थर्मोडायनामिक्स, ते काय आहे आणि त्याचे अनुप्रयोग

थर्मोडायनामिक्स हे उर्जा अभ्यासावर आधारित एक विज्ञान आहे. थर्मोडायनामिक प्रक्रिया दररोजच्या जीवनात, घरे, उद्योगात, वातानुकूलन उपकरणे, रेफ्रिजरेटर, कार, बॉयलर यासारख्या उर्जेच्या परिवर्तीतून दररोज घडतात. म्हणूनच उर्जाची गुणवत्ता आणि प्रमाणात आणि थर्मोडायनामिक गुणधर्मांमधील संबंध स्थापित करणारे चार मूलभूत कायद्यांवर आधारित थर्मोडायनामिक्सच्या अभ्यासाचे महत्त्व.

थर्मोडायनामिक्सचे कायदे समजून घेण्यासाठी, सोप्या मार्गाने एखाद्याला खाली उजेडल्या जाणार्‍या काही मूलभूत संकल्पनांपासून सुरुवात करावी लागेल जसे की ऊर्जा, उष्णता, तापमान इत्यादी.

आम्ही लेख पाहण्यासाठी आमंत्रित करतो वॅटचा कायदा (अनुप्रयोग - व्यायाम)

थर्मोडायनामिक्स

एक छोटा इतिहास:

थर्मोडायनामिक्स प्रक्रियेत ऊर्जेच्या देवाणघेवाण आणि परिवर्तनांचा अभ्यास करते. आधीपासूनच 1600 च्या दशकात गॅलिलिओने काचेच्या थर्मामीटरचा शोध लावला आणि द्रव आणि त्याच्या तपमानाच्या घनतेचा संबंध घेऊन या क्षेत्रात अभ्यास करण्यास सुरुवात केली.

औद्योगिक क्रांतीद्वारे, थॉमस सावेरीच्या स्टीम इंजिनसह 1697 पासून, अभ्यासाचे शास्त्र म्हणून उदयोन्मुख थर्मोडायनामिक्स, अभ्यासाचे शास्त्र म्हणून उष्णता, काम आणि इंधन यांच्या उर्जेमधील संबंध तसेच स्टीम इंजिनमधील कामगिरी सुधारण्यासाठी अभ्यास चालविला जातो. थर्मोडायनामिक्सचे पहिले आणि द्वितीय कायदे १ 1850० मध्ये स्थापित केले गेले. जौले, केल्विन, क्लॉशियस, बोल्टझमान, कार्नोट, क्लेपेरॉन, गिब्ज, मॅक्सवेल इत्यादींसारख्या अनेक शास्त्रज्ञांनी "थर्मोडायनामिक्स" या विज्ञानाच्या विकासास हातभार लावला.

थर्मोडायनामिक्स म्हणजे काय?

थर्मोडायनामिक्स एक विज्ञान आहे जे ऊर्जा परिवर्तनांचा अभ्यास करते. प्रारंभी उष्णतेचे रूपांतर शक्तीमध्ये कसे करावे याचा अभ्यास केल्यामुळे स्टीम इंजिनमध्ये ग्रीक शब्द "थर्मॉस" आणि "डायनामाइस" या नवीन विज्ञानाला "थर्मोडायनामिक्स" हा शब्द देतात. आकृती 1 पहा.

थर्मोडायनामिक .प्लिकेशन्स

थर्मोडायनामिक्सच्या वापराचे क्षेत्र खूप विस्तृत आहे. उर्जाचे रूपांतर मानवी शरीरातील एकाधिक प्रक्रियेत होते, अन्नाचे पचन होते, अगदी उत्पादनांच्या उत्पादनासाठी असंख्य औद्योगिक प्रक्रियांमध्ये. घरांमध्ये अशी उपकरणे देखील आहेत जिथे थर्मोडायनामिक्स इरॉन, वॉटर हीटर, एअर कंडिशनर, इतरांमध्ये लागू होतात. थर्मोडायनामिक्सची तत्त्वे पावर प्लांट्स, ऑटोमोबाईल्स आणि रॉकेट्ससारख्या विविध क्षेत्रातही लागू केली जातात. आकृती 2 पहा.

च्या मुलभूत गोष्टी थर्मोडायनामिक्स

ऊर्जा (ई)

कोणतीही सामग्री किंवा गैर-भौतिक शरीर किंवा सिस्टमची मालमत्ता ज्याची परिस्थिती किंवा स्थिती सुधारित करुन ते बदलू शकतात. हे द्रव्य स्थानांतरित करण्याची क्षमता किंवा क्षमता देखील परिभाषित केले आहे. आकृती 3 मध्ये आपण काही उर्जा स्त्रोत पाहू शकता.

