष्ट आवेग $(I_s)$ रॉकेट इंजन की दक्षता का एक माप है।
यह दहन कक्ष के तापमान $(T_c)$ के वर्गमूल के समानुपाती और निकास गैसों के औसत आणविक द्रव्यमान $(M)$ के वर्गमूल के व्युत्क्रमानुपाती होता है।
संबंध $I_s \propto \sqrt{T_c/M}$ द्वारा दिया जाता है।
अतः,$I_s \propto \sqrt{T_c}$।

(C) रॉकेट प्रणोदन में,प्रणोदक में एक ईंधन और एक ऑक्सीकारक शामिल होता है।
द्रव हाइड्रोजन $(H_2)$ ईंधन के रूप में और द्रव ऑक्सीजन $(O_2)$ ऑक्सीकारक के रूप में कार्य करता है।
यह संयोजन अत्यधिक कुशल है और आमतौर पर अंतरिक्ष प्रक्षेपण यानों में उपयोग किया जाता है।

(D) ठोस रॉकेट प्रणोदकों में,$NH_4ClO_4$ (अमोनियम परक्लोरेट) का उपयोग ऑक्सीकारक के रूप में किया जाता है। यह ईंधन के दहन के लिए आवश्यक ऑक्सीजन प्रदान करता है।

(D) $SLV-3$ रॉकेट ठोस मिश्रित प्रणोदक का उपयोग करता है। इस प्रणोदक में पॉलीयुरेथेन का उपयोग ईंधन के रूप में और अमोनियम परक्लोरेट का उपयोग ऑक्सीकारक के रूप में किया जाता है।

(A) ग्लिसरॉल एविएशन फ्यूल के लिए एंटीफ्रीज एजेंट के रूप में कार्य करता है,जो इसे अधिक ऊंचाई पर जहां तापमान बहुत कम होता है,जमने से रोकता है।

(D) $H_2O_2$ (हाइड्रोजन पेरोक्साइड) और $N_2H_4$ (हाइड्राजीन) के बीच की अभिक्रिया अत्यधिक ऊष्माक्षेपी होती है और गर्म गैसों ($N_2$ और $H_2O$ वाष्प) के रूप में बड़ी मात्रा में ऊर्जा मुक्त करती है।
यह अभिक्रिया इस प्रकार है: $N_2H_4(l) + 2H_2O_2(l) \rightarrow N_2(g) + 4H_2O(g)$।
इस उच्च ऊर्जा उत्सर्जन के कारण,इस मिश्रण का उपयोग रॉकेट प्रणोदक (rocket propellant) के रूप में प्रभावी ढंग से किया जाता है।

(B) $BaSO_4 + ZnS$ को लिथोफोन के रूप में जाना जाता है,जिसका उपयोग सफेद वर्णक (पिगमेंट) के रूप में किया जाता है।
$NI_3$ (नाइट्रोजन ट्राईआयोडाइड) एक संपर्क-संवेदनशील विस्फोटक है।
$N_2O_4$ का उपयोग तरल रॉकेट प्रणोदक में ऑक्सीकारक के रूप में किया जाता है।
$KO_2$ (पोटेशियम सुपरऑक्साइड) का उपयोग अंतरिक्ष कैप्सूल और पनडुब्बियों में $O_2$ उत्पन्न करने और $CO_2$ को हटाने के लिए किया जाता है।
अतः,सही मिलान $A-4, B-1, C-2, D-3$ है।

(D) रॉकेट में द्रव प्रणोदक के साथ ऑक्सीकारक के रूप में डाइनाइट्रोजन टेट्रॉक्साइड $N_2O_4$ का उपयोग किया जाता है।

(D) रॉकेट प्रणोदन प्रणालियों में द्रव हाइड्रोजन $(H_2)$ ईंधन के रूप में और द्रव ऑक्सीजन $(O_2)$ ऑक्सीकारक के रूप में कार्य करता है। अभिक्रिया $2H_2(l) + O_2(l) \rightarrow 2H_2O(g)$ अत्यधिक मात्रा में ऊर्जा मुक्त करती है,जो रॉकेट के लिए आवश्यक प्रणोद (thrust) प्रदान करती है।

