थर्मोडायनामिक सिद्धांत

हे समजण्यासाठी, थर्मोडायनामिक्सच्या विस्तृत आणि गुंतागुंतीच्या जगास, थर्मोडायनामिक सिद्धांतांचा परिचय करून आणि नंतर थर्मोडायनामिक कायद्यांचा अधिक सखोल अभ्यास करून, ते कसे, याचा विचार करून थोड्या थोड्या थोड्या थोड्या थोड्या थोड्या थोड्या मोठ्या प्रमाणावर अभ्यास करण्याची शिफारस केली जाते. गणिताने व्यक्त केले जातात.

थर्मोडायनामिक्सच्या चार कायद्यांसह (शून्य कायदा, पहिला कायदा, दुसरा कायदा आणि तिसरा कायदा) वेगवेगळ्या प्रणालींमधील उर्जाचे हस्तांतरण आणि परिवर्तन कसे कार्य करते याचे वर्णन केले आहे; निसर्गाच्या बर्‍याच भौतिकशास्त्रीय घटना समजून घेण्याचा आधार आहे.

मूलभूत संकल्पनांचा आढावा

आम्ही लेख पाहण्यासाठी आमंत्रित करतो थर्मोडायनामिक्स, ते काय आहे आणि त्याचे अनुप्रयोग

आपण लेखासह या माहितीची पूर्तता करू शकता वॅटचा कायदा (अनुप्रयोग - व्यायाम) आतासाठी आम्ही अनुसरण करतो ...

ऊर्जेचे फॉर्म

उर्जा, त्यांची परिस्थिती किंवा स्थिती सुधारून स्वत: ला रूपांतरित करणार्‍या शरीरांची मालमत्ता, बर्‍याच स्वरूपात येते, जसे की गतीशील उर्जा, संभाव्य उर्जा आणि शरीराची अंतर्गत ऊर्जा. आकृती 1 पहा.

कार्य

हे बल आणि विस्थापन यांचे उत्पादन आहे, दोन्ही एकाच दिशेने मोजले जातात. कार्याची गणना करण्यासाठी, ऑब्जेक्टच्या विस्थापन समांतर असलेल्या शक्तीचा घटक वापरला जातो. कार्य एनएम, जूल (जे), ft.lb-f, किंवा BTU मध्ये मोजले जाते. आकृती 2 पहा.

उष्णता (प्रश्न)

वेगळ्या तापमानात असलेल्या दोन शरीरांमधील थर्मल एनर्जीचे हस्तांतरण आणि तापमान केवळ घटते अशा अर्थाने होते. जूल, बीटीयू, पाउंड-पाय किंवा कॅलरीमध्ये उष्णता मोजली जाते. आकृती 3 पहा.

थर्मोडायनामिक सिद्धांत

शून्य कायदा - शून्य तत्त्व

थर्मोडायनामिक्सच्या शून्य नियमात असे म्हटले आहे की जर ए आणि बी या दोन वस्तू एकमेकांशी थर्मल समतोल असतील आणि ऑब्जेक्ट ए तिसर्‍या ऑब्जेक्ट सी बरोबर समतोल असेल तर ऑब्जेक्ट बी ऑब्जेक्ट सी बरोबर थर्मल समतोल मध्ये असेल तर औष्णिक समतोल उद्भवते. जेव्हा दोन किंवा अधिक शरीरे एकाच तापमानात असतात. आकृती 4 पहा.

हा कायदा थर्मोडायनामिक्सचा मूलभूत नियम मानला जातो. थर्मोडायनामिक्सचे पहिले आणि दुसरे कायदे बनविल्यानंतर ते पोस्ट केले गेले असल्याने 1935 मध्ये हे "शून्य कायदा" म्हणून बनविले गेले.

थर्मोडायनामिक्सचा पहिला कायदा (ऊर्जेच्या संरक्षणाचे तत्त्व)

थर्मोडायनामिक्सच्या प्रथम कायद्याचे विधान:

थर्मोडायनामिक्सचा पहिला कायदा, ज्याला उर्जेचे संवर्धन करण्याचे सिद्धांत देखील म्हटले जाते, ते सांगते की उर्जा तयार केली किंवा नष्ट केली जात नाही, ती केवळ दुसर्‍या प्रकारच्या उर्जेमध्ये बदलली जाते, किंवा ती एका वस्तूमधून दुस another्या वस्तूमध्ये हस्तांतरित केली जाते. अशा प्रकारे विश्वातील उर्जेची एकूण मात्रा बदलत नाही.

पहिला कायदा “सर्वकाही” मध्ये पूर्ण केला जातो, उर्जेचे स्थानांतरण आणि सतत परिवर्तन होते, उदाहरणार्थ, मिक्सर आणि ब्लेंडरसारख्या काही विद्युत उपकरणांमध्ये, विद्युत ऊर्जा यांत्रिक आणि औष्णिक उर्जेमध्ये बदलली जाते, मानवी शरीरात ते रासायनिक रूपांतरित होते. शरीराची हालचाल चालू असताना गतीशील उर्जामध्ये घातलेल्या अन्नाची उर्जा किंवा आकृती 5 मध्ये दाखवल्या गेलेल्या इतर उदाहरणे.

