થર્મોડાયનેમિક સિદ્ધાંતો

સમજવા માટે, થર્મોોડાયનેમિક્સની વિશાળ અને જટિલ દુનિયાને, સરળ રીતે, મૂળભૂત શરતોની સમીક્ષા, થર્મોોડાયનેમિક સિદ્ધાંતોની રજૂઆત, અને પછી વધુ depthંડાઈમાં થર્મોોડાયનેમિક કાયદાઓનો અભ્યાસ કરીને, તેઓ કેવી રીતે અભ્યાસ કરે છે, પગલું ભરવાની ભલામણ કરવામાં આવે છે. ગાણિતિક રૂપે વ્યક્ત કરવામાં આવે છે.

થર્મોોડાયનેમિક્સના ચાર કાયદા (શૂન્ય કાયદો, પ્રથમ કાયદો, બીજો કાયદો અને ત્રીજો કાયદો) સાથે, તે વર્ણવવામાં આવ્યું છે કે વિવિધ સિસ્ટમ્સ વચ્ચે energyર્જાના સ્થાનાંતરણ અને પરિવર્તન કેવી રીતે કાર્ય કરે છે; પ્રકૃતિની ઘણી શારીરિક-રાસાયણિક ઘટનાઓને સમજવાનો આધાર છે.

મૂળભૂત ખ્યાલોની સમીક્ષા

અમે તમને લેખ જોવા માટે આમંત્રણ આપીએ છીએ થર્મોડાયનેમિક્સ, તે શું છે અને તેની એપ્લિકેશનો

તમે લેખ સાથે આ માહિતીને પૂરક બનાવી શકો છો પાવર ઓફ વોટનો કાયદો (એપ્લિકેશનો - કસરતો) હમણાં માટે અમે અનુસરો ...

Energyર્જાના સ્વરૂપો

Energyર્જા, તેમની પરિસ્થિતિ અથવા રાજ્યમાં ફેરફાર કરીને પોતાને પરિવર્તન લાવવાની સંસ્થાઓની મિલકત, ઘણા સ્વરૂપોમાં આવે છે, જેમ કે ગતિશક્તિ, સંભવિત energyર્જા અને શરીરની આંતરિક .ર્જા. આકૃતિ 1 જુઓ.

કામ

તે એક બળ અને વિસ્થાપનનું ઉત્પાદન છે, બંને એક જ દિશામાં માપવામાં આવે છે. કાર્યની ગણતરી કરવા માટે, બળના ઘટક જે પદાર્થના ડિસ્પ્લેસમેન્ટની સમાંતર હોય છે તેનો ઉપયોગ થાય છે. કામ એનએમ, જૌલે (જે), ft.lb-f, અથવા BTU માં માપવામાં આવે છે. આકૃતિ 2 જુઓ.

ગરમી (ક્યૂ)

જુદા જુદા તાપમાને બે સંસ્થાઓ વચ્ચે થર્મલ energyર્જાનું સ્થાનાંતરણ, અને તે ફક્ત તે અર્થમાં થાય છે કે તાપમાનમાં ઘટાડો થાય છે. જ Jલ, બીટીયુ, પાઉન્ડ ફીટ અથવા કેલરીમાં ગરમી માપવામાં આવે છે. આકૃતિ 3 જુઓ.

થર્મોડાયનેમિક સિદ્ધાંતો

શૂન્ય કાયદો - શૂન્ય સિદ્ધાંત

થર્મોોડાયનેમિક્સનો શૂન્ય કાયદો જણાવે છે કે જો બે ,બ્જેક્ટ્સ, એ અને બી, એકબીજા સાથે થર્મલ સંતુલન હોય, અને Aબ્જેક્ટ એ ત્રીજા પદાર્થ સી સાથે સંતુલનમાં હોય, તો પદાર્થ બી, પદાર્થ સી સાથે થર્મલ સંતુલન હોય છે. થર્મલ સંતુલન થાય છે. જ્યારે બે અથવા વધુ સંસ્થાઓ સમાન તાપમાન પર હોય છે. આકૃતિ 4 જુઓ.

આ કાયદો થર્મોોડાયનેમિક્સનો મૂળભૂત કાયદો માનવામાં આવે છે. તે 1935 માં "ઝીરો લો" તરીકે મુકવામાં આવી હતી, કારણ કે થર્મોોડાયનેમિક્સના પહેલા અને બીજા કાયદા બનાવવામાં આવ્યા પછી તે મુદ્રાંકન કરવામાં આવ્યું હતું.

