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थर्मोडायनामिक्स[संपादित करें]
थर्मोडायनामिक्स गर्मी और तापमान से संबंधित भौतिक विज्ञान की एक शाखा है।यह कर्म और ऊर्जा से संबंधित है।इन मात्राओं का व्यवहार थर्मोडायनामिक्स के चार कानूनों द्वारा नियंत्रित होता है। थर्मोडायनामिक्स विज्ञान और इंजीनियरिंग,विशेष रूप से भौतिक रसायन विज्ञान, रसायन अभियांत्रिकी और मैकेनिकल इंजीनियरिंग में विभिन्न प्रकार के विषयों पर लागू होता है।[1] थर्मोडायनामिक्स के शुरुआती भाप इंजन के दक्षता बढ़ाने के लिए की गई थी।स्कॉटलैंड के भौतिक विज्ञानी लॉर्ड केल्विन ने 1854 में थर्मोडायनामिक्स की एक संक्षिप्त परिभाषा तैयार की थी जिसमें कहा गया है की थर्मोडायनेमिक्स गर्मी से संबंधित विषय है। रासायनिक थर्मोडायनामिक्स, रासायनिक प्रतिक्रियाओं की प्रक्रिया में एन्ट्रापी की भूमिका की प्रकृति का अध्ययन करती है। सांख्यिकीय थर्मोडायनामिक्स कणों की सामूहिक गति के सांख्यिकीय पूर्वानुमानों से संबंधित हैं।
परिचय[संपादित करें]
किसी भी थर्माइडैनामिक प्रणाली का विवरण थर्मोडायनामिक्स के चार कानूनों को नियोजित करता है।[2]पहला कानून बताता है कि भौतिक प्रणालियों के बीच ऊर्जा का आदान-प्रदान गर्मी और कर्म के रूप में होता है। दूसरा कानून एंट्रपी नामक एक मात्रा के अस्तित्व को परिभाषित करता है, जो कि थर्मोडायनीमिक रूप से दिशा का वर्णन करता है। एक प्रणाली के क्रम की स्थिति का जायजा करने के लिए और उपयोगी कार्य जिसे सिस्टम से निकाला जा सकता है उसको मापने के लिए दूसरे कानून का इस्तेमाल किया जा सकता है । थर्मोडायनामिक्स में, वस्तुओं के बीच के कनेक्शन का अध्ययन और वर्गीकृत किया जाता है। यह करने के लिए थर्मोडायनामिक्स प्रणाली और इसके आसपास की अवधारणाओं का इस्तेमाल किया जाता हैं। एक प्रणाली कणों से बना है, जिनकी गति इसकी गुणधर्मों को परिभाषित करती है, और उन गुणों को अवस्ता के समीकरणों के माध्यम से एक दूसरे से संबंधित होता है। गुणों को आंतरिक ऊर्जा और ऊष्मप्रतिकारक क्षमता व्यक्त करने के लिए मिला जा सकता है, जो कि संतुलन और सहज प्रक्रियाओं के लिए परिस्थितियों का निर्धारण करने के लिए उपयोगी हैं।
इतिहास[संपादित करें]
थर्मोडायनामिक्स का इतिहास एक वैज्ञानिक अनुशासन के रूप में ओटो वॉन ग्योरिक से शुरू हुआ था, जिसने 1650 में, दुनिया का पहला वैक्यूम पंप बनाया था। ग्योरिक के बाद, अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी और रसायनज्ञ रॉबर्ट बॉयल ने ग्योरिक के डिजाइनों के बारे में सीखा था और 1656 में, अंग्रेजी वैज्ञानिक रॉबर्ट हुक के समन्वय में एक वायु पंप का निर्माण किया था। इस पंप का प्रयोग करते हुए, बॉयल और हुक ने दबाव, तापमान और मात्रा के बीच एक संबंध देखा था। इन अवधारणाओं के आधार पर, बॉयल के एक सहयोगी डेनिस पैपिन ने स्टीम डायजेस्टर का निर्माण किया जो एक ढक्कन के साथ एक बंद कंटेनर था और वह उच्च दबाव उत्पन्न होने तक भाप को सीमित करता था ।[3] 1697 में, पैपिन के डिजाइनों के आधार पर, इंजीनियर थॉमस सावेरी ने पहले इंजन का निर्माण किया, उसके बाद 1712 में थॉमस न्यूकमेन ने भी बनाया। 1850 के दशक में विलियम रैनेनिन, रुडोल्फ क्लॉसियस, और विलियम थॉमसन के कामों से उष्मिकीकरण के पहले और दूसरे कानून एक साथ उभरकर आये थे।
थर्मोमिनामीक्स के कानून[संपादित करें]
- ऊष्मप्रवैगिकी के ज़रोथ कानून: यदि दो प्रणालियां तीसरे एक प्रणालि से थर्मल संतुलन में होती हैं, तो वे एक-दूसरे के साथ भी थर्मल संतुलन में होते हैं।इस कथन का अर्थ है कि थर्मल संतुलन थर्मोडायनेमिक प्रणालियों के सेट पर एक तुल्यता संबंध है
- ऊष्मप्रवैगिकी का पहला नियम: एक पृथक प्रणाली की आंतरिक ऊर्जा स्थिर है। ऊष्मप्रवैगिकी का पहला नियम ऊर्जा के संरक्षण के सिद्धांत का एक अभिव्यक्ति है। इसमें कहा गया है कि ऊर्जा को बदल दिया जा सकता है (एक रूप से दूसरे रूप में बदल दिया गया), लेकिन इसे बनाया या नष्ट नहीं किया जा सकता है। यह कहता है कि एक बंद ऊष्मशास्त्रीय प्रणाली की आंतरिक ऊर्जा में हुए परिवर्तन, उसके गर्मी और परिवेश पर सिस्टम द्वारा किए गए काम के बीच में लिए अंतर के बराबर है।
- ऊष्मप्रवैगिकी का दूसरा नियम: गर्मी एक ठंडा स्थान से गर्म स्थान पर सहज रूप से प्रवाह नहीं कर सकती है।यह प्रकृति में वर्णित क्षय के सार्वभौमिक सिद्धांत की अभिव्यक्ति है। एंट्रोपी एक प्रक्रिया की प्रगति का वर्णन करता है। एक पृथक प्रणाली की एन्ट्रापी जो संतुलन में नहीं है, समय के साथ बढ़ती जाती है, संतुलन पर अधिकतम मूल्य प्राप्त करना। दूसरे कानून के कई संस्करण हैं, लेकिन उन सभी का एक ही प्रभाव है, जो कि प्रकृति में अपरिवर्तनीयता की घटना को स्पष्ट करना है।
- थर्मोडायनामिक्स का तीसरा नियम: जब एक प्रणाली निरपेक्ष शून्य में पहुंचता है, सभी प्रक्रियाएं समाप्त होती हैं और सिस्टम की एन्ट्रापी एक न्यूनतम मूल्य तक पहुंच जाती है।थर्माोडैनामिक्स का तीसरा नियम एंट्रोपी और तापमान का पूर्ण शून्य तक पहुंचने की असंभवता के बारे में बताता है।निरपेक्ष शून्य, जिस पर सभी गतिविधि रुक सकती है, यदि यह संभव हो, तो यह -273.15 डिग्री सेल्सियस या -459.67 डिग्री फ़ारेनहाइट या 0 केल्विन है।