(D) तरल रॉकेट प्रणोदक में ऑक्सीकारक के रूप में $N_2O_4$ (डाइनाइट्रोजन टेट्रॉक्साइड) का उपयोग किया जाता है। यह एक शक्तिशाली ऑक्सीकारक है जो हाइड्राजीन $(N_2H_4)$ जैसे ईंधन के साथ हाइपरगोलिक रूप से प्रतिक्रिया करता है,जिससे यह अंतरिक्ष प्रणोदन प्रणालियों के लिए अत्यधिक प्रभावी हो जाता है।

(A) ग्लिसरॉल को एविएशन ईंधन में मिलाया जाता है क्योंकि यह अधिक ऊंचाई पर,जहां तापमान बहुत कम होता है,एक एंटी-फ्रीजिंग एजेंट के रूप में कार्य करता है। यह ईंधन को जमने से रोकता है,जिससे विमान के इंजन का संचालन सुचारू बना रहता है।

(A) नाइट्रिक एसिड $(HNO_3)$ का उपयोग स्टेनलेस स्टील की सतह से अशुद्धियों और ऑक्साइड को हटाने के लिए एसिड उपचार (pickling) में किया जाता है।
इसका उपयोग रॉकेट प्रणोदक में एक शक्तिशाली ऑक्सीकारक के रूप में भी किया जाता है,जिसे अक्सर तरल हाइड्रोजन या केरोसिन जैसे ईंधन के साथ उपयोग किया जाता है।

(B) सीसे के यौगिक,विशेष रूप से टेट्रा-एथिल लेड $(Pb(C_2H_5)_4)$,का उपयोग पहले पेट्रोल में एंटी-नॉक एजेंट के रूप में किया जाता था ताकि ऑक्टेन रेटिंग में सुधार हो सके और इंजन में होने वाली नॉकिंग को रोका जा सके।

(A) थर्मल पावर प्लांट में,मुख्य रूप से $Coal$ (कोयला) जैसे जीवाश्म ईंधन का उपयोग गर्मी उत्पन्न करने के लिए किया जाता है,जो पानी को भाप में बदलकर टर्बाइन को चलाता है।
फ्यूल सेल में,जैसे कि $H_2-O_2$ फ्यूल सेल,$Hydrogen$ (हाइड्रोजन) गैस का उपयोग ईंधन के रूप में किया जाता है,जो सीधे बिजली उत्पन्न करने के लिए ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया करती है।

(A) थर्मल पावर प्लांट में,मुख्य रूप से कोयले जैसे जीवाश्म ईंधन का उपयोग गर्मी उत्पन्न करने के लिए किया जाता है,जो पानी को भाप में बदलकर टर्बाइन को चलाता है।
फ्यूल सेल में,जैसे कि हाइड्रोजन-ऑक्सीजन फ्यूल सेल,हाइड्रोजन $(H_2)$ का उपयोग ईंधन के रूप में किया जाता है,जो बिजली,पानी और गर्मी उत्पन्न करने के लिए ऑक्सीजन $(O_2)$ के साथ प्रतिक्रिया करता है।

(D) अभिक्रिया के लिए संतुलित रासायनिक समीकरण: $Fe_2O_3 + 2Al \rightarrow Al_2O_3 + 2Fe$
अभिक्रिया की एन्थैल्पी में परिवर्तन: $\Delta H_{rxn}^{\ominus} = [\Delta H_{f}^{\ominus}(Al_2O_3) + 2\Delta H_{f}^{\ominus}(Fe)] - [\Delta H_{f}^{\ominus}(Fe_2O_3) + 2\Delta H_{f}^{\ominus}(Al)]$
मानक अवस्था में तत्वों के लिए $\Delta H_{f}^{\ominus} = 0$ होता है,इसलिए: $\Delta H_{rxn}^{\ominus} = [-1700 + 0] - [-840 + 0] = -860 \ kJ \ mol^{-1}$
मिश्रण का मोलर द्रव्यमान ($1 \ mol$ $Fe_2O_3$ और $2 \ mol$ $Al$ के लिए): $M_{mixture} = (1 \times 160) + (2 \times 27) = 160 + 54 = 214 \ g$
मिश्रण के प्रति ग्राम मुक्त होने वाली ऊष्मा: $\frac{860 \ kJ}{214 \ g} \approx 4.018 \ kJ \ g^{-1}$
निकटतम पूर्णांक में,उत्तर $4$ है।