થર્મોોડાયનેમિક્સ, તે શું છે અને તેના એપ્લિકેશનો

થર્મોોડાયનેમિક્સ એ scienceર્જાના અભ્યાસ પર આધારિત એક વિજ્ studyાન છે. થર્મોડાયનેમિક પ્રક્રિયાઓ રોજિંદા જીવનમાં, ઘરોમાં, ઉદ્યોગમાં, airર્જાના પરિવર્તન સાથે, જેમ કે એર કંડિશનિંગ સાધનો, રેફ્રિજરેટર્સ, કાર, બોઇલર્સ, અને અન્યમાં થાય છે. તેથી fourર્જાની ગુણવત્તા અને માત્રા અને થર્મોોડાયનામિક ગુણધર્મો વચ્ચેના સંબંધોને સ્થાપિત કરવાના ચાર મૂળભૂત કાયદાઓના આધારે થર્મોબાયનેમિક્સના અધ્યયનનું મહત્વ.

થર્મોબાયનેમિક્સના કાયદાને સમજવા માટે, સરળ રીતે, તમારે કેટલાક મૂળ ખ્યાલોથી પ્રારંભ કરવો પડશે જે અન્ય લોકોમાં energyર્જા, ગરમી, તાપમાન જેવા નીચે ખુલ્લા છે.

અમે તમને લેખ જોવા માટે આમંત્રણ આપીએ છીએ પાવર ઓફ વોટનો કાયદો (એપ્લિકેશનો - કસરતો)

થર્મોડાયનેમિક્સ

થોડો ઇતિહાસ:

થર્મોડાયનેમિક્સ પ્રક્રિયાઓમાં energyર્જાના વિનિમય અને રૂપાંતરનો અભ્યાસ કરે છે. પહેલેથી જ 1600 ના દાયકામાં ગેલિલિઓએ ગ્લાસ થર્મોમીટરની શોધ અને પ્રવાહીની ઘનતા અને તેના તાપમાન સાથે આ ક્ષેત્રમાં અભ્યાસ કરવાનું શરૂ કર્યું.

Industrialદ્યોગિક ક્રાંતિ સાથે, તાપ, કામ અને બળતણની betweenર્જા વચ્ચેના સંબંધો તેમજ સ્ટીમ એન્જિનમાં પ્રભાવ સુધારવા માટે, થ scienceમસ સેવરીના સ્ટીમ એન્જિન સાથે 1697 થી, અભ્યાસ વિજ્ asાન તરીકે ઉભરતા થર્મોડાયનેમિક્સને જાણવા અભ્યાસ હાથ ધરવામાં આવે છે. થર્મોોડાયનેમિક્સના પ્રથમ અને બીજા કાયદાની સ્થાપના 1850 માં કરવામાં આવી હતી. જુલ, કેલ્વિન, ક્લોસિયસ, બોલ્ત્ઝમાન, કાર્નોટ, ક્લેપીરોન, ગિબ્સ, મેક્સવેલ જેવા ઘણા વૈજ્ .ાનિકોએ આ વિજ્ theાનના વિકાસમાં ફાળો આપ્યો હતો, "થર્મોોડાયનેમિક્સ."

થર્મોોડાયનેમિક્સ એટલે શું?

થર્મોોડાયનેમિક્સ એ એક વિજ્ .ાન છે જે energyર્જા પરિવર્તનનો અભ્યાસ કરે છે. શરૂઆતમાં તેનો અભ્યાસ કેવી રીતે ગરમીને શક્તિમાં રૂપાંતરિત કરવો તે અંગે કરવામાં આવ્યું હતું, વરાળ એન્જિનોમાં, ગ્રીક શબ્દો "થર્મોસ" અને "ડાયનામિસ" આ નવા વિજ્ nameાનને નામ આપવા માટે વપરાય છે, શબ્દ "થર્મોોડાયનેમિક્સ" બનાવે છે. આકૃતિ 1 જુઓ.

