ભૌતિકશાસ્ત્રની શાખા થર્મોડાયનેમિક્સ શું અભ્યાસ કરે છે? શાળા જ્ઞાનકોશ

થર્મોડાયનેમિક્સ - આંતરરૂપાંતરણનું વિજ્ઞાન વિવિધ સ્વરૂપોઊર્જા અને આ પરિવર્તનના કાયદા. થર્મોડાયનેમિક્સ માત્ર પ્રાયોગિક રીતે શોધાયેલા ઉદ્દેશ્ય નિયમો પર આધારિત છે જે થર્મોડાયનેમિક્સના બે મૂળભૂત સિદ્ધાંતોમાં વ્યક્ત કરવામાં આવે છે.

થર્મોડાયનેમિક્સ અભ્યાસ: 1. એક સ્વરૂપમાંથી બીજામાં, સિસ્ટમના એક ભાગથી બીજામાં ઊર્જાનું સંક્રમણ; 2. વિવિધ ભૌતિક અને રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓ સાથેની ઉર્જા અસરો અને આ પ્રક્રિયાઓની શરતો પર તેમની અવલંબન; 3. વિચારણા હેઠળની શરતો હેઠળ પ્રક્રિયાઓની સ્વયંસ્ફુરિત ઘટનાની શક્યતા, દિશા અને મર્યાદા. તે નોંધવું જોઈએ કે ક્લાસિકલ થર્મોડાયનેમિક્સનીચેના પ્રતિબંધો છે:

1.થર્મોડાયનેમિક્સ ધ્યાનમાં લેતા નથી આંતરિક માળખુંસંસ્થાઓ અને તેમાં થતી પ્રક્રિયાઓની પદ્ધતિ; 2. ક્લાસિકલ થર્મોડાયનેમિક્સ માત્ર મેક્રોસ્કોપિક સિસ્ટમ્સનો અભ્યાસ કરે છે;

3. થર્મોડાયનેમિક્સમાં "સમય" નો કોઈ ખ્યાલ નથી.

થર્મોડાયનેમિક્સની મૂળભૂત વિભાવનાઓ.

થર્મોડાયનેમિક સિસ્ટમ- એક શરીર અથવા સંસ્થાઓનું જૂથ જે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે, માનસિક રીતે અથવા વાસ્તવમાં પર્યાવરણથી અલગ પડે છે.

સજાતીય સિસ્ટમ- એક એવી સિસ્ટમ કે જેમાં સિસ્ટમના ભાગોને અલગ કરતી કોઈ સપાટીઓ (તબક્કાઓ) નથી કે જે ગુણધર્મોમાં ભિન્ન હોય.

વિજાતીય સિસ્ટમ- એક સિસ્ટમ કે જેમાં સિસ્ટમના ભાગોને અલગ કરતી સપાટીઓ હોય છે જે ગુણધર્મોમાં ભિન્ન હોય છે.

તબક્કો- વિજાતીય સિસ્ટમના સજાતીય ભાગોનો સમૂહ, ભૌતિક અને રાસાયણિક ગુણધર્મોમાં સમાન, દૃશ્યમાન ઇન્ટરફેસ દ્વારા સિસ્ટમના અન્ય ભાગોથી અલગ.

અલગ સિસ્ટમ- એક સિસ્ટમ કે જેની સાથે વિનિમય ન થાય પર્યાવરણન તો દ્રવ્ય કે ઊર્જા. બંધ સિસ્ટમ- એક સિસ્ટમ કે જે પર્યાવરણ સાથે ઊર્જાનું વિનિમય કરે છે, પરંતુ પદાર્થનું વિનિમય કરતું નથી.

ઓપન સિસ્ટમ - એક સિસ્ટમ કે જે પર્યાવરણ સાથે દ્રવ્ય અને ઊર્જા બંનેનું વિનિમય કરે છે તે સિસ્ટમના તમામ ભૌતિક અને રાસાયણિક ગુણધર્મોનું લક્ષણ છે થર્મોડાયનેમિક સ્થિતિ. વિચારણા હેઠળની સિસ્ટમની કોઈપણ મેક્રોસ્કોપિક મિલકતને દર્શાવતી તમામ માત્રા છે સ્થિતિ પરિમાણો. તે પ્રાયોગિક રીતે સ્થાપિત કરવામાં આવ્યું છે કે આપેલ સિસ્ટમને સ્પષ્ટપણે દર્શાવવા માટે ચોક્કસ સંખ્યાના પરિમાણોનો ઉપયોગ કરવો જરૂરી છે સ્વતંત્ર; અન્ય તમામ પરિમાણોને સ્વતંત્ર પરિમાણોના કાર્યો તરીકે ગણવામાં આવે છે. તાપમાન, દબાણ, સાંદ્રતા, વગેરે જેવા પરિમાણો કે જે સીધા માપી શકાય છે, તે સામાન્ય રીતે સ્વતંત્ર રાજ્ય પરિમાણો તરીકે પસંદ કરવામાં આવે છે. કોઈપણ ફેરફાર થર્મોડાયનેમિક સ્થિતિસિસ્ટમ (ઓછામાં ઓછા એક રાજ્ય પરિમાણમાં ફેરફાર) છે થર્મોડાયનેમિક પ્રક્રિયા.

