థర్మోడైనమిక్స్, అది ఏమిటి మరియు దాని అనువర్తనాలు

థర్మోడైనమిక్స్ అనేది శక్తి అధ్యయనం ఆధారంగా ఒక శాస్త్రం. రోజువారీ జీవితంలో, ఇళ్లలో, పరిశ్రమలో, శక్తి పరివర్తనతో, ఎయిర్ కండిషనింగ్ పరికరాలు, రిఫ్రిజిరేటర్లు, కార్లు, బాయిలర్లు వంటి వాటిలో థర్మోడైనమిక్ ప్రక్రియలు ప్రతిరోజూ జరుగుతాయి. అందువల్ల థర్మోడైనమిక్స్ అధ్యయనం యొక్క ప్రాముఖ్యత, శక్తి యొక్క నాణ్యత మరియు పరిమాణం మరియు థర్మోడైనమిక్ లక్షణాల మధ్య సంబంధాలను ఏర్పరిచే నాలుగు ప్రాథమిక చట్టాల ఆధారంగా.

థర్మోడైనమిక్స్ యొక్క నియమాలను అర్థం చేసుకోవడానికి, ఒక సులభమైన మార్గంలో, శక్తి, వేడి, ఉష్ణోగ్రత వంటి వాటిలో క్రింద బహిర్గతమయ్యే కొన్ని ప్రాథమిక భావనల నుండి ప్రారంభించాలి.

వ్యాసం చూడటానికి మేము మిమ్మల్ని ఆహ్వానిస్తున్నాము వాట్ యొక్క చట్టం యొక్క శక్తి (అనువర్తనాలు - వ్యాయామాలు)

థర్మోడైనమిక్స్

ఒక బిట్ చరిత్ర:

థర్మోడైనమిక్స్ ప్రక్రియలలో శక్తి యొక్క మార్పిడి మరియు పరివర్తనలను అధ్యయనం చేస్తుంది. ఇప్పటికే 1600 లలో గెలీలియో గ్లాస్ థర్మామీటర్ యొక్క ఆవిష్కరణతో మరియు ఒక ద్రవం యొక్క సాంద్రత మరియు దాని ఉష్ణోగ్రత యొక్క సంబంధంతో ఈ ప్రాంతంలో అధ్యయనాలు చేయడం ప్రారంభించింది.

పారిశ్రామిక విప్లవంతో, వేడి, పని మరియు ఇంధనాల శక్తి మధ్య సంబంధాలను తెలుసుకోవడానికి అధ్యయనాలు జరుగుతాయి, అలాగే ఆవిరి ఇంజిన్ల పనితీరును మెరుగుపరచడం, థర్మోడైనమిక్స్ను ఒక అధ్యయన శాస్త్రంగా అభివృద్ధి చేయడం, 1697 లో థామస్ సావేరి యొక్క ఆవిరి యంత్రంతో ప్రారంభమవుతుంది . థర్మోడైనమిక్స్ యొక్క మొదటి మరియు రెండవ నియమాలు 1850 లో స్థాపించబడ్డాయి. జూల్, కెల్విన్, క్లాసియస్, బోల్ట్జ్మాన్, కార్నోట్, క్లాపెరాన్, గిబ్స్, మాక్స్వెల్ వంటి అనేకమంది శాస్త్రవేత్తలు ఈ శాస్త్రం "థర్మోడైనమిక్స్" అభివృద్ధికి దోహదపడ్డారు.

థర్మోడైనమిక్స్ అంటే ఏమిటి?

థర్మోడైనమిక్స్ శక్తి పరివర్తనలను అధ్యయనం చేసే శాస్త్రం. ఆవిరి ఇంజిన్లలో, వేడిని శక్తిగా ఎలా మార్చాలో మొదట్లో అధ్యయనం చేయబడినప్పటి నుండి, గ్రీకు పదాలు "థర్మోస్" మరియు "డైనమిస్" ఈ కొత్త శాస్త్రానికి పేరు పెట్టడానికి ఉపయోగించబడ్డాయి, ఇది "థర్మోడైనమిక్స్" అనే పదాన్ని రూపొందించింది. ఫిగర్ 1 చూడండి.