थर्मोडायनामिक्सच्या पहिल्या कायद्याचे समीकरणः

थर्मोडायनामिक तत्त्वांमधील पहिल्या कायद्याचे समीकरण दिलेल्या प्रक्रियेतील उर्जेच्या विविध प्रकारांदरम्यान अस्तित्त्वात असलेली शिल्लक दर्शवते. बंद सिस्टम [१] मध्ये, उर्जा एक्सचेंज केवळ उष्णता हस्तांतरणाद्वारेच दिले जाऊ शकतात, किंवा केलेल्या कार्याद्वारे (सिस्टमद्वारे किंवा त्यावर) हे स्थापित केले जाते की सिस्टमची उर्जा भिन्नता बेरीजच्या समान असते उष्मा आणि कार्याद्वारे ऊर्जा स्थानांतरित होते. आकृती 1 पहा.

या उर्जा संतुलनात विचारात घेतलेली ऊर्जा गतीशील उर्जा, संभाव्य उर्जा आणि अंतर्गत ऊर्जा [1] आहे हे लक्षात घेता, बंद सिस्टमसाठी उर्जा शिल्लक आकृती 7 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे उरते.

• (ईसी) गतीशील ऊर्जा, शरीराच्या हालचालीमुळे;
• (भाग) संभाव्य ऊर्जा, गुरुत्वाकर्षण क्षेत्रात शरीराच्या स्थितीमुळे;
• (यू) अंतर्गत ऊर्जा, शरीराच्या अंतर्गत रेणूंच्या गतीशील आणि संभाव्य उर्जाच्या सूक्ष्म योगदानामुळे.

व्यायाम 1.

सीलबंद कंटेनरमध्ये एक पदार्थ असतो, ज्याची आरंभिक ऊर्जा 10 केजे असते. पदार्थ एका प्रोपेलरने ढवळला जातो जो 500 जे कार्य करतो, तर उष्णता स्त्रोत 20 केजे उष्णता पदार्थात स्थानांतरित करते. याव्यतिरिक्त, प्रक्रियेदरम्यान 3 केजे उष्णता हवेत सोडली जाते. पदार्थाची अंतिम ऊर्जा निश्चित करा. आकृती 8 पहा.

ऊत्तराची:

आकृती 9 मध्ये आपण उष्णता स्त्रोताद्वारे उष्णता जोडू शकता, ज्यास "पॉझिटिव्ह" मानले जाते कारण ते पदार्थाची उर्जा वाढवते, हवेत सोडणारी उष्णता, पदार्थाची उर्जा कमी झाल्यापासून नकारात्मक होते आणि प्रोपेलरचे कार्य, ज्यामुळे उर्जेची वाढ झाली ती एक सकारात्मक चिन्हे आहे.

आकृती 10 मध्ये थर्मोडायनामिक्सच्या पहिल्या कायद्यानुसार ऊर्जा संतुलन सादर केले जाते आणि पदार्थाची अंतिम ऊर्जा प्राप्त केली जाते.

थर्मोडायनामिक्सचा दुसरा कायदा

थर्मोडायनामिक्सच्या दुसर्‍या कायद्याची कित्येक विधाने आहेतः प्लॅंक-केल्विन, क्लॉशियस, कार्नोट यांचे विधान. त्यातील प्रत्येकजण दुसर्‍या कायद्याचा एक वेगळा पैलू दर्शवितो. सामान्यत: थर्मोडायनामिक्स पोस्ट्युलेट्सचा दुसरा नियमः

• थर्मोडायनामिक प्रक्रियेची दिशा, शारीरिक घटनेची अपरिवर्तनीयता.
• थर्मल मशीनची कार्यक्षमता.
• प्रॉपर्टी "एंट्रोपी" प्रविष्ट करा.

थर्मोडायनामिक प्रक्रियेचे दिशा:

उत्स्फूर्त स्वरूपामध्ये, ऊर्जा वाहते किंवा उच्च उर्जा राज्यातून सर्वात कमी ऊर्जा स्थितीत हस्तांतरित केली जाते. उष्णता गरम शरीरातून शीत शरीरात वाहते आणि इतर मार्गाने नाही. आकृती 11 पहा.

कार्यक्षमता किंवा औष्णिक कार्यक्षमता:

थर्मोडायनामिक्सच्या पहिल्या कायद्यानुसार उर्जेची निर्मिती किंवा नाश होत नाही परंतु त्याचे रूपांतर किंवा हस्तांतरण होऊ शकते. परंतु सर्व ऊर्जा हस्तांतरण किंवा रूपांतरणांमध्ये त्यातील एक प्रमाणात काम करणे उपयुक्त नाही. उर्जा स्थानांतरित किंवा रूपांतरित झाल्यामुळे, आरंभिक उर्जेचा काही भाग थर्मल उर्जा म्हणून सोडला जातो: ऊर्जा कमी होते, गुणवत्ता गमावते.

