ऊष्मप्रवैगिकी अवलोकन और बुनियादी अवधारणाओं

ऊष्मप्रवैगिकी है भौतिकी का क्षेत्र कि बीच के रिश्ते से संबंधित है गर्मी और अन्य गुण (जैसे कि दबाव, घनत्व, तापमानआदि) किसी पदार्थ में।

विशेष रूप से, ऊष्मप्रवैगिकी काफी हद तक एक पर केंद्रित है गर्मी का हस्तांतरण एक थर्मोडायनामिक प्रक्रिया से गुजरने वाली एक भौतिक प्रणाली के भीतर विभिन्न ऊर्जा परिवर्तनों से संबंधित है। ऐसी प्रक्रियाओं में आमतौर पर परिणाम होता है काम सिस्टम द्वारा किया जा रहा है और इसके द्वारा निर्देशित किया जाता है ऊष्मप्रवैगिकी के नियम.

मोटे तौर पर, किसी सामग्री की ऊष्मा को उस सामग्री के कणों के भीतर निहित ऊर्जा के प्रतिनिधित्व के रूप में समझा जाता है। इस के रूप में जाना जाता है गैसों का गतिज सिद्धांत, हालांकि अवधारणा ठोस और तरल पदार्थ के लिए अलग-अलग डिग्री में लागू होती है। इन कणों की गति से गर्मी पास के कणों में स्थानांतरित हो सकती है, और इसलिए सामग्री या अन्य सामग्री के अन्य भागों में, विभिन्न प्रकार के माध्यम से:

• थर्मल संपर्क जब दो पदार्थ एक दूसरे के तापमान को प्रभावित कर सकते हैं।
• थर्मल संतुलन थर्मल संपर्क में दो पदार्थ अब गर्मी हस्तांतरण नहीं करते हैं।
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• तापीय प्रसार जब कोई पदार्थ ऊष्मा प्राप्त करता है तो मात्रा में फैलता है। थर्मल संकुचन भी मौजूद है।
• प्रवाहकत्त्व जब गर्मी एक गर्म ठोस के माध्यम से बहती है।
• कंवेक्शन जब गर्म कण किसी अन्य पदार्थ में गर्मी स्थानांतरित करते हैं, जैसे कि उबलते पानी में कुछ पकाना।
• विकिरण जब गर्मी को विद्युत चुम्बकीय तरंगों के माध्यम से स्थानांतरित किया जाता है, जैसे कि सूर्य से।
• इन्सुलेशन गर्मी हस्तांतरण को रोकने के लिए कम-संचालन सामग्री का उपयोग किया जाता है।

एक प्रणाली गुजरती है a थर्मोडायनामिक प्रक्रिया जब सिस्टम में किसी प्रकार का ऊर्जावान परिवर्तन होता है, तो आमतौर पर दबाव, आयतन, आंतरिक ऊर्जा (यानी तापमान) या किसी भी प्रकार के ऊष्मा अंतरण में परिवर्तन से जुड़ा होता है।

कई विशिष्ट प्रकार की थर्मोडायनामिक प्रक्रियाएं होती हैं जिनमें विशेष गुण होते हैं:

• एडियाबेटिक प्रक्रिया - सिस्टम में या उसके बाहर कोई हीट ट्रांसफर नहीं होने वाली प्रक्रिया।
• Isochoric प्रक्रिया - वॉल्यूम में कोई बदलाव नहीं होने की प्रक्रिया, जिसमें सिस्टम काम नहीं करता है।
• आइसोबैरिक प्रक्रिया - दबाव में परिवर्तन के साथ एक प्रक्रिया।
• इज़ोटेर्मल प्रक्रिया - तापमान में कोई परिवर्तन नहीं के साथ एक प्रक्रिया।

पदार्थ की स्थिति भौतिक संरचना के प्रकार का वर्णन है जो एक भौतिक पदार्थ प्रकट होता है, गुणों के साथ जो वर्णन करता है कि सामग्री एक साथ कैसे रखती है (या नहीं)। वो पांच हैं द्रव्य की अवस्थाएं, हालांकि उनमें से केवल तीन पहले आम तौर पर उस तरह से शामिल होते हैं जैसे हम मामले के बारे में सोचते हैं:

• गैस
• तरल
• ठोस
• प्लाज्मा
• superfluid (जैसे कि ए बोस-आइंस्टीन कंडेनसेट)

कई पदार्थ गैस, तरल और पदार्थ के ठोस चरणों के बीच संक्रमण कर सकते हैं, जबकि कुछ ही दुर्लभ पदार्थों को सुपरफ्लूड अवस्था में प्रवेश करने में सक्षम माना जाता है। प्लाज्मा पदार्थ की एक अलग स्थिति है, जैसे बिजली

• कंडेनसेशन - गैस से तरल
• ठंड - तरल से ठोस
• पिघल - तरल करने के लिए ठोस
• उच्च बनाने की क्रिया - गैस से ठोस
• वाष्पीकरण - तरल या गैस के लिए ठोस

ताप क्षमता, सीकिसी वस्तु का ताप में परिवर्तन (ऊर्जा परिवर्तन, the) का अनुपात हैक्यू, जहां ग्रीक प्रतीक डेल्टा, Δ, मात्रा में परिवर्तन को दर्शाता है) तापमान में बदलाव के लिए (Delta)टी).