థర్మోడైనమిక్ అప్లికేషన్స్

థర్మోడైనమిక్స్ యొక్క అప్లికేషన్ యొక్క ప్రాంతం చాలా విస్తృతమైనది. శక్తి యొక్క పరివర్తన మానవ శరీరం నుండి, ఆహారం జీర్ణక్రియతో, ఉత్పత్తుల ఉత్పత్తి కోసం అనేక పారిశ్రామిక ప్రక్రియలకు సంభవిస్తుంది. ఇళ్లలో ఐరన్లు, వాటర్ హీటర్లు, ఎయిర్ కండీషనర్లు వంటి వాటికి థర్మోడైనమిక్స్ వర్తించే పరికరాలు కూడా ఉన్నాయి. థర్మోడైనమిక్స్ సూత్రాలు విద్యుత్ ప్లాంట్లు, ఆటోమొబైల్స్ మరియు రాకెట్ల వంటి అనేక రకాల రంగాలలో కూడా వర్తించబడతాయి. ఫిగర్ 2 చూడండి.

యొక్క ప్రాథమికాలు థర్మోడైనమిక్స్

శక్తి (ఇ)

ఏదైనా పదార్థం లేదా పదార్థం కాని శరీరం లేదా వ్యవస్థ యొక్క ఆస్తి దాని పరిస్థితిని లేదా స్థితిని సవరించడం ద్వారా మార్చవచ్చు. ఇది పదార్థాన్ని కదిలించే సామర్థ్యం లేదా సామర్థ్యం అని కూడా నిర్వచించబడింది. ఫిగర్ 3 లో మీరు కొన్ని శక్తి వనరులను చూడవచ్చు.

శక్తి యొక్క రూపాలు

శక్తి గాలి, ఎలక్ట్రికల్, మెకానికల్, న్యూక్లియర్ ఎనర్జీ వంటి అనేక రూపాల్లో వస్తుంది. థర్మోడైనమిక్స్ అధ్యయనంలో, గతి శక్తి, సంభావ్య శక్తి మరియు శరీరాల అంతర్గత శక్తి ఉపయోగించబడతాయి. గతి శక్తి (Ec) వేగానికి సంబంధించినది, ఎత్తుతో సంభావ్య శక్తి (Ep) మరియు అంతర్గత అణువుల కదలికతో అంతర్గత శక్తి (U). ఫిగర్ 4 చూడండి.

వేడి (Q):

వేర్వేరు ఉష్ణోగ్రతలలో ఉన్న రెండు శరీరాల మధ్య ఉష్ణ శక్తిని బదిలీ చేయడం. జౌల్, బిటియు, పౌండ్-అడుగులు లేదా కేలరీలలో వేడిని కొలుస్తారు.

ఉష్ణోగ్రత (టి):

ఇది ఏదైనా భౌతిక వస్తువును తయారుచేసే అణువుల లేదా అణువుల యొక్క గతి శక్తి యొక్క కొలత. ఇది ఒక వస్తువు యొక్క అంతర్గత అణువుల, దాని ఉష్ణ శక్తి యొక్క ఆందోళన స్థాయిని కొలుస్తుంది. అణువుల కదలిక ఎక్కువ, ఉష్ణోగ్రత ఎక్కువ. ఇది డిగ్రీల సెల్సియస్, డిగ్రీల కెల్విన్, డిగ్రీల రాంకైన్ లేదా డిగ్రీల ఫారెన్‌హీట్లలో కొలుస్తారు. ఫిగర్ 5 లో కొన్ని ఉష్ణోగ్రత ప్రమాణాల మధ్య సమానత్వం ప్రదర్శించబడుతుంది.

థర్మోడైనమిక్ సూత్రాలు

థర్మోడైనమిక్స్లో శక్తి పరివర్తనాల అధ్యయనం నాలుగు చట్టాలపై ఆధారపడి ఉంటుంది. మొదటి మరియు రెండవ చట్టాలు శక్తి యొక్క నాణ్యత మరియు పరిమాణానికి సంబంధించినవి; మూడవ మరియు నాల్గవ చట్టాలు థర్మోడైనమిక్ లక్షణాలకు (ఉష్ణోగ్రత మరియు ఎంట్రోపీ) సంబంధించినవి. 6 మరియు 7 గణాంకాలను చూడండి.

