ऊष्मप्रवैगिकी के तीन नियमों का अन्वेषण करें

विज्ञान की शाखा कहलाती है ऊष्मप्रवैगिकी उन प्रणालियों से संबंधित हैं जो हस्तांतरण करने में सक्षम हैं तापीय ऊर्जा कम से कम एक अन्य रूप ऊर्जा (यांत्रिक, विद्युत, आदि) या काम में। थर्मोडायनामिक्स के नियमों को कुछ मूलभूत नियमों के रूप में वर्षों में विकसित किया गया था जब एक थर्मोडायनामिक प्रणाली चली जाती है किसी प्रकार के ऊर्जा परिवर्तन के माध्यम से.

ऊष्मप्रवैगिकी का इतिहास ओटो वॉन गुरिके के साथ शुरू होता है, जिन्होंने 1650 में दुनिया के पहले वैक्यूम पंप का निर्माण किया और अपने मैगडेबर्ग हेमिस्फेयर का उपयोग करके एक वैक्यूम का प्रदर्शन किया। अरस्तू के लंबे समय से चले आ रहे विरोध को खारिज करने के लिए गुएरिके को एक निर्वात बनाने के लिए प्रेरित किया गया था कि 'प्रकृति एक निर्वात का हनन करती है'। Guericke के फौरन बाद, अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी और रसायनज्ञ रॉबर्ट बॉयल ने 1656 में, Guericke के डिजाइनों के बारे में जाना और अंग्रेजी वैज्ञानिक रॉबर्ट हुक के साथ समन्वय में एक एयर पंप का निर्माण किया। इस पंप का उपयोग करते हुए, बॉयल और हुक ने दबाव, तापमान और मात्रा के बीच एक संबंध देखा। समय में, बॉयल का नियम तैयार किया गया था, जिसमें कहा गया था कि दबाव और आयतन व्युत्क्रमानुपाती हैं।

ऊष्मप्रवैगिकी के नियम राज्य और समझने में काफी आसान है... इतना है कि यह उनके प्रभाव को कम समझना आसान है। अन्य बातों के अलावा, वे इस बात पर अड़चन डालते हैं कि ब्रह्मांड में ऊर्जा का उपयोग कैसे किया जा सकता है। यह अवधारणा कितनी महत्वपूर्ण है, इस पर जोर देना बहुत कठिन होगा। थर्मोडायनामिक्स के नियमों के परिणाम लगभग किसी भी तरह से वैज्ञानिक जांच के हर पहलू को छूते हैं।

ऊष्मप्रवैगिकी के नियमों को समझने के लिए, कुछ अन्य ऊष्मप्रवैगिकी अवधारणाओं को समझना आवश्यक है जो उनसे संबंधित हैं।

• ऊष्मप्रवैगिकी अवलोकन - ऊष्मप्रवैगिकी के क्षेत्र के बुनियादी सिद्धांतों का अवलोकन
• उष्ण ऊर्जा - ऊष्मा ऊर्जा की एक मूल परिभाषा
• तापमान - तापमान की एक मूल परिभाषा
• हीट ट्रांसफर का परिचय - विभिन्न हीट ट्रांसफर विधियों की व्याख्या।
• थर्मोडायनामिक प्रक्रियाएं - थर्मोडायनामिक्स के नियम ज्यादातर थर्मोडायनामिक प्रक्रियाओं पर लागू होते हैं, जब एक थर्मोडायनामिक प्रणाली किसी प्रकार के ऊर्जावान हस्तांतरण से गुजरती है।

ऊर्जा के एक अलग रूप के रूप में ऊष्मा का अध्ययन लगभग 1798 में शुरू हुआ जब सर बेंजामिन थॉम्पसन (जिसे के रूप में भी जाना जाता है) एक ब्रिटिश सैन्य अभियंता काउंट रमफोर्ड) ने देखा कि काम की मात्रा के अनुपात में गर्मी उत्पन्न की जा सकती है किया हुआ... एक मौलिक अवधारणा जो अंततः ऊष्मप्रवैगिकी के पहले कानून का परिणाम बन जाएगी।

फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी साडी कार्नॉट ने पहली बार 1824 में ऊष्मा गतिकी का एक मूल सिद्धांत तैयार किया था। कार्नोट ने जिन सिद्धांतों का इस्तेमाल किया, वह उनके परिभाषित थे चक्रव्यूह ऊष्मा इंजन अंततः जर्मन भौतिक विज्ञानी द्वारा ऊष्मागतिकी के दूसरे नियम में तब्दील हो जाएगा रुडोल्फ क्लॉउसियस, जिन्हें अक्सर पहले कानून के निर्माण का श्रेय भी दिया जाता है ऊष्मप्रवैगिकी।

उन्नीसवीं शताब्दी में थर्मोडायनामिक्स के तेजी से विकास का कारण औद्योगिक क्रांति के दौरान कुशल भाप इंजन विकसित करने की आवश्यकता थी।

