थर्मोडायनामिक्स, यह क्या है और इसके अनुप्रयोग

ऊष्मप्रवैगिकी ऊर्जा के अध्ययन पर आधारित एक विज्ञान है। थर्मोडायनामिक प्रक्रियाएं दैनिक जीवन में, घरों में, उद्योग में, ऊर्जा के परिवर्तन के साथ, जैसे कि एयर कंडीशनिंग उपकरण, रेफ्रिजरेटर, कार, बॉयलर, आदि में होती हैं। इसलिए ऊष्मागतिकी के अध्ययन का महत्व, चार बुनियादी कानूनों पर आधारित है जो ऊर्जा की गुणवत्ता और मात्रा और थर्मोडायनामिक गुणों के बीच संबंधों को स्थापित करते हैं।

थर्मोडायनामिक्स के नियमों को समझने के लिए, एक आसान तरीके से, किसी को कुछ बुनियादी अवधारणाओं से शुरू करना पड़ता है, जो नीचे उजागर होते हैं, जैसे कि ऊर्जा, गर्मी, तापमान, अन्य।

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ऊष्मप्रवैगिकी

एक छोटा सा इतिहास:

थर्मोडायनामिक्स प्रक्रियाओं में ऊर्जा के आदान-प्रदान और परिवर्तनों का अध्ययन करता है। 1600 के दशक में पहले से ही गैलीलियो ने ग्लास थर्मामीटर के आविष्कार, और एक तरल पदार्थ और उसके तापमान के घनत्व के संबंध के साथ इस क्षेत्र में अध्ययन करना शुरू कर दिया।

औद्योगिक क्रांति के साथ, गर्मी, काम और ईंधन की ऊर्जा के बीच संबंधों को जानने के लिए अध्ययन किया जाता है, साथ ही स्टीम इंजन के प्रदर्शन में सुधार करने के लिए, एक अध्ययन विज्ञान के रूप में उभरते थर्मोडायनामिक्स, थॉमस सेवरी के भाप इंजन के साथ 1697 में शुरू होते हैं। । ऊष्मप्रवैगिकी के पहले और दूसरे कानून 1850 में स्थापित किए गए थे। जूल, केल्विन, क्लॉजियस, बोल्ट्जमैन, कारनोट, क्लैप्रोन, गिब्स, मैक्सवेल जैसे कई वैज्ञानिकों ने इस विज्ञान के विकास में योगदान दिया, "थर्मोडायनामिक्स।"

ऊष्मागतिकी क्या है?

थर्मोडायनामिक्स एक विज्ञान है जो ऊर्जा परिवर्तनों का अध्ययन करता है। चूंकि शुरू में यह अध्ययन किया गया था कि भाप इंजनों में गर्मी को कैसे परिवर्तित किया जाए, ग्रीक शब्द "थर्मस" और "डायनामिस" का उपयोग इस नए विज्ञान को नाम देने के लिए किया गया था, जिससे "थर्मोडायनामिक्स" शब्द बना। आकृति 1 देखें।

थर्मोडायनामिक अनुप्रयोग

थर्मोडायनामिक्स के आवेदन का क्षेत्र बहुत व्यापक है। ऊर्जा का परिवर्तन मानव शरीर से कई प्रक्रियाओं में होता है, भोजन के पाचन के साथ, उत्पादों के उत्पादन के लिए कई औद्योगिक प्रक्रियाओं में। घरों में ऐसे उपकरण भी हैं जहां थर्मोडायनामिक्स को अन्य लोगों के अलावा, लोहा, हीटर, एयर कंडीशनर पर लागू किया जाता है। ऊष्मप्रवैगिकी के सिद्धांत विभिन्न प्रकार के क्षेत्रों में भी लागू होते हैं, जैसे कि बिजली संयंत्र, ऑटोमोबाइल, और रॉकेट। आकृति 2 देखें।

की मूल बातें ऊष्मप्रवैगिकी

ऊर्जा (E)

किसी भी सामग्री या गैर-भौतिक निकाय या प्रणाली की संपत्ति जिसे इसकी स्थिति या स्थिति को संशोधित करके परिवर्तित किया जा सकता है। इसे पदार्थ को स्थानांतरित करने की क्षमता या क्षमता के रूप में भी परिभाषित किया गया है। आकृति 3 में आप कुछ ऊर्जा स्रोत देख सकते हैं।