ऊर्जेचे फॉर्म

पवन, विद्युत, यांत्रिक, विभक्त ऊर्जा यासारख्या बर्‍याच प्रकारात उर्जा येते. थर्मोडायनामिक्सच्या अभ्यासामध्ये गतीशील उर्जा, संभाव्य ऊर्जा आणि शरीराची अंतर्गत उर्जा वापरली जाते. गतिज उर्जा (ईसी) वेग, संभाव्य उर्जा (एपी) उंचीसह आणि अंतर्गत रेणूंच्या हालचालींसह अंतर्गत ऊर्जा (यू) संबंधित आहे. आकृती 4 पहा.

उष्णता (प्रश्न):

वेगवेगळ्या तापमानात असलेल्या दोन शरीरांमधील थर्मल उर्जा हस्तांतरण. जूल, बीटीयू, पाउंड-पाय किंवा कॅलरीमध्ये उष्णता मोजली जाते.

तापमान (टी):

हे अणू किंवा रेणूंच्या गतीशील उर्जाचे एक उपाय आहे जे कोणतीही भौतिक वस्तू बनवते. हे त्याच्या औष्णिक उर्जेच्या ऑब्जेक्टच्या अंतर्गत रेणूंच्या तीव्रतेचे प्रमाण मोजते. रेणूंची हालचाल जितकी जास्त असेल तितके तापमान जास्त. हे डिग्री सेल्सिअस, डिग्री केल्विन, डिग्री रँकिन, किंवा डिग्री फॅरेनहाइटमध्ये मोजले जाते. आकृती 5 मध्ये काही तापमान माप दरम्यान समानता सादर केली गेली आहे.

थर्मोडायनामिक सिद्धांत

थर्मोडायनामिक्समधील उर्जा परिवर्तनांचा अभ्यास चार कायद्यांवर आधारित आहे. पहिले आणि द्वितीय कायदे ऊर्जेची गुणवत्ता आणि प्रमाणात संबंधित आहेत; तर तिसरा आणि चौथा कायदा थर्मोडायनामिक गुणधर्म (तापमान आणि एंट्रोपी) संबंधित आहेत. 6 आणि 7 आकडेवारी पहा.

थर्मोडायनामिक्सचा पहिला कायदा:

पहिला कायदा उर्जा संवर्धनाचे सिद्धांत स्थापित करतो. उर्जा एका शरीरातून दुसर्‍या शरीरात हस्तांतरित केली जाऊ शकते, किंवा उर्जेच्या दुसर्‍या स्वरूपात बदलली जाऊ शकते, परंतु ती नेहमीच संरक्षित केली जाते, म्हणून उर्जेची एकूण रक्कम नेहमीच स्थिर राहते.

एक स्केटिंग रॅम्प उर्जा संवर्धन कायद्याचे एक चांगले उदाहरण आहे, जेथे असे आढळले आहे की ऊर्जा तयार केली किंवा नष्ट केली जात नाही, परंतु दुसर्‍या प्रकारच्या उर्जेमध्ये त्याचे रूपांतर झाले आहे. आकृती 8 मधील स्केटरसाठी जेव्हा केवळ गुरुत्वीय शक्तीचा प्रभाव पडतो तेव्हा आम्हाला:

• स्थिती 1: जेव्हा स्केटर रॅम्पच्या शीर्षस्थानी असेल तेव्हा त्याच्याकडे असलेल्या उंचीमुळे त्याच्याकडे अंतर्गत उर्जा आणि संभाव्य उर्जा असते, परंतु हालचाल (गती = 0 मीटर / सेकंद) नसल्यामुळे त्याची गतिज ऊर्जा शून्य आहे.
• स्थिती 2: जसजसे स्केटर रॅम्प खाली सरकण्यास सुरवात करतो तसतसे उंची कमी होते, अंतर्गत उर्जा आणि संभाव्य उर्जा कमी होते, परंतु त्याची गती वाढत असल्याने त्याची गतिज ऊर्जा वाढते. उर्जा काइनेटिक उर्जेमध्ये बदलली जाते. जेव्हा स्केटर रॅम्पच्या सर्वात कमी बिंदूवर पोहोचतो (स्थान 2), तेव्हा त्याची संभाव्य उर्जा शून्य (उंची = 0 मी) असते, जेव्हा तो उताराच्या खाली प्रवासात सर्वात जास्त वेग मिळवितो.
• स्थिती 3: रॅम्प वर जाताना, स्केटर वेग गमावते, त्याची गतीशील उर्जा कमी होते, परंतु आंतरिक उर्जा वाढते आणि संभाव्य उर्जा जसजशी त्याची उंची वाढत जाते तसतसे.

थर्मोडायनामिक्सचा दुसरा कायदा:

रूपांतरण आणि / किंवा ऊर्जेच्या संप्रेषणाच्या ऑप्टिमायझेशनमध्ये दुसरा कायदा ऊर्जेच्या "गुणवत्तेशी" संबंधित आहे. हा कायदा स्थापित करतो की वास्तविक प्रक्रियेमध्ये उर्जेची गुणवत्ता कमी होते. थर्मोडायनामिक मालमत्ता "एन्ट्रोपी" ची व्याख्या सादर केली गेली आहे. दुसर्‍या कायद्याच्या निवेदनात, जेव्हा एखादी प्रक्रिया होऊ शकते आणि जेव्हा ती शक्य नसते तेव्हा स्थापित केली जाते, जरी पहिल्या कायद्याचे पालन करणे सुरू ठेवले तरीही. आकृती 9 पहा.

शून्य कायदा:

शून्य कायद्यात असे म्हटले आहे की जर तृतीय समतोल साधनांमध्ये दोन प्रणाली एकमेकांशी समतोल असतील. उदाहरणार्थ, आकृती 10 साठी, जर ए सी बरोबर थर्मल समतोल असेल आणि सी सी थर्मल समतोल मध्ये असेल तर बी ए बरोबर थर्मल समतोल मध्ये आहे.

टी च्या इतर संकल्पनाermodynamics

सिस्टम

विश्वाचा भाग जो अभ्यास किंवा स्वारस्य आहे. आकृती 11 मधील कॉफीच्या कपसाठी, "सिस्टम" कप (कॉफी) ची सामग्री आहे जिथे थर्मल एनर्जीच्या हस्तांतरणाचा अभ्यास केला जाऊ शकतो. आकृती १२ पहा. []]

पर्यावरण

अभ्यासाच्या पध्दतीसाठी बाह्य विश्वाचे बाह्य भाग आहे. आकृती 12 मध्ये, कॉफी कपला "बॉर्डर" मानले जाते ज्यामध्ये कॉफी (सिस्टम) असते आणि कपच्या बाहेरील बाजूस जे काही असते ते सिस्टमचे "वातावरण" असते.

थर्मोडायनामिक समतोल

ज्या सिस्टममधील गुणधर्मांची व्याख्या योग्य प्रकारे केली गेली आहे आणि वेळोवेळी ती बदलत नाहीत अशा स्थितीत ठेवा. जेव्हा एखादी यंत्रणा थर्मल समतोल, यांत्रिक संतुलन आणि रासायनिक समतोल सादर करते तेव्हा ती “थर्मोडायनामिक संतुलन” मध्ये असते. समतोल मध्ये, एखादी बाह्य एजंट त्यावर कार्य करत नाही तोपर्यंत सिस्टम आपली स्थिती सुधारू शकत नाही. आकृती 13 पहा.

भिंत

सिस्टम दरम्यान परस्पर संवादांना अनुमती देते किंवा प्रतिबंधित करते अशी अस्तित्व. जर भिंत पदार्थ जाण्यास परवानगी देत ​​असेल तर ही एक पारगम्य भिंत असल्याचे म्हटले जाते. एक iडिआबॅटिक वॉल अशी आहे जी दोन सिस्टममध्ये उष्णता हस्तांतरण करण्यास परवानगी देत ​​नाही. जेव्हा भिंत थर्मल उर्जा हस्तांतरित करण्यास परवानगी देते तेव्हा त्याला डायथेरिक वॉल म्हणतात. आकृती 14 पहा.

निष्कर्ष

ऊर्जा ही वस्तू हलविण्याची क्षमता आहे. त्याची परिस्थिती किंवा स्थिती सुधारित करून हे रूपांतरित केले जाऊ शकते.

थर्मोडायनामिक्स एक असे विज्ञान आहे जे प्रक्रियेतील उर्जाच्या देवाणघेवाण आणि परिवर्तनांचा अभ्यास करते. थर्मोडायनामिक्समधील उर्जा परिवर्तनांचा अभ्यास चार कायद्यांवर आधारित आहे. पहिले आणि द्वितीय कायदे ऊर्जेची गुणवत्ता आणि प्रमाणात संबंधित आहेत; तर तिसरा आणि चौथा कायदा थर्मोडायनामिक गुणधर्म (तापमान आणि एंट्रोपी) संबंधित आहेत.

तापमान हे शरीर बनविणार्‍या रेणूंच्या तीव्रतेचे प्रमाण मोजण्याचे एक माप आहे, तर उष्णता म्हणजे भिन्न तापमानात असलेल्या दोन शरीरांमधील थर्मल उर्जा हस्तांतरण.

थर्मोडायनामिक समतोल अस्तित्वात असतो जेव्हा सिस्टम एकाच वेळी थर्मल समतोल, यांत्रिक संतुलन आणि रासायनिक समतोल असते.

धन्यवाद- या लेखाच्या विकासासाठी आम्हाला सल्लामसलत करण्याचा सन्मान मिळाला आहे इंजिन. मेरीसोल पिनो, औद्योगिक साधन आणि नियंत्रण तज्ञ.