सी = Δ क्यू / Δ टी

किसी पदार्थ की ऊष्मा क्षमता उस सहजता को इंगित करती है जिससे कोई पदार्थ गर्म होता है। ए अच्छा थर्मल कंडक्टर एक होगा कम ताप क्षमता, यह दर्शाता है कि ऊर्जा की एक छोटी मात्रा एक बड़े तापमान परिवर्तन का कारण बनती है। एक अच्छा थर्मल इन्सुलेटर में एक बड़ी गर्मी क्षमता होगी, यह दर्शाता है कि तापमान परिवर्तन के लिए बहुत अधिक ऊर्जा हस्तांतरण की आवश्यकता होती है।

विभिन्न हैं आदर्श गैस समीकरण जो तापमान से संबंधित है (टी₁), दबाव (पी₁), और आयतन (वी₁). एक थर्मोडायनामिक परिवर्तन के बाद इन मूल्यों का संकेत (टी₂), (पी₂), तथा (वी₂). किसी पदार्थ की दी गई राशि के लिए, n (मोल्स में मापा जाता है), निम्नलिखित रिश्ते धारण करते हैं:

बाॅय्ल का नियम ( टी निरंतर है):
पी₁वी₁ = पी₂वी₂
चार्ल्स / गे-लुसैक कानून (पी निरंतर है):
वी₁/टी₁ = वी₂/टी₂
आदर्श गैस कानून:
पी₁वी₁/टी₁ = पी₂वी₂/टी₂ = एन.आर.

आर है आदर्श गैस स्थिर, आर = 8.3145 जे / मोल * के। दी गई राशि के लिए, इसलिए, एन.आर. स्थिर है, जो आदर्श गैस कानून देता है।

• थर्मोडायनामिक्स का ज़ीरोथ कानून - तापीय संतुलन में दो प्रणालियाँ, तीसरी प्रणाली के साथ एक दूसरे में थर्मल संतुलन में हैं।
• ऊष्मप्रवैगिकी के पहले कानून - एक प्रणाली की ऊर्जा में परिवर्तन, ऊर्जा की मात्रा है जो काम करने में खर्च की गई ऊर्जा को घटा देती है।
• उष्मागतिकी का दूसरा नियम - एक प्रक्रिया के लिए असंभव है क्योंकि इसका एकमात्र परिणाम कूलर शरीर से गर्मी को एक गर्म स्थान पर स्थानांतरित करना है।
• थर्मोडायनामिक्स का तीसरा नियम - परिचालनों की परिमित श्रृंखला में किसी भी प्रणाली को पूर्ण शून्य तक कम करना असंभव है। इसका मतलब है कि पूरी तरह से कुशल गर्मी इंजन नहीं बनाया जा सकता है।

थर्मोडायनामिक्स के दूसरे नियम के बारे में बात करने के लिए आराम किया जा सकता है एन्ट्रापी, जो एक प्रणाली में विकार की मात्रात्मक माप है। गर्मी में परिवर्तन से विभाजित निरपेक्ष तापमान है एन्ट्रापी परिवर्तन प्रक्रिया का। इस तरह परिभाषित किया गया, दूसरा कानून इस तरह से बहाल किया जा सकता है:

किसी भी बंद प्रणाली में, सिस्टम का एन्ट्रापी या तो स्थिर रहेगा या बढ़ेगा।

द्वारा "बंद प्रणाली" इसका मतलब है कि प्रत्येक सिस्टम के एन्ट्रापी की गणना करते समय प्रक्रिया का हिस्सा शामिल होता है।

कुछ मायनों में, भौतिकी के एक अलग अनुशासन के रूप में ऊष्मप्रवैगिकी का इलाज करना भ्रामक है। ऊष्मप्रवैगिकी भौतिकी के लगभग हर क्षेत्र पर स्पर्श करती है, खगोल भौतिकी से बायोफिज़िक्स तक, क्योंकि वे सभी एक प्रणाली में ऊर्जा के परिवर्तन के साथ कुछ फैशन में व्यवहार करते हैं। काम करने के लिए सिस्टम के भीतर ऊर्जा का उपयोग करने के लिए एक प्रणाली की क्षमता के बिना - ऊष्मप्रवैगिकी का दिल - भौतिकविदों के अध्ययन के लिए कुछ भी नहीं होगा।

कहा गया है, कुछ क्षेत्रों में थर्मोडायनामिक्स का उपयोग किया जाता है जैसे कि वे दूसरे का अध्ययन करते हैं घटनाएं, जबकि खेतों की एक विस्तृत श्रृंखला है जो थर्मोडायनामिक्स स्थितियों पर बहुत अधिक ध्यान केंद्रित करती हैं शामिल किया गया। यहाँ ऊष्मप्रवैगिकी के कुछ उप-क्षेत्र हैं:

• क्रायोफ़िज़िक्स / क्रायोजेनिक्स / कम तापमान भौतिकी - की पढ़ाई भौतिक गुण कम तापमान की स्थितियों में, पृथ्वी के सबसे ठंडे क्षेत्रों पर भी तापमान से कम तापमान का अनुभव होता है। इसका एक उदाहरण सुपरफ्लुइड्स का अध्ययन है।
• द्रव गतिशीलता / द्रव यांत्रिकी - "तरल पदार्थ" के भौतिक गुणों का अध्ययन, विशेष रूप से इस मामले में तरल पदार्थ और गैसों को परिभाषित करता है।
• उच्च दबाव भौतिकी - द भौतिकी का अध्ययन अत्यंत उच्च दबाव प्रणालियों में, आमतौर पर द्रव गतिकी से संबंधित है।
• मौसम विज्ञान / मौसम भौतिकी - मौसम का भौतिकी, वातावरण में दबाव प्रणाली, आदि।
• प्लाज्मा भौतिकी - प्लाज्मा अवस्था में पदार्थ का अध्ययन।