థర్మోడైనమిక్స్ యొక్క మొదటి చట్టం:

మొదటి చట్టం శక్తి పరిరక్షణ సూత్రాన్ని ఏర్పాటు చేస్తుంది. శక్తిని ఒక శరీరం నుండి మరొక శరీరానికి బదిలీ చేయవచ్చు, లేదా మరొక శక్తికి మార్చవచ్చు, కానీ ఇది ఎల్లప్పుడూ సంరక్షించబడుతుంది, కాబట్టి మొత్తం శక్తి మొత్తం స్థిరంగా ఉంటుంది.

స్కేటింగ్ రాంప్ శక్తి పరిరక్షణ చట్టానికి మంచి ఉదాహరణ, ఇక్కడ శక్తి సృష్టించబడదు లేదా నాశనం చేయబడదు, కానీ మరొక రకమైన శక్తిగా రూపాంతరం చెందుతుంది. ఫిగర్ 8 లో ఉన్న స్కేటర్ కోసం, గురుత్వాకర్షణ శక్తి మాత్రమే ప్రభావితం చేసినప్పుడు, మనం:

• స్థానం 1: స్కేటర్ ర్యాంప్ పైభాగంలో ఉన్నప్పుడు, అతను ఎత్తులో ఉన్నందున అతనికి అంతర్గత శక్తి మరియు సంభావ్య శక్తి ఉంటుంది, కాని అతను కదలికలో లేనందున అతని గతి శక్తి సున్నా అవుతుంది (వేగం = 0 మీ / సె).
• స్థానం 2: స్కేటర్ ర్యాంప్ నుండి క్రిందికి జారడం ప్రారంభించినప్పుడు, ఎత్తు తగ్గుతుంది, అంతర్గత శక్తి మరియు సంభావ్య శక్తిని తగ్గిస్తుంది, కానీ అతని గతి శక్తిని పెంచుతుంది, ఎందుకంటే అతని వేగం పెరుగుతుంది. శక్తి గతి శక్తిగా రూపాంతరం చెందుతుంది. స్కేటర్ రాంప్ (స్థానం 2) యొక్క అత్యల్ప స్థానానికి చేరుకున్నప్పుడు, అతని సంభావ్య శక్తి సున్నా (ఎత్తు = 0 మీ), అతను ర్యాంప్ నుండి తన ప్రయాణంలో అత్యధిక వేగాన్ని పొందుతాడు.
• స్థానం 3: ర్యాంప్ పైకి వెళ్ళేటప్పుడు, స్కేటర్ వేగాన్ని కోల్పోతాడు, అతని గతి శక్తిని తగ్గిస్తాడు, కాని అంతర్గత శక్తి పెరుగుతుంది మరియు సంభావ్య శక్తి, అతను ఎత్తు పెరిగేకొద్దీ.

థర్మోడైనమిక్స్ యొక్క రెండవ నియమం:

రెండవ నియమం శక్తి యొక్క "నాణ్యత" కు సంబంధించినది, శక్తి మార్పిడి మరియు / లేదా ప్రసారాన్ని ఆప్టిమైజ్ చేయడంలో. ఈ చట్టం నిజమైన ప్రక్రియలలో శక్తి యొక్క నాణ్యత తగ్గుతుందని నిర్ధారిస్తుంది. థర్మోడైనమిక్ ఆస్తి "ఎంట్రోపీ" యొక్క నిర్వచనం ప్రవేశపెట్టబడింది. రెండవ చట్టం యొక్క ప్రకటనలలో, ఒక ప్రక్రియ ఎప్పుడు సంభవిస్తుందో మరియు అది సాధ్యం కానప్పుడు, మొదటి చట్టం పాటించటం కొనసాగించినా అది స్థాపించబడుతుంది. ఫిగర్ 9 చూడండి.

జీరో లా:

రెండు వ్యవస్థలు మూడవ వంతుతో సమతుల్యతలో ఉంటే అవి ఒకదానితో ఒకటి సమతుల్యతలో ఉన్నాయని సున్నా చట్టం పేర్కొంది. ఉదాహరణకు, మూర్తి 10 కొరకు, A తో C తో ఉష్ణ సమతుల్యతలో ఉంటే, మరియు C B తో ఉష్ణ సమతుల్యతలో ఉంటే, A B తో ఉష్ణ సమతుల్యతలో ఉంటుంది.

