థర్మోడైనమిక్ సూత్రాలు

థర్మోడైనమిక్స్ యొక్క విస్తృత మరియు సంక్లిష్టమైన ప్రపంచాన్ని అర్థం చేసుకోవడానికి, ప్రాథమిక పదాల సమీక్ష, థర్మోడైనమిక్ సూత్రాల పరిచయం, ఆపై మరింత లోతుగా థర్మోడైనమిక్ చట్టాలను అధ్యయనం చేయడం, అవి ఎలా ఉన్నాయో దశలవారీగా వెళ్లాలని సిఫార్సు చేయబడింది. మరియు దాని అనువర్తనాలు గణితశాస్త్రంలో వ్యక్తీకరించబడతాయి.

థర్మోడైనమిక్స్ యొక్క నాలుగు చట్టాలతో (సున్నా చట్టం, మొదటి చట్టం, రెండవ చట్టం మరియు మూడవ చట్టం), వివిధ వ్యవస్థల మధ్య శక్తి యొక్క బదిలీలు మరియు పరివర్తనాలు ఎలా పనిచేస్తాయో వివరించబడింది; ప్రకృతి యొక్క అనేక భౌతిక-రసాయన విషయాలను అర్థం చేసుకోవడానికి ఆధారం.

ప్రాథమిక భావనల సమీక్ష

వ్యాసం చూడటానికి మేము మిమ్మల్ని ఆహ్వానిస్తున్నాము థర్మోడైనమిక్స్, అది ఏమిటి మరియు దాని అనువర్తనాలు

మీరు ఈ సమాచారాన్ని వ్యాసంతో పూర్తి చేయవచ్చు వాట్ యొక్క చట్టం యొక్క శక్తి (అనువర్తనాలు - వ్యాయామాలు) ఇప్పుడు కోసం మేము అనుసరించాము ...

శక్తి యొక్క రూపాలు

శక్తి, శరీర పరిస్థితిని లేదా స్థితిని సవరించడం ద్వారా తమను తాము మార్చుకునే ఆస్తి, అనేక రూపాల్లో సంభవిస్తుంది గతి శక్తి, సంభావ్య శక్తి మరియు శరీరాల అంతర్గత శక్తి. ఫిగర్ 1 చూడండి.

నేను పని

ఇది ఒక శక్తి మరియు స్థానభ్రంశం యొక్క ఉత్పత్తి, రెండూ ఒకే దిశలో కొలుస్తారు. పనిని లెక్కించడానికి, వస్తువు యొక్క స్థానభ్రంశానికి సమాంతరంగా ఉండే శక్తి యొక్క భాగం ఉపయోగించబడుతుంది. పనిని Nm, Joule (J), ft.lb-f, లేదా BTU లో కొలుస్తారు. ఫిగర్ 2 చూడండి.

వేడి (Q)

వేర్వేరు ఉష్ణోగ్రతలలో ఉన్న రెండు శరీరాల మధ్య ఉష్ణ శక్తిని బదిలీ చేయడం మరియు ఉష్ణోగ్రత తగ్గుతుంది అనే అర్థంలో మాత్రమే ఇది జరుగుతుంది. జౌల్, బిటియు, పౌండ్-అడుగులు లేదా కేలరీలలో వేడిని కొలుస్తారు. ఫిగర్ 3 చూడండి.

థర్మోడైనమిక్ సూత్రాలు

జీరో లా - జీరో ప్రిన్సిపల్

థర్మోడైనమిక్స్ యొక్క సున్నా నియమం ప్రకారం, A మరియు B అనే రెండు వస్తువులు ఒకదానితో ఒకటి ఉష్ణ సమతుల్యతలో ఉంటే, మరియు ఆబ్జెక్ట్ మూడవ వస్తువు C తో సమతుల్యతలో ఉంటే, ఆబ్జెక్ట్ B ఆబ్జెక్ట్ సి తో ఉష్ణ సమతుల్యతలో ఉంటుంది. థర్మల్ సమతుల్యత సంభవిస్తుంది రెండు లేదా అంతకంటే ఎక్కువ శరీరాలు ఒకే ఉష్ణోగ్రతలో ఉన్నప్పుడు. ఫిగర్ 4 చూడండి.

ఈ చట్టం థర్మోడైనమిక్స్ యొక్క ప్రాథమిక చట్టంగా పరిగణించబడుతుంది. థర్మోడైనమిక్స్ యొక్క మొదటి మరియు రెండవ చట్టాలు చేసిన తరువాత దీనిని 1935 లో "జీరో లా" గా ప్రతిపాదించారు.