થર્મોોડાયનેમિક્સનો 1 લી કાયદો (conર્જાના સંરક્ષણનો સિદ્ધાંત)

થર્મોડાયનેમિક્સના પ્રથમ કાયદાનું નિવેદન:

થર્મોોડાયનેમિક્સનો પહેલો કાયદો, જેને energyર્જાના બચાવના સિદ્ધાંત તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે, તે જણાવે છે કે createdર્જા બનાવવામાં આવતી નથી અથવા તેનો નાશ થતો નથી, તે ફક્ત બીજા પ્રકારની energyર્જામાં પરિવર્તિત થાય છે, અથવા તે એક પદાર્થથી બીજામાં સ્થાનાંતરિત થાય છે. આમ બ્રહ્માંડમાં energyર્જાની કુલ માત્રા બદલાતી નથી.

પ્રથમ કાયદો "દરેક વસ્તુ" માં પૂર્ણ થાય છે, energyર્જા સ્થાનાંતરિત થાય છે અને સતત પરિવર્તિત થાય છે, ઉદાહરણ તરીકે, કેટલાક વિદ્યુત ઉપકરણોમાં, જેમ કે મિક્સર્સ અને બ્લેન્ડર, ઇલેક્ટ્રિકલ energyર્જા યાંત્રિક અને થર્મલ energyર્જામાં ફેરવાય છે, માનવ શરીરમાં તેઓ રાસાયણિક રૂપાંતરિત થાય છે. જ્યારે શરીર ગતિશીલ હોય ત્યારે ગતિશીલ energyર્જામાં ખોરાકની energyર્જા, અથવા આકૃતિ 5 માં બતાવ્યા પ્રમાણે અન્ય ઉદાહરણો.

થર્મોડાયનેમિક્સના પ્રથમ કાયદાનું સમીકરણ:

થર્મોોડાયનેમિક સિદ્ધાંતોની અંદરના પ્રથમ કાયદાનું સમીકરણ આપેલ પ્રક્રિયામાં વિવિધ પ્રકારની energyર્જા વચ્ચે અસ્તિત્વમાં હોવું આવશ્યક તે સંતુલન દર્શાવે છે. કારણ કે, બંધ સિસ્ટમોમાં [1], heatર્જા વિનિમય ફક્ત ગરમીના સ્થાનાંતરણ દ્વારા જ થઈ શકે છે, અથવા (સિસ્ટમ દ્વારા અથવા તેના દ્વારા) કરવામાં આવેલા કાર્ય દ્વારા, તે સ્થાપિત થયું છે કે સિસ્ટમની energyર્જા ભિન્નતા સરવાળો સમાન છે ગરમી અને કાર્ય દ્વારા energyર્જા સ્થાનાંતરણ. આકૃતિ 6 જુઓ.

આ energyર્જા સંતુલનમાં ધ્યાનમાં લેવામાં આવતી enerર્જાઓ ગતિશીલ energyર્જા, સંભવિત energyર્જા અને આંતરિક energyર્જા [1] છે તે ધ્યાનમાં લેતા, બંધ સિસ્ટમ્સ માટે energyર્જા સંતુલન આકૃતિ 7 માં બતાવ્યા પ્રમાણે રહે છે.

• (ઇસી) ગતિશક્તિ, શરીરની હિલચાલને કારણે;
• (એપી) સંભવિત Energyર્જા, ગુરુત્વાકર્ષણ ક્ષેત્રમાં શરીરની સ્થિતિને કારણે;
• (યુ) આંતરિક energyર્જા, શરીરના આંતરિક અણુઓની ગતિ અને સંભવિત energyર્જાના માઇક્રોસ્કોપિક યોગદાનને કારણે.

વ્યાયામ 1.

સીલબંધ કન્ટેનરમાં એક પદાર્થ હોય છે, જેમાં 10 કેજેની પ્રારંભિક energyર્જા હોય છે. પદાર્થ એક પ્રોપેલરથી હલાવવામાં આવે છે જે 500 જે કાર્ય કરે છે, જ્યારે હીટ સ્ત્રોત 20 કેજે ગરમી પદાર્થમાં સ્થાનાંતરિત કરે છે. આ ઉપરાંત, પ્રક્રિયા દરમિયાન 3 કેજે ગરમી હવામાં છોડવામાં આવે છે. પદાર્થની અંતિમ energyર્જા નક્કી કરો. આકૃતિ 8 જુઓ.