ઉલટાવી શકાય તેવી પ્રક્રિયા - એક પ્રક્રિયા કે જે પર્યાવરણમાં બાકી રહેલા કોઈપણ ફેરફારો વિના સિસ્ટમને તેની મૂળ સ્થિતિમાં પાછા આવવા દે છે.

સંતુલન પ્રક્રિયા- એક પ્રક્રિયા જેમાં સિસ્ટમ સંતુલન અવસ્થાઓની સતત શ્રેણીમાંથી પસાર થાય છે.

ઉર્જા- સિસ્ટમની કાર્ય કરવાની ક્ષમતાનું માપ; સામાન્ય ગુણાત્મક માપચળવળ અને પદાર્થની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા. ઊર્જા એ પદાર્થની અભિન્ન મિલકત છે. ભેદ પાડવો સંભવિત ઊર્જા, ચોક્કસ દળોના ક્ષેત્રમાં શરીરની સ્થિતિને કારણે, અને ગતિ ઊર્જા, અવકાશમાં શરીરની સ્થિતિમાં ફેરફારને કારણે થાય છે.

સિસ્ટમની આંતરિક ઊર્જા- ગતિનો સરવાળો અને સંભવિત ઊર્જાબધા કણો કે જે સિસ્ટમ બનાવે છે. તમે સિસ્ટમની આંતરિક ઊર્જાને તેની કુલ ઊર્જા બાદ સમગ્ર સિસ્ટમની ગતિ અને સંભવિત ઊર્જા તરીકે પણ વ્યાખ્યાયિત કરી શકો છો.

4. પ્રથમ સિદ્ધાંતની મૂળભૂત રચનાઓથર્મોડાયનેમિક્સથર્મોડાયનેમિક્સનો પ્રથમ નિયમ ઊર્જાના સંરક્ષણનો કાયદો છે, જેમાંથી એક સાર્વત્રિક કાયદાપ્રકૃતિ (વેગ, ચાર્જ અને સમપ્રમાણતાના સંરક્ષણના નિયમો સાથે): ઊર્જા અવિનાશી અને નિર્મિત છે; તે માત્ર એક સ્વરૂપમાંથી બીજા સ્વરૂપમાં સમાન પ્રમાણમાં પસાર થઈ શકે છે.થર્મોડાયનેમિક્સનો પહેલો નિયમ એક અનુમાન છે - તે સાબિત કરી શકાતું નથી તાર્કિક રીતેઅથવા કોઈપણ વધુમાંથી તારવેલી સામાન્ય જોગવાઈઓ. આ પોસ્ટ્યુલેટની સત્યતા એ હકીકત દ્વારા પુષ્ટિ મળે છે કે તેના કોઈપણ પરિણામો અનુભવથી વિરોધાભાસી નથી. થર્મોડાયનેમિક્સના પ્રથમ કાયદાના કેટલાક વધુ ફોર્મ્યુલેશન અહીં છે:

કુલ ઊર્જા અલગ સિસ્ટમકાયમી; અશક્ય શાશ્વત ગતિ મશીનપ્રથમ પ્રકારનું (એક એન્જીન જે ઊર્જા ખર્ચ કર્યા વિના કાર્ય કરે છે).થર્મોડાયનેમિક્સનો પ્રથમ નિયમ ગરમી Q, કાર્ય A અને પરિવર્તન વચ્ચેનો સંબંધ સ્થાપિત કરે છે આંતરિક ઊર્જાΔU સિસ્ટમો:

સિસ્ટમની આંતરિક ઊર્જામાં ફેરફાર એ સિસ્ટમને અપાતી ગરમીના જથ્થાને બાદ કરતાં સિસ્ટમ દ્વારા બાહ્ય દળો સામે કરવામાં આવતાં કામના જથ્થા જેટલું હોય છે.(1) (2) સમીકરણ (I.1) એ સિસ્ટમની સ્થિતિમાં અનંત ફેરફાર માટે મર્યાદિત, સમીકરણ (I.2) માટે થર્મોડાયનેમિક્સના 1લા કાયદાનું ગાણિતિક પ્રતિનિધિત્વ છે.

આંતરિક ઊર્જા રાજ્યનું કાર્ય છે; આનો અર્થ એ છે કે આંતરિક ઊર્જા ΔU માં પરિવર્તન રાજ્ય 1