થર્મોડાયનેમિક એપ્લિકેશન્સ

થર્મોોડાયનેમિક્સના એપ્લિકેશનનું ક્ષેત્ર ખૂબ વિશાળ છે. ઉત્પાદનોના ઉત્પાદન માટે અસંખ્ય industrialદ્યોગિક પ્રક્રિયાઓમાં પણ, ખોરાકના પાચન સાથે, bodyર્જાનું પરિવર્તન માનવ શરીરમાંથી અનેક પ્રક્રિયાઓમાં થાય છે. ઘરોમાં એવા ઉપકરણો પણ છે જ્યાં અન્ય લોકોમાં થર્મોોડાયનેમિક્સ ઇરોન, વોટર હીટર, એર કંડિશનર, પર લાગુ પડે છે. થર્મોોડાયનેમિક્સના સિદ્ધાંતો પાવર પ્લાન્ટ્સ, ઓટોમોબાઈલ્સ અને રોકેટ જેવા વિવિધ ક્ષેત્રમાં પણ લાગુ પડે છે. આકૃતિ 2 જુઓ.

ની બેઝિક્સ થર્મોડાયનેમિક્સ

Energyર્જા (ઇ)

કોઈપણ સામગ્રી અથવા બિન-ભૌતિક શરીર અથવા સિસ્ટમની સંપત્તિ જે તેની પરિસ્થિતિ અથવા સ્થિતિમાં ફેરફાર કરીને પરિવર્તન કરી શકે છે. તે સંભવિત અથવા પદાર્થને ખસેડવાની ક્ષમતા તરીકે પણ વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે. આકૃતિ 3 માં તમે કેટલાક ઉર્જા સ્ત્રોતો જોઈ શકો છો.

Energyર્જાના સ્વરૂપો

Energyર્જા અન્ય લોકોમાં, પવન, વિદ્યુત, યાંત્રિક, પરમાણુ energyર્જા જેવા ઘણા સ્વરૂપોમાં આવે છે. થર્મોોડાયનેમિક્સના અધ્યયનમાં, ગતિશક્તિ, સંભવિત energyર્જા અને શરીરની આંતરિક .ર્જાનો ઉપયોગ થાય છે. ગતિશક્તિ (ઇસી) એ ગતિ, moંચાઇ સાથેની સંભવિત energyર્જા (એપી) અને આંતરિક અણુઓની ગતિ સાથે આંતરિક energyર્જા (યુ) સાથે સંબંધિત છે. આકૃતિ 4 જુઓ.

ગરમી (ક્યૂ):

જુદા જુદા તાપમાને બે સંસ્થાઓ વચ્ચે થર્મલ energyર્જાનું સ્થાનાંતરણ. જ્યુલે, બીટીયુ, પાઉન્ડ ફીટ અથવા કેલરીમાં ગરમી માપવામાં આવે છે.

તાપમાન (ટી):

તે પરમાણુ અથવા પરમાણુઓની ગતિશક્તિનો એક માપ છે જે કોઈપણ પદાર્થ પદાર્થ બનાવે છે. તે તેની ઉષ્મીય moર્જાના objectબ્જેક્ટના આંતરિક પરમાણુઓના આંદોલનની ડિગ્રીને માપે છે. પરમાણુઓની હિલચાલ જેટલી વધારે છે, તાપમાન temperatureંચું છે. તે ડિગ્રી સેલ્સિયસ, ડિગ્રી કેલ્વિન, ડિગ્રી રેન્કિન અથવા ડિગ્રી ફેરનહિટમાં માપવામાં આવે છે. આકૃતિ 5 માં કેટલાક તાપમાનના ભીંગડા વચ્ચેની સમકક્ષતા પ્રસ્તુત કરવામાં આવી છે.

થર્મોડાયનેમિક સિદ્ધાંતો

થર્મોોડાયનેમિક્સમાં energyર્જા પરિવર્તનનો અભ્યાસ ચાર કાયદા પર આધારિત છે. પ્રથમ અને બીજા કાયદા energyર્જાની ગુણવત્તા અને જથ્થા સાથે સંબંધિત છે; જ્યારે ત્રીજા અને ચોથા કાયદા થર્મોોડાયનેમિક ગુણધર્મો (તાપમાન અને એન્ટ્રોપી) સાથે સંબંધિત છે. 6 અને 7 આંકડા જુઓ.

થર્મોડાયનેમિક્સનો પ્રથમ કાયદો:

પ્રથમ કાયદો ofર્જાના બચાવના સિદ્ધાંતની સ્થાપના કરે છે. Energyર્જા એક શરીરથી બીજા શરીરમાં સ્થાનાંતરિત થઈ શકે છે, અથવા energyર્જાના અન્ય સ્વરૂપમાં બદલાઈ શકે છે, પરંતુ તે હંમેશાં સુરક્ષિત રહે છે, તેથી energyર્જાની કુલ રકમ હંમેશા સ્થિર રહે છે.

સ્કેટિંગ રેમ્પ એ energyર્જાના સંરક્ષણના કાયદાનું સારું ઉદાહરણ છે, જ્યાં એવું જોવા મળે છે કે createdર્જા બનાવવામાં નથી અથવા નાશ પામી નથી, પરંતુ તે અન્ય પ્રકારની .ર્જામાં પરિવર્તિત થઈ છે. આકૃતિ 8 માંના એક જેવા સ્કેટર માટે, જ્યારે ફક્ત ગુરુત્વાકર્ષણ બળનો પ્રભાવ પડે છે, અમારે આ કરવું પડશે:

• સ્થિતિ 1: જ્યારે સ્કેટર રેમ્પની ટોચ પર હોય છે, ત્યારે તેની internalંચાઇને કારણે તેની પાસે આંતરિક internalર્જા અને સંભવિત energyર્જા હોય છે, પરંતુ તેની ગતિશક્તિ energyર્જા શૂન્ય છે કારણ કે તે ગતિમાં નથી (ગતિ = 0 એમ / સે).
• સ્થિતિ 2: જેમ જેમ સ્કેટર રેમ્પને નીચે સ્લાઇડ કરવાનું શરૂ કરે છે, energyંચાઇ ઓછી થાય છે, આંતરિક energyર્જા અને સંભવિત energyર્જામાં ઘટાડો થાય છે, પરંતુ તેની ગતિશક્તિ વધારે છે, કારણ કે તેની ગતિ વધે છે. .ર્જા ગતિશક્તિમાં પરિવર્તિત થાય છે. જ્યારે સ્કેટર રેમ્પના સૌથી નીચા સ્થાને પહોંચે છે (પોઝિશન 2), ત્યારે તેની સંભવિત energyર્જા શૂન્ય (heightંચાઈ = 0 મી) છે, જ્યારે તે રેમ્પ નીચેની તેની યાત્રામાં સૌથી વધુ ગતિ મેળવે છે.
• સ્થિતિ 3: રેમ્પ ઉપર જતા, સ્કેટર ગતિ ગુમાવે છે, તેની ગતિશક્તિ ઓછી કરે છે, પરંતુ આંતરિક butર્જા વધે છે, અને સંભવિત energyર્જા, જેમ કે તે heંચાઈ મેળવે છે.

થર્મોોડાયનેમિક્સનો બીજો કાયદો:

બીજો કાયદો energyર્જાના "ગુણવત્તા" સાથે સંબંધિત છે, રૂપાંતરના optimપ્ટિમાઇઝેશન અને / અથવા transmissionર્જાના ટ્રાન્સમિશનમાં. આ કાયદો સ્થાપિત કરે છે કે વાસ્તવિક પ્રક્રિયાઓમાં ofર્જાની ગુણવત્તામાં ઘટાડો થાય છે. થર્મોોડાયનેમિક પ્રોપર્ટી "એન્ટ્રોપી" ની વ્યાખ્યા રજૂ કરવામાં આવી છે. બીજા કાયદાના નિવેદનોમાં, તે સ્થાપિત થાય છે જ્યારે કોઈ પ્રક્રિયા થઈ શકે છે અને જ્યારે તે ન કરી શકે, પછી ભલે પહેલા કાયદાનું પાલન ચાલુ રહે. આકૃતિ 9 જુઓ.

શૂન્ય કાયદો:

શૂન્ય કાયદો જણાવે છે કે જો બે સિસ્ટમો ત્રીજા સાથે સંતુલનમાં હોય તો તે એકબીજા સાથે સંતુલનમાં હોય છે. ઉદાહરણ તરીકે, આકૃતિ 10 માટે, જો એ સી સાથે થર્મલ સંતુલનમાં હોય, અને સી બી સાથે થર્મલ સંતુલનમાં હોય, તો પછી એ બી સાથે થર્મલ સંતુલનમાં છે.