ઉકેલ:

આકૃતિ 9 માં તમે ગરમી સ્રોત દ્વારા ગરમી ઉમેરવામાં જોઈ શકો છો, જેને "સકારાત્મક" માનવામાં આવે છે કારણ કે તે પદાર્થની increasesર્જામાં વધારો કરે છે, તે ગરમી કે જે હવામાં પ્રકાશિત થાય છે, કારણ કે તે પદાર્થની decreર્જામાં ઘટાડો કરે છે, અને પ્રોપેલરનું કામ, જેણે increasedર્જા વધારી સકારાત્મક નિશાની લીધી.

આકૃતિ 10 માં mર્જા સંતુલન રજૂ કરવામાં આવે છે, થર્મોોડાયનેમિક્સના પ્રથમ કાયદા અનુસાર અને પદાર્થની અંતિમ energyર્જા પ્રાપ્ત થાય છે.

થર્મોોડાયનેમિક્સનો બીજો કાયદો

થર્મોોડાયનેમિક્સના બીજા કાયદાના ઘણા નિવેદનો છે: પ્લાન્ક-કેલ્વિન, ક્લાઉસિયસ, કાર્નોટનું નિવેદન. તેમાંના દરેક બીજા કાયદાના જુદા જુદા પાસા બતાવે છે. સામાન્ય રીતે થર્મોોડાયનેમિક્સ પોસ્ટ્યુલેટ્સનો બીજો કાયદો:

• થર્મોોડાયનેમિક પ્રક્રિયાઓની દિશા, શારીરિક ઘટનાની અફર.
• થર્મલ મશીનોની કાર્યક્ષમતા.
• મિલકત "એન્ટ્રોપી" દાખલ કરો.

થર્મોોડાયનેમિક પ્રક્રિયાઓની દિશા:

સ્વયંભૂ સ્વભાવમાં, energyર્જા વહે છે અથવા સૌથી વધુ energyર્જા રાજ્યથી નીચલા energyર્જા રાજ્યમાં સ્થાનાંતરિત થાય છે. ગરમી શરીરમાંથી ઠંડા શરીરમાં વહે છે અને આજુ બાજુ નહીં. આકૃતિ 11 જુઓ.

કાર્યક્ષમતા અથવા થર્મલ કામગીરી:

થર્મોોડાયનેમિક્સના પ્રથમ કાયદા અનુસાર, energyર્જાનું નિર્માણ અથવા નાશ થતું નથી, પરંતુ તે પરિવર્તન અથવા સ્થાનાંતરિત થઈ શકે છે. પરંતુ બધી energyર્જા સ્થાનાંતરણો અથવા પરિવર્તનોમાં તેનો એક જથ્થો કામ કરવા માટે ઉપયોગી નથી. જેમ energyર્જા સ્થાનાંતરિત થાય છે અથવા પરિવર્તિત થાય છે, પ્રારંભિક energyર્જાનો એક ભાગ થર્મલ energyર્જા તરીકે પ્રકાશિત થાય છે: energyર્જા અધોગતિ કરે છે, ગુણવત્તા ગુમાવે છે.

કોઈપણ energyર્જા પરિવર્તનમાં, પ્રાપ્ત energyર્જાની માત્રા હંમેશા પૂરી પાડવામાં આવતી energyર્જા કરતા ઓછી હોય છે. થર્મલ કાર્યક્ષમતા એ સ્રોતમાંથી ગરમીની માત્રા છે જે કાર્યમાં રૂપાંતરિત થાય છે, પ્રાપ્ત કરેલી ઉપયોગી energyર્જા અને રૂપાંતરમાં પૂરા પાડવામાં આવતી betweenર્જા વચ્ચેનો ગુણોત્તર. આકૃતિ 12 જુઓ.

થર્મલ મશીન અથવા હીટ મશીન:

થર્મલ મશીન એ એક ઉપકરણ છે જે ગરમીને આંશિક રૂપે કાર્ય અથવા યાંત્રિક energyર્જામાં ફેરવે છે, જેના માટે તેને એક સ્રોતની આવશ્યકતા હોય છે જે ઉચ્ચ તાપમાન પર ગરમી પ્રદાન કરે છે.

થર્મલ મશીનોમાં પાણીની વરાળ, હવા અથવા બળતણ જેવા પદાર્થનો ઉપયોગ થાય છે. પદાર્થ ચક્રીય રીતે થર્મોોડાયનેમિક પરિવર્તનોની શ્રેણીમાંથી પસાર થાય છે, જેથી મશીન સતત કાર્ય કરી શકે.