టి యొక్క ఇతర అంశాలుermodynamics

వ్యవస్థ

ఆసక్తి లేదా అధ్యయనం చేసే విశ్వం యొక్క భాగం. మూర్తి 11 లోని కప్పు కప్పు కోసం, "వ్యవస్థ" అనేది కప్ (కాఫీ) యొక్క కంటెంట్, ఇక్కడ ఉష్ణ శక్తి బదిలీని అధ్యయనం చేయవచ్చు. ఫిగర్ 12 చూడండి. [4]

పర్యావరణం

ఇది అధ్యయనం చేస్తున్న వ్యవస్థకు బాహ్య విశ్వం యొక్క మిగిలిన భాగం. మూర్తి 12 లో, కాఫీ కప్పును కాఫీ (వ్యవస్థ) కలిగి ఉన్న "సరిహద్దు" గా పరిగణిస్తారు మరియు కప్ (సరిహద్దు) వెలుపల ఉన్నది వ్యవస్థ యొక్క "పర్యావరణం".

థర్మోడైనమిక్ సమతౌల్యం

వ్యవస్థ యొక్క లక్షణాలు బాగా నిర్వచించబడిన మరియు కాలక్రమేణా మారని స్థితి. ఒక వ్యవస్థ ఉష్ణ సమతుల్యత, యాంత్రిక సమతుల్యత మరియు రసాయన సమతుల్యతను ప్రదర్శించినప్పుడు, అది "థర్మోడైనమిక్ సమతుల్యత" లో ఉంటుంది. సమతుల్యతలో, బాహ్య ఏజెంట్ దానిపై పనిచేయకపోతే వ్యవస్థ దాని స్థితిని సవరించదు. ఫిగర్ 13 చూడండి.

గోడ

వ్యవస్థల మధ్య పరస్పర చర్యలను అనుమతించే లేదా నిరోధించే సంస్థ. గోడ పదార్ధం వెళ్ళడానికి అనుమతిస్తే, అది పారగమ్య గోడ అని అంటారు. ఒక అడియాబాటిక్ గోడ రెండు వ్యవస్థల మధ్య ఉష్ణ బదిలీని అనుమతించదు. గోడ ఉష్ణ శక్తిని బదిలీ చేయడానికి అనుమతించినప్పుడు దీనిని డైదర్మిక్ వాల్ అంటారు. ఫిగర్ 14 చూడండి.

ముగింపులు

పదార్థం కదిలే సామర్థ్యం శక్తి. దాని పరిస్థితిని లేదా స్థితిని సవరించడం ద్వారా దీనిని మార్చవచ్చు.

థర్మోడైనమిక్స్ అనేది ప్రక్రియలలో శక్తి యొక్క మార్పిడి మరియు పరివర్తనలను అధ్యయనం చేసే ఒక శాస్త్రం. థర్మోడైనమిక్స్లో శక్తి పరివర్తనాల అధ్యయనం నాలుగు చట్టాలపై ఆధారపడి ఉంటుంది. మొదటి మరియు రెండవ చట్టాలు శక్తి యొక్క నాణ్యత మరియు పరిమాణానికి సంబంధించినవి; మూడవ మరియు నాల్గవ చట్టాలు థర్మోడైనమిక్ లక్షణాలకు (ఉష్ణోగ్రత మరియు ఎంట్రోపీ) సంబంధించినవి.

ఉష్ణోగ్రత అనేది ఒక శరీరాన్ని తయారుచేసే అణువుల ఆందోళన యొక్క కొలత, అయితే వేడి అనేది వేర్వేరు ఉష్ణోగ్రతలలో ఉన్న రెండు శరీరాల మధ్య ఉష్ణ శక్తిని బదిలీ చేయడం.

వ్యవస్థ ఏకకాలంలో ఉష్ణ సమతుల్యత, యాంత్రిక సమతుల్యత మరియు రసాయన సమతుల్యతలో ఉన్నప్పుడు థర్మోడైనమిక్ సమతుల్యత ఉంటుంది.

ధన్యవాదాలు-గమనిక: ఈ వ్యాసం యొక్క అభివృద్ధి కోసం మాకు సలహా ఉన్న గౌరవం ఉంది మారిసోల్ పినో, ఇండస్ట్రియల్ ఇన్స్ట్రుమెంటేషన్ అండ్ కంట్రోల్ నిపుణుడు.