उष्मागतिकी के नियम विशेष रूप से विशिष्ट कैसे और क्यों के साथ खुद को चिंतित नहीं करते हैं गर्मी हस्तांतरण की, जो परमाणु सिद्धांत को पूरी तरह से अपनाने से पहले तैयार किए गए कानूनों के लिए समझ में आता है। वे एक प्रणाली के भीतर ऊर्जा और गर्मी संक्रमण की कुल राशि से निपटते हैं और परमाणु या आणविक स्तर पर गर्मी हस्तांतरण की विशिष्ट प्रकृति को ध्यान में नहीं रखते हैं।

इस शून्य कानून थर्मल संतुलन की सकर्मक संपत्ति की तरह है। गणित की सकर्मक संपत्ति कहती है कि यदि ए = बी और बी = सी है, तो ए = सी। थर्मोडायनामिक प्रणालियों का वही सच है जो थर्मल संतुलन में हैं।

जीरेथ कानून का एक परिणाम यह विचार है कि मापने तापमान जिसका कोई अर्थ हो। तापमान मापने के लिए, थर्मल संतुलन एक पूरे के रूप में थर्मामीटर के बीच पहुंचना चाहिए, थर्मामीटर के अंदर पारा, और मापा जाने वाला पदार्थ। यह, बदले में, यह बताने में सक्षम होता है कि पदार्थ का तापमान क्या है।

इस कानून को स्पष्ट रूप से थर्मोडायनामिक्स के इतिहास के माध्यम से स्पष्ट किए बिना समझा गया था अध्ययन, और यह केवल एहसास हुआ कि 20 वीं की शुरुआत में यह अपने आप में एक कानून था सदी। यह ब्रिटिश भौतिक विज्ञानी राल्फ एच। फाउलर ने पहली बार "शून्य कानून" शब्द को एक धारणा के आधार पर गढ़ा था, जो कि अन्य कानूनों की तुलना में अधिक मौलिक था।

हालांकि यह जटिल लग सकता है, यह वास्तव में एक बहुत ही सरल विचार है। यदि आप किसी सिस्टम में गर्मी जोड़ते हैं, तो केवल दो चीजें हैं जिन्हें किया जा सकता है - परिवर्तन आंतरिक ऊर्जा सिस्टम या काम करने के लिए सिस्टम का कारण बनता है (या, ज़ाहिर है, दो के कुछ संयोजन)। गर्मी की ऊर्जा के सभी इन चीजों को करने में जाना चाहिए।

भौतिक विज्ञानी आमतौर पर ऊष्मप्रवैगिकी के पहले कानून में मात्राओं का प्रतिनिधित्व करने के लिए एकसमान सम्मेलनों का उपयोग करते हैं। वो हैं:

• यू1 (या यूi) = प्रक्रिया की शुरुआत में प्रारंभिक आंतरिक ऊर्जा
• यू2 (या यूच) प्रक्रिया के अंत में अंतिम आंतरिक ऊर्जा
• delta-यू = यू2 - यू1 = आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन (ऐसे मामलों में उपयोग किया जाता है जहां आंतरिक ऊर्जा की शुरुआत और समाप्ति की बारीकियां अप्रासंगिक हैं)
• क्यू = गर्मी में स्थानांतरित (क्यू > 0) या में से (क्यू
• डब्ल्यू = काम सिस्टम द्वारा किया गया (डब्ल्यू > 0) या सिस्टम पर (डब्ल्यू < 0).

यह पहले कानून के गणितीय प्रतिनिधित्व को जन्म देता है जो बहुत उपयोगी साबित होता है और इसे कुछ तरीकों से फिर से लिखा जा सकता है:

ए का विश्लेषण थर्मोडायनामिक प्रक्रियाकम से कम एक भौतिकी कक्षा की स्थिति के भीतर, आम तौर पर ऐसी स्थिति का विश्लेषण करना शामिल होता है, जहां इनमें से एक मात्रा या तो 0 या कम से कम उचित तरीके से नियंत्रणीय होती है। उदाहरण के लिए, ए में एडियाबेटिक प्रक्रियागर्मी हस्तांतरण (क्यू) 0 के बराबर है जबकि एक में आइसोकोरिक प्रक्रिया काम (डब्ल्यू) 0 के बराबर है।

पहला कानून ऊष्मागतिकी को ऊर्जा के संरक्षण की अवधारणा की नींव के रूप में कई लोग देखते हैं। यह मूल रूप से कहता है कि एक प्रणाली में जाने वाली ऊर्जा को रास्ते से नहीं खोया जा सकता है, लेकिन इसका उपयोग कुछ करने के लिए किया जाना चाहिए... इस स्थिति में, या तो आंतरिक ऊर्जा को बदलते हैं या काम करते हैं।

इस दृष्टि से, ऊष्मागतिकी का पहला नियम अब तक खोजे गए सबसे दूरगामी वैज्ञानिक अवधारणाओं में से एक है।

ऊष्मप्रवैगिकी का दूसरा नियम: ऊष्मप्रवैगिकी का दूसरा कानून कई तरीकों से तैयार किया गया है, जैसा कि शीघ्र ही संबोधित किया जाएगा, लेकिन मूल रूप से एक कानून है जो - भौतिकी के अधिकांश अन्य कानूनों के विपरीत - कुछ करने के तरीके के साथ नहीं, बल्कि जो हो सकता है उस पर पूरी तरह से प्रतिबंध लगाने से संबंधित है किया हुआ।