વ્યાયામ 2.

કાર્ગો વાહનનું એન્જિન ગેસોલીન સળગાવીને દહનમાં ગરમી ઉત્પન્ન કરે છે. એન્જિનના દરેક ચક્ર માટે, 5 કેજેની ગરમીને યાંત્રિક કાર્યના 1 કેજેમાં ફેરવવામાં આવે છે. મોટરની કાર્યક્ષમતા શું છે? એન્જિનના દરેક ચક્ર માટે કેટલી ગરમી મુક્ત થાય છે? આકૃતિ 13 જુઓ

ઉકેલ:

પ્રકાશિત થતી ગરમીને નિર્ધારિત કરવા માટે, એવું માનવામાં આવે છે કે થર્મલ મશીનોમાં નેટ વર્ક સિસ્ટમમાં નેટ હીટ ટ્રાન્સફરની બરાબર છે. આકૃતિ 14 જુઓ.

એન્ટ્રોપી:

એન્ટ્રોપી એ સિસ્ટમમાં રેન્ડમનેસ અથવા ડિસઓર્ડરની ડિગ્રી છે. એન્ટ્રોપી એ theર્જાના તે ભાગનું પ્રમાણ નક્કી કરવાનું શક્ય બનાવે છે જે કામ કરવા માટે ઉપયોગમાં લઈ શકાતી નથી, એટલે કે, થર્મોોડાયનેમિક પ્રક્રિયાની અફર્યક્ષમતાને માપવાનું શક્ય બનાવે છે.

થતી દરેક energyર્જા સ્થાનાંતરણ બ્રહ્માંડની એન્ટ્રોપીમાં વધારો કરે છે અને કામ કરવા માટે ઉપલબ્ધ ઉર્જાની માત્રા ઘટાડે છે. કોઈપણ થર્મોોડાયનેમિક પ્રક્રિયા એ દિશામાં આગળ વધશે જે બ્રહ્માંડની કુલ એન્ટ્રોપીમાં વધારો કરે છે. આકૃતિ 15 જુઓ.

થર્મોડાયનેમિક્સનો 3 જી કાયદો

થર્મોડાયનેમિક્સ અથવા નેર્સ્ટ પોસ્ટ્યુલેટનો ત્રીજો કાયદો

થર્મોોડાયનેમિક્સનો ત્રીજો કાયદો તાપમાન અને ઠંડક સાથે સંબંધિત છે. તે જણાવે છે કે સંપૂર્ણ શૂન્ય પરની સિસ્ટમની એન્ટ્રોપી એ ચોક્કસ સ્થિરતા છે. આકૃતિ 16 જુઓ.

સંપૂર્ણ શૂન્ય એ સૌથી નીચો તાપમાન છે જેની નીચે હવે કોઈ ઓછું પગલું રહેતું નથી, તે શરીરનું સૌથી ઠંડુ છે. સંપૂર્ણ શૂન્ય 0 K છે, -273,15 equivalentC ની બરાબર છે.

નિષ્કર્ષ

ત્યાં ચાર થર્મોોડાયનેમિક સિદ્ધાંતો છે. શૂન્ય સિદ્ધાંતમાં તે સ્થાપિત થયેલ છે કે જ્યારે બે અથવા વધુ સંસ્થાઓ એક જ તાપમાને હોય ત્યારે થર્મલ સંતુલન થાય છે.

થર્મોોડાયનેમિક્સનો પહેલો કાયદો પ્રક્રિયાઓ વચ્ચે energyર્જાના સંરક્ષણ સાથે સંબંધિત છે, જ્યારે થર્મોોડાયનેમિક્સનો બીજો કાયદો, નીચલાથી માંડીને ઉચ્ચતમ એન્ટ્રોપીની દિશા-નિર્દેશન અને હીટ એંજિન્સની કાર્યક્ષમતા અથવા પ્રભાવ સાથે કામ કરે છે જે ગરમીને કાર્યમાં રૂપાંતરિત કરે છે.

થર્મોોડાયનેમિક્સનો ત્રીજો કાયદો તાપમાન અને ઠંડક સાથે સંબંધિત છે, તે જણાવે છે કે સંપૂર્ણ શૂન્ય પરની સિસ્ટમની એન્ટ્રોપી એ ચોક્કસ સ્થિરતા છે.