1 వ థర్మోడైనమిక్స్ చట్టం (శక్తి పరిరక్షణ సూత్రం)

థర్మోడైనమిక్స్ యొక్క మొదటి చట్టం యొక్క ప్రకటన:

థర్మోడైనమిక్స్ యొక్క మొదటి నియమం, శక్తి పరిరక్షణ సూత్రం అని కూడా పిలుస్తారు, శక్తి సృష్టించబడదు లేదా నాశనం చేయబడదు, అది మరొక రకమైన శక్తిగా మాత్రమే రూపాంతరం చెందుతుంది లేదా అది ఒక వస్తువు నుండి మరొక వస్తువుకు బదిలీ చేయబడుతుంది. అందువలన విశ్వంలో మొత్తం శక్తి మారదు.

మొదటి చట్టం “ప్రతిదీ” లో నెరవేరుతుంది, శక్తి బదిలీ చేయబడుతుంది మరియు నిరంతరం రూపాంతరం చెందుతుంది, ఉదాహరణకు, మిక్సర్లు మరియు బ్లెండర్లు వంటి కొన్ని విద్యుత్ పరికరాలలో, విద్యుత్ శక్తి యాంత్రిక మరియు ఉష్ణ శక్తిగా రూపాంతరం చెందుతుంది, మానవ శరీరంలో అవి రసాయనంగా రూపాంతరం చెందుతాయి శరీరం కదలికలో ఉన్నప్పుడు గతిశక్తిలోకి తీసుకునే ఆహార శక్తి లేదా ఫిగర్ 5 లో చూపిన ఇతర ఉదాహరణలు.

థర్మోడైనమిక్స్ యొక్క మొదటి నియమం యొక్క సమీకరణం:

థర్మోడైనమిక్ సూత్రాలలోని మొదటి చట్ట సమీకరణం ఇచ్చిన ప్రక్రియలో వివిధ రకాలైన శక్తి మధ్య ఉండాలి. మూసివేసిన వ్యవస్థలలో [1], శక్తి మార్పిడి ఉష్ణ బదిలీ ద్వారా మాత్రమే ఇవ్వబడుతుంది, లేదా చేసిన పని ద్వారా (వ్యవస్థ ద్వారా లేదా వ్యవస్థ ద్వారా) వ్యవస్థ యొక్క శక్తి యొక్క వైవిధ్యం మొత్తానికి సమానమని నిర్ధారించబడింది శక్తి ద్వారా మరియు పని ద్వారా బదిలీ అవుతుంది. ఫిగర్ 6 చూడండి.

ఈ శక్తి సమతుల్యతలో పరిగణించబడే శక్తులు గతిశక్తి, సంభావ్య శక్తి మరియు అంతర్గత శక్తి [1] అని పరిగణనలోకి తీసుకుంటే, మూసివేసిన వ్యవస్థలకు శక్తి సమతుల్యత ఫిగర్ 7 లో చూపిన విధంగానే ఉంటుంది.

• (ఇసి) గతి శక్తి , శరీరం యొక్క కదలిక కారణంగా;
• (ఎపి) సంభావ్య శక్తి, గురుత్వాకర్షణ క్షేత్రంలో శరీరం యొక్క స్థానం కారణంగా;
• (యు) అంతర్గత శక్తి, శరీరం యొక్క అంతర్గత అణువుల యొక్క గతి మరియు సంభావ్య శక్తి యొక్క సూక్ష్మదర్శిని రచనల కారణంగా.

వ్యాయామం 1.

మూసివున్న కంటైనర్ ఒక పదార్ధాన్ని కలిగి ఉంటుంది, దీని ప్రారంభ శక్తి 10 kJ. ఈ పదార్ధం 500 J పని చేసే ప్రొపెల్లర్‌తో కదిలిస్తుంది, అయితే వేడి మూలం 20 kJ వేడిని పదార్ధానికి బదిలీ చేస్తుంది. అదనంగా, ఈ ప్రక్రియలో 3kJ వేడి గాలిలోకి విడుదల అవుతుంది. పదార్ధం యొక్క తుది శక్తిని నిర్ణయించండి. ఫిగర్ 8 చూడండి.

పరిష్కారం:

ఫిగర్ 9 లో మీరు వేడి మూలం చేత జోడించబడిన వేడిని చూడవచ్చు, ఇది పదార్ధం యొక్క శక్తిని, గాలిలోకి విడుదలయ్యే వేడిని పెంచుతుంది కాబట్టి ఇది "పాజిటివ్" గా పరిగణించబడుతుంది, ఇది పదార్ధం యొక్క శక్తిని తగ్గిస్తుంది కాబట్టి ప్రతికూలంగా ఉంటుంది. ప్రొపెల్లర్ యొక్క పని, ఇది శక్తిని పెంచింది సానుకూల సంకేతం.

ఫిగర్ 10 లో థర్మోడైనమిక్స్ యొక్క మొదటి నియమం ప్రకారం శక్తి సమతుల్యత ప్రదర్శించబడుతుంది మరియు పదార్ధం యొక్క తుది శక్తి పొందబడుతుంది.

థర్మోడైనమిక్స్ యొక్క రెండవ నియమం

థర్మోడైనమిక్స్ యొక్క రెండవ నియమం యొక్క అనేక ప్రకటనలు ఉన్నాయి: ప్లాంక్-కెల్విన్, క్లాసియస్, కార్నోట్ యొక్క ప్రకటన. వాటిలో ప్రతి రెండవ చట్టం యొక్క విభిన్న కోణాన్ని చూపిస్తుంది. సాధారణంగా థర్మోడైనమిక్స్ యొక్క రెండవ నియమం ఇలా సూచిస్తుంది:

• థర్మోడైనమిక్ ప్రక్రియల దిశ, భౌతిక దృగ్విషయం యొక్క కోలుకోలేనిది.
• ఉష్ణ యంత్రాల సామర్థ్యం.
• ఆస్తి "ఎంట్రోపీ" ను నమోదు చేయండి.

థర్మోడైనమిక్ ప్రక్రియల దిశ:

ప్రకృతిలో ఆకస్మికంగా, శక్తి ప్రవహిస్తుంది లేదా అత్యధిక శక్తి స్థితి నుండి అత్యల్ప శక్తి స్థితికి బదిలీ చేయబడుతుంది. వేడి శరీరాల నుండి చల్లని శరీరాలకు వేడి ప్రవహిస్తుంది మరియు దీనికి విరుద్ధంగా కాదు. ఫిగర్ 11 చూడండి.

సమర్థత లేదా ఉష్ణ పనితీరు:

థర్మోడైనమిక్స్ యొక్క మొదటి నియమం ప్రకారం, శక్తి సృష్టించబడదు లేదా నాశనం చేయబడదు, కానీ దానిని మార్చవచ్చు లేదా బదిలీ చేయవచ్చు. కానీ శక్తి యొక్క అన్ని బదిలీలలో లేదా పరివర్తనాలలో దానిలో కొంత భాగం పని చేయడానికి ఉపయోగపడదు. శక్తి బదిలీ చేయబడినప్పుడు లేదా రూపాంతరం చెందుతున్నప్పుడు, ప్రారంభ శక్తిలో కొంత భాగం ఉష్ణ శక్తిగా విడుదల అవుతుంది: శక్తి క్షీణిస్తుంది, నాణ్యతను కోల్పోతుంది.

ఏదైనా శక్తి పరివర్తనలో, పొందిన శక్తి మొత్తం సరఫరా చేయబడిన శక్తి కంటే తక్కువగా ఉంటుంది. థర్మల్ ఎఫిషియెన్సీ అంటే పని నుండి మార్చబడిన మూలం నుండి వచ్చే వేడి మొత్తం, పొందిన ఉపయోగకరమైన శక్తి మరియు పరివర్తనలో సరఫరా చేయబడిన శక్తి మధ్య నిష్పత్తి. ఫిగర్ 12 చూడండి.

థర్మల్ మెషిన్ లేదా హీట్ మెషిన్:

హీట్ ఇంజిన్ అనేది వేడిని పని లేదా యాంత్రిక శక్తిగా పాక్షికంగా మార్చే ఒక పరికరం, దీనికి అధిక ఉష్ణోగ్రత వద్ద వేడిని సరఫరా చేసే మూలం అవసరం.

ఉష్ణ యంత్రాలలో నీటి ఆవిరి, గాలి లేదా ఇంధనం వంటి పదార్ధం ఉపయోగించబడుతుంది. ఈ పదార్ధం చక్రీయ మార్గంలో థర్మోడైనమిక్ పరివర్తనాల శ్రేణికి లోనవుతుంది, తద్వారా యంత్రం నిరంతరం పని చేస్తుంది.

వ్యాయామం 2.

కార్గో వాహనం యొక్క ఇంజిన్ గ్యాసోలిన్‌ను కాల్చడం ద్వారా దహనంలో వేడిని ఉత్పత్తి చేస్తుంది. ఇంజిన్ యొక్క ప్రతి చక్రానికి, 5 kJ యొక్క వేడి 1kJ యాంత్రిక పనిగా మార్చబడుతుంది. మోటారు సామర్థ్యం ఏమిటి? ఇంజిన్ యొక్క ప్రతి చక్రానికి ఎంత వేడి విడుదల అవుతుంది? ఫిగర్ 13 చూడండి

పరిష్కారం:

విడుదలైన వేడిని నిర్ణయించడానికి, థర్మల్ మెషీన్లలో నికర పని వ్యవస్థకు నికర ఉష్ణ బదిలీకి సమానం అని భావించబడుతుంది. ఫిగర్ 14 చూడండి.

ఎంట్రోపీ:

ఎంట్రోపీ అనేది వ్యవస్థలో యాదృచ్ఛికత లేదా రుగ్మత యొక్క డిగ్రీ. పనిని ఉత్పత్తి చేయడానికి ఉపయోగించలేని శక్తి యొక్క భాగాన్ని లెక్కించడానికి ఎంట్రోపీ సాధ్యపడుతుంది, అనగా ఇది థర్మోడైనమిక్ ప్రక్రియ యొక్క కోలుకోలేని సామర్థ్యాన్ని లెక్కించడానికి అనుమతిస్తుంది.

సంభవించే ప్రతి శక్తి బదిలీ విశ్వం యొక్క ఎంట్రోపీని పెంచుతుంది మరియు పని చేయడానికి అందుబాటులో ఉన్న శక్తిని తగ్గిస్తుంది. ఏదైనా థర్మోడైనమిక్ ప్రక్రియ విశ్వం యొక్క మొత్తం ఎంట్రోపీని పెంచే దిశలో కొనసాగుతుంది. ఫిగర్ 15 చూడండి.

థర్మోడైనమిక్స్ యొక్క 3 వ చట్టం

థర్మోడైనమిక్స్ లేదా నెర్స్ట్ పోస్టులేట్ యొక్క మూడవ చట్టం

థర్మోడైనమిక్స్ యొక్క మూడవ నియమం ఉష్ణోగ్రత మరియు శీతలీకరణకు సంబంధించినది. సంపూర్ణ సున్నా వద్ద వ్యవస్థ యొక్క ఎంట్రోపీ ఖచ్చితమైన స్థిరాంకం అని ఇది పేర్కొంది. ఫిగర్ 16 చూడండి.

సంపూర్ణ సున్నా అనేది తక్కువ కొలత లేని తక్కువ ఉష్ణోగ్రత, ఇది శరీరానికి అతి శీతలమైనది. సంపూర్ణ సున్నా 0 K, -273,15 toC కు సమానం.

నిర్ధారణకు

నాలుగు థర్మోడైనమిక్ సూత్రాలు ఉన్నాయి. రెండు లేదా అంతకంటే ఎక్కువ శరీరాలు ఒకే ఉష్ణోగ్రతలో ఉన్నప్పుడు ఉష్ణ సమతుల్యత ఏర్పడుతుందని సున్నా సూత్రంలో నిర్ధారించబడింది.

థర్మోడైనమిక్స్ యొక్క మొదటి నియమం ప్రక్రియల మధ్య శక్తి పరిరక్షణతో వ్యవహరిస్తుంది, థర్మోడైనమిక్స్ యొక్క రెండవ నియమం తక్కువ నుండి అత్యధిక ఎంట్రోపీ వరకు దిశాత్మకతతో మరియు వేడిని పనిగా మార్చే హీట్ ఇంజిన్ల సామర్థ్యం లేదా పనితీరుతో వ్యవహరిస్తుంది.

థర్మోడైనమిక్స్ యొక్క మూడవ నియమం ఉష్ణోగ్రత మరియు శీతలీకరణకు సంబంధించినది, ఇది సంపూర్ణ సున్నా వద్ద ఒక వ్యవస్థ యొక్క ఎంట్రోపీ ఒక ఖచ్చితమైన స్థిరాంకం అని పేర్కొంది.