यह एक ऐसा कानून है जो कहता है कि प्रकृति हमें कुछ प्रकार के कार्य किए बिना कुछ प्रकार के परिणाम प्राप्त करने से रोकती है, और जैसे कि यह भी निकट से जुड़ा हुआ है ऊर्जा के संरक्षण की अवधारणा, उष्मागतिकी का पहला नियम है।

व्यावहारिक अनुप्रयोगों में, इस कानून का अर्थ है कि कोई भी इंजन गर्म करें या थर्मोडायनामिक्स के सिद्धांतों के आधार पर समान उपकरण, सिद्धांत में भी, 100% कुशल नहीं हो सकते।

इस सिद्धांत को सबसे पहले फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी और इंजीनियर साडी कारनोट ने प्रकाशित किया था, क्योंकि उन्होंने इसे विकसित किया था चक्रव्यूह 1824 में इंजन, और बाद में औपचारिक रूप दिया गया ऊष्मप्रवैगिकी के एक नियम के रूप में जर्मन भौतिक विज्ञानी रुडोल्फ क्लॉजियस द्वारा।

ऊष्मप्रवैगिकी का दूसरा नियम भौतिकी के दायरे से बाहर शायद सबसे लोकप्रिय है क्योंकि यह अवधारणा से निकटता से संबंधित है एन्ट्रापी या थर्मोडायनामिक प्रक्रिया के दौरान उत्पन्न विकार। एंट्रोपी के संबंध में एक बयान के रूप में, दूसरा कानून पढ़ता है:

किसी भी बंद प्रणाली में, दूसरे शब्दों में, हर बार जब कोई प्रणाली थर्मोडायनामिक प्रक्रिया से गुजरती है, तो सिस्टम कभी भी उसी स्थिति में पूरी तरह से वापस नहीं लौट सकता है जैसा कि पहले था। यह एक परिभाषा के लिए प्रयोग किया जाता है समय का तीर चूंकि ब्रह्मांड का एन्ट्रापी हमेशा ऊष्मप्रवैगिकी के दूसरे नियम के अनुसार समय के साथ बढ़ेगा।

एक चक्रीय परिवर्तन जिसका एकमात्र अंतिम परिणाम एक स्रोत से निकाले गए गर्मी को बदलना है जो पूरे तापमान में एक ही तापमान पर है असंभव है। - स्कॉटिश भौतिक विज्ञानी विलियम थॉम्पसन (एक चक्रीय परिवर्तन जिसका एकमात्र अंतिम परिणाम किसी तापमान पर शरीर से ऊष्मा को एक उच्च तापमान पर शरीर में स्थानांतरित करना असंभव है। - जर्मन भौतिक विज्ञानी रुडोल्फ क्लॉजियस

उष्मागतिकी के दूसरे नियम के उपरोक्त सभी सूत्र एक ही मूल सिद्धांत के समकक्ष कथन हैं।

थर्मोडायनामिक्स का तीसरा नियम अनिवार्य रूप से एक बनाने की क्षमता के बारे में एक बयान है पूर्ण तापमान पैमाने, जिसके लिए परम शुन्य वह बिंदु है जिस पर किसी ठोस की आंतरिक ऊर्जा ठीक 0 है।

विभिन्न स्रोत ऊष्मागतिकी के तीसरे नियम के निम्नलिखित तीन संभावित योगों को दिखाते हैं:

1. किसी भी प्रणाली को परिचालनात्मक श्रृंखला में पूर्ण शून्य तक कम करना असंभव है।
2. अपने सबसे स्थिर रूप में एक तत्व के पूर्ण क्रिस्टल का एन्ट्रापी शून्य पर पहुंच जाता है क्योंकि तापमान निरपेक्ष शून्य के करीब पहुंच जाता है।
3. जैसे-जैसे तापमान पूर्ण शून्य के करीब आता है, सिस्टम की एन्ट्रापी एक स्थिर दृष्टिकोण की ओर बढ़ती है

तीसरे कानून का मतलब कुछ चीजें हैं, और फिर से इन सभी योगों के परिणाम एक ही परिणाम पर निर्भर करते हैं कि आप कितना खाते में लेते हैं:

फॉर्म 3 में कम से कम प्रतिबंध हैं, केवल यह बताते हुए कि एन्ट्रापी एक स्थिर पर जाता है। वास्तव में, यह स्थिरांक शून्य एन्ट्रॉपी है (जैसा कि सूत्रीकरण 2 में कहा गया है)। हालांकि, किसी भी भौतिक प्रणाली पर क्वांटम बाधाओं के कारण, यह अपनी सबसे कम क्वांटम स्थिति में ढह जाएगा, लेकिन कभी भी पूरी तरह से कम करने में सक्षम नहीं होगा 0 एन्ट्रापी के लिए, इसलिए चरणों की एक सीमित संख्या में निरपेक्ष शून्य के लिए एक भौतिक प्रणाली को कम करना असंभव है (जो हमें निर्माण प्रदान करता है) 1).