कोणत्याही ऊर्जेच्या परिवर्तीत, प्राप्त केलेल्या उर्जेची मात्रा नेहमी पुरविलेल्या उर्जापेक्षा कमी असते. औष्णिक कार्यक्षमता म्हणजे स्त्रोतातील उष्माची मात्रा जी कार्यामध्ये रूपांतरित होते, प्राप्त केलेली उपयुक्त उर्जा आणि परिवर्तनात पुरविलेल्या उर्जा यांच्यातील गुणोत्तर. आकृती 12 पहा.

औष्णिक मशीन किंवा उष्णता मशीनः

थर्मल मशीन एक असे उपकरण आहे जे उष्णतेचे अंशतः काम किंवा यांत्रिक उर्जेमध्ये रूपांतर करते, यासाठी त्यास उष्णतेचे तापमान उच्च तापमानात पुरवणारे स्त्रोत आवश्यक आहे.

थर्मल मशीनमध्ये पाण्याची वाफ, हवा किंवा इंधन सारख्या पदार्थांचा वापर केला जातो. पदार्थ चक्रीय मार्गाने थर्मोडायनामिक बदलांची मालिका पार पाडतो, जेणेकरून मशीन सतत कार्य करू शकेल.

व्यायाम 2.

मालवाहू वाहनाच्या इंजिनने पेट्रोल पेटवून दहनात उष्णता निर्माण केली. इंजिनच्या प्रत्येक चक्रासाठी, 5 केजेची उष्णता यांत्रिक कार्याच्या 1 केजेमध्ये रूपांतरित होते. मोटरची कार्यक्षमता काय आहे? इंजिनच्या प्रत्येक चक्रात किती उष्णता सोडली जाते? आकृती 13 पहा

ऊत्तराची:

सोडलेली उष्णता निश्चित करण्यासाठी, असे गृहित धरले जाते की थर्मल मशीनमध्ये नेट वर्क सिस्टममध्ये नेट उष्णता हस्तांतरणासारखे असते. आकृती 14 पहा.

एन्ट्रोपी:

एंट्रोपी सिस्टममधील यादृच्छिकता किंवा डिसऑर्डरची डिग्री आहे. एंट्रोपीमुळे उर्जेचा भाग परिमाणित होऊ शकतो ज्याचा उपयोग कामासाठी केला जाऊ शकत नाही, म्हणजेच ते थर्मोडायनामिक प्रक्रियेची अपरिवर्तनीयता मोजण्याचे अनुमती देते.

उद्भवणारी प्रत्येक ऊर्जा हस्तांतरण विश्वाची एंट्रोपी वाढवते आणि काम करण्यासाठी उपलब्ध उर्जेची मात्रा कमी करते. कोणतीही थर्मोडायनामिक प्रक्रिया अशा दिशेने पुढे जाईल ज्यामुळे विश्वाची एकूण एंट्रापी वाढेल. आकृती 15 पहा.

थर्मोडायनामिक्सचा 3 रा कायदा

थर्मोडायनामिक्स किंवा नेर्स्ट पोस्ट्युलेटचा तिसरा कायदा

थर्मोडायनामिक्सचा तिसरा नियम तपमान आणि थंडशी संबंधित आहे. त्यात असे म्हटले आहे की परिपूर्ण शून्य असलेल्या सिस्टमची एंट्रोपी एक निश्चित स्थिरता असते. आकृती 16 पहा.

परिपूर्ण शून्य हे सर्वात कमी तापमान आहे ज्याच्या खाली आता कमी उपाय राहणार नाही, हे शरीर सर्वात थंड असू शकते. परिपूर्ण शून्य 0 के आहे, -273,15 डिग्री सेल्सियस च्या समतुल्य.

निष्कर्ष

चार थर्मोडायनामिक सिद्धांत आहेत. शून्य तत्त्वानुसार हे स्थापित केले जाते की दोन किंवा अधिक शरीरे एकाच तापमानात असताना थर्मल समतोल होतो.

थर्मोडायनामिक्सचा पहिला कायदा प्रक्रियेदरम्यान उर्जा संवर्धनासंदर्भात आहे, तर थर्मोडायनामिक्सचा दुसरा कायदा सर्वात कमी एंट्रॉपीपासून ते दिशात्मकता आणि उष्णता कार्यामध्ये रूपांतरित करणारे उष्णता इंजिनची कार्यक्षमता किंवा कार्यक्षमता संबंधित आहे.

थर्मोडायनामिक्सचा तिसरा नियम तपमान आणि थंडशी संबंधित आहे, त्यात असे म्हटले आहे की परिपूर्ण शून्य असलेल्या सिस्टमची एन्ट्रॉपी एक निश्चित स्थिरता आहे.