ટી ની અન્ય ખ્યાલોermodynamics

સિસ્ટમ

બ્રહ્માંડનો તે ભાગ જે રસ અથવા અભ્યાસનો છે. આકૃતિ 11 માં કોફીના કપ માટે, "સિસ્ટમ" એ કપ (કોફી) ની સામગ્રી છે જ્યાં થર્મલ energyર્જાના સ્થાનાંતરણનો અભ્યાસ કરી શકાય છે. આકૃતિ १२ જુઓ. []]

પર્યાવરણ

તે અભ્યાસ હેઠળની સિસ્ટમની બહારનું બાકીનું બ્રહ્માંડ છે. આકૃતિ 12 માં, કોફી કપને "બોર્ડર" માનવામાં આવે છે જેમાં કોફી (સિસ્ટમ) શામેલ છે અને કપ (સરહદ) ની બહારની સિસ્ટમની "પર્યાવરણ" છે.

થર્મોડાયનેમિક સંતુલન

રાજ્ય કે જેમાં સિસ્ટમની ગુણધર્મો સારી રીતે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવી છે અને સમય જતાં તેમાં ભિન્નતા નથી. જ્યારે સિસ્ટમ થર્મલ સંતુલન, યાંત્રિક સંતુલન અને રાસાયણિક સંતુલન રજૂ કરે છે, ત્યારે તે “થર્મોોડાયનેમિક સંતુલન” માં હોય છે. સંતુલનમાં, કોઈ બાહ્ય એજન્ટ તેના પર કામ ન કરે ત્યાં સુધી સિસ્ટમ તેની સ્થિતિમાં ફેરફાર કરી શકશે નહીં. આકૃતિ 13 જુઓ.

વ Wallલ

એન્ટિટી કે જે સિસ્ટમો વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને મંજૂરી આપે છે અથવા અટકાવે છે. જો દિવાલ પદાર્થને પસાર થવા દે છે, તો તે એક અભેદ્ય દિવાલ હોવાનું કહેવાય છે. એક એડિઆબેટિક દિવાલ એ છે કે જે બે સિસ્ટમ્સ વચ્ચે હીટ ટ્રાન્સફર કરવાની મંજૂરી આપતી નથી. જ્યારે દિવાલ થર્મલ energyર્જાના સ્થાનાંતરણને મંજૂરી આપે છે ત્યારે તેને ડાયથેરિક દિવાલ કહેવામાં આવે છે. આકૃતિ 14 જુઓ.

તારણો

Energyર્જા દ્રવ્યને ખસેડવાની ક્ષમતા છે. આ તેની પરિસ્થિતિ અથવા સ્થિતિમાં ફેરફાર કરીને પરિવર્તન કરી શકાય છે.

થર્મોોડાયનેમિક્સ એ એક વિજ્ .ાન છે જે પ્રક્રિયાઓમાં energyર્જાના વિનિમય અને રૂપાંતરનો અભ્યાસ કરે છે. થર્મોોડાયનેમિક્સમાં energyર્જા પરિવર્તનનો અભ્યાસ ચાર કાયદા પર આધારિત છે. પ્રથમ અને બીજા કાયદા energyર્જાની ગુણવત્તા અને જથ્થા સાથે સંબંધિત છે; જ્યારે ત્રીજા અને ચોથા કાયદા થર્મોોડાયનેમિક ગુણધર્મો (તાપમાન અને એન્ટ્રોપી) સાથે સંબંધિત છે.

તાપમાન એ શરીરનું નિર્માણ કરતા પરમાણુઓના આંદોલનની ડિગ્રીનું એક માપ છે, જ્યારે ગરમી એ બે શરીર વચ્ચેના થર્મલ energyર્જાનું પરિવહન છે જે જુદા જુદા તાપમાને હોય છે.

જ્યારે સિસ્ટમ એક સાથે થર્મલ સંતુલન, યાંત્રિક સંતુલન અને રાસાયણિક સંતુલન હોય ત્યારે થર્મોોડાયનેમિક સંતુલન અસ્તિત્વમાં છે.

આભાર-નોંધ: આ લેખના વિકાસ માટે અમને સલાહ આપવાનો સન્માન મળ્યો છે ઇંગ. મેરિઝોલ પિનો, Industrialદ્યોગિક સાધન અને નિયંત્રણના નિષ્ણાત.