ऊर्जा के रूप

ऊर्जा कई रूपों में आती है, जैसे पवन, विद्युत, यांत्रिक, परमाणु ऊर्जा, अन्य। थर्मोडायनामिक्स के अध्ययन में, गतिज ऊर्जा, निकायों की संभावित ऊर्जा और आंतरिक ऊर्जा का उपयोग किया जाता है। गतिज ऊर्जा (Ec) का संबंध गति, संभावित ऊर्जा (Ep) के साथ ऊंचाई और आंतरिक ऊर्जा (U) के साथ आंतरिक अणुओं के संचलन से है। आकृति 4 देखें।

गर्मी (Q):

दो निकायों के बीच थर्मल ऊर्जा का स्थानांतरण जो विभिन्न तापमानों पर होता है। हीट को जूल, बीटीयू, पाउंड-फीट या कैलोरी में मापा जाता है।

तापमान (T):

यह परमाणुओं या अणुओं की गतिज ऊर्जा का एक उपाय है जो किसी भी भौतिक वस्तु को बनाते हैं। यह किसी वस्तु के आंतरिक अणुओं की तापीय ऊर्जा की गति को मापता है। अणुओं की गति जितनी अधिक होगी, तापमान उतना ही अधिक होगा। इसे डिग्री सेल्सियस, केल्विन, डिग्री रैंकिन या डिग्री फ़ारेनहाइट में मापा जाता है। चित्र 5 में कुछ तापमान पैमानों के बीच समानता प्रस्तुत की गई है।

थर्मोडायनामिक सिद्धांत

ऊष्मप्रवैगिकी में ऊर्जा परिवर्तनों का अध्ययन चार कानूनों पर आधारित है। पहला और दूसरा कानून ऊर्जा की गुणवत्ता और मात्रा से संबंधित हैं; जबकि तीसरा और चौथा कानून थर्मोडायनामिक गुणों (तापमान और एन्ट्रोपी) से संबंधित हैं। 6 और 7 के आंकड़े देखें।

ऊष्मप्रवैगिकी का पहला नियम:

पहला कानून ऊर्जा के संरक्षण के सिद्धांत को स्थापित करता है। ऊर्जा को एक शरीर से दूसरे शरीर में स्थानांतरित किया जा सकता है, या ऊर्जा के दूसरे रूप में परिवर्तित किया जा सकता है, लेकिन यह हमेशा संरक्षित होता है, इसलिए ऊर्जा की कुल मात्रा हमेशा स्थिर रहती है।

एक स्केटिंग रैंप ऊर्जा के संरक्षण के कानून का एक अच्छा उदाहरण है, जहां यह पाया जाता है कि ऊर्जा बनाई या नष्ट नहीं की जाती है, बल्कि एक अन्य प्रकार की ऊर्जा में बदल जाती है। आकृति 8 में एक स्केटर के लिए, जब केवल गुरुत्वाकर्षण बल प्रभावित होता है, तो हमें निम्न करना होगा:

• स्थिति 1: जब स्केटर रैंप में सबसे ऊपर होता है, तो उसके पास जो ऊंचाई होती है, उसके कारण उसके पास आंतरिक ऊर्जा और संभावित ऊर्जा होती है, लेकिन गति में गति नहीं होने के कारण उसकी गतिज ऊर्जा शून्य होती है (गति = 0 मीटर / सेकंड)।
• स्थिति 2: जैसे ही स्केटर रैंप से नीचे की ओर खिसकना शुरू करता है, ऊंचाई कम हो जाती है, आंतरिक ऊर्जा और संभावित ऊर्जा घट जाती है, लेकिन उसकी गतिज ऊर्जा बढ़ जाती है, क्योंकि उसकी गति बढ़ जाती है। ऊर्जा गतिज ऊर्जा में बदल जाती है। जब स्केटर रैंप (स्थिति 2) के सबसे निचले बिंदु तक पहुंचता है, तो उसकी संभावित ऊर्जा शून्य (ऊंचाई = 0 मी) है, जबकि वह रैंप से नीचे की यात्रा में उच्चतम गति प्राप्त करता है।
• स्थिति 3: जैसे ही रैंप ऊपर जाता है, स्केटर गति कम कर देता है, उसकी गतिज ऊर्जा कम हो जाती है, लेकिन आंतरिक ऊर्जा बढ़ जाती है, और संभावित ऊर्जा, जैसा कि वह ऊंचाई हासिल करता है।

उष्मागतिकी का दूसरा नियम:

दूसरा कानून ऊर्जा के "गुणवत्ता" से संबंधित है, ऊर्जा के रूपांतरण और / या संचरण के अनुकूलन में। यह कानून स्थापित करता है कि वास्तविक प्रक्रियाओं में ऊर्जा की गुणवत्ता कम हो जाती है। थर्मोडायनामिक संपत्ति "एंट्रोपी" की परिभाषा पेश की गई है। दूसरे कानून के बयानों में, यह तब स्थापित किया जाता है जब एक प्रक्रिया हो सकती है और जब यह नहीं हो सकता है, भले ही पहले कानून का अनुपालन जारी हो। आकृति 9 देखें।

शून्य कानून:

शून्य कानून में कहा गया है कि यदि दो प्रणालियाँ एक तिहाई के साथ संतुलन में हैं तो वे एक दूसरे के साथ संतुलन में हैं। उदाहरण के लिए, चित्र 10 के लिए, यदि A C के साथ थर्मल संतुलन में है, और C, B के साथ थर्मल संतुलन में है, तो A, B के साथ थर्मल संतुलन में है।

टी के अन्य अवधारणाओंermodynamics

प्रणाली

ब्रह्मांड का एक हिस्सा जो रुचि या अध्ययन का है। चित्र 11 में कॉफी के कप के लिए, "सिस्टम" कप (कॉफी) की सामग्री है जहां थर्मल ऊर्जा के हस्तांतरण का अध्ययन किया जा सकता है। देखें आंकड़ा 12. [4]

वातावरण

यह अध्ययन के तहत प्रणाली के लिए बाहरी ब्रह्मांड का बाकी हिस्सा है। चित्रा 12 में, कॉफी कप को "सीमा" माना जाता है जिसमें कॉफी (सिस्टम) होता है और जो कप (सीमा) के बाहर होता है वह सिस्टम का "वातावरण" होता है।

थर्मोडायनामिक संतुलन

राज्य जिसमें सिस्टम के गुण अच्छी तरह से परिभाषित हैं और समय के साथ भिन्न नहीं होते हैं। जब एक प्रणाली थर्मल संतुलन, यांत्रिक संतुलन और रासायनिक संतुलन प्रस्तुत करती है, तो यह "थर्मोडायनामिक संतुलन" में होता है। संतुलन में, एक प्रणाली अपने राज्य को तब तक संशोधित नहीं कर सकती जब तक कि कोई बाहरी एजेंट उस पर काम न करे। आकृति 13 देखें।

दीवार

ऐसी एंटिटी जो सिस्टम के बीच इंटरैक्शन की अनुमति देती है या रोकती है। यदि दीवार पदार्थ के पारित होने की अनुमति देती है, तो इसे पारगम्य दीवार कहा जाता है। एक एडियाबेटिक दीवार वह है जो दो प्रणालियों के बीच गर्मी हस्तांतरण की अनुमति नहीं देती है। जब दीवार थर्मल ऊर्जा के हस्तांतरण की अनुमति देती है तो इसे डायथर्मिक दीवार कहा जाता है। आकृति 14 देखें।

निष्कर्ष

ऊर्जा पदार्थ को स्थानांतरित करने की क्षमता है। इसकी स्थिति या स्थिति को संशोधित करके इसे रूपांतरित किया जा सकता है।

थर्मोडायनामिक्स एक विज्ञान है जो प्रक्रियाओं में ऊर्जा के आदान-प्रदान और परिवर्तनों का अध्ययन करता है। ऊष्मप्रवैगिकी में ऊर्जा परिवर्तनों का अध्ययन चार कानूनों पर आधारित है। पहला और दूसरा कानून ऊर्जा की गुणवत्ता और मात्रा से संबंधित हैं; जबकि तीसरा और चौथा कानून थर्मोडायनामिक गुणों (तापमान और एन्ट्रोपी) से संबंधित हैं।

तापमान शरीर को बनाने वाले अणुओं के आंदोलन की डिग्री का एक माप है, जबकि गर्मी दो निकायों के बीच थर्मल ऊर्जा का स्थानांतरण है जो विभिन्न तापमानों पर होते हैं।

थर्मोडायनामिक संतुलन तब मौजूद होता है जब सिस्टम थर्मल संतुलन, यांत्रिक संतुलन और रासायनिक संतुलन में एक साथ होता है।

धन्यवाद पत्र: इस लेख के विकास के लिए हमें सलाह दी गई है इंग मैरिसोल पिनो, औद्योगिक उपकरण और नियंत्रण में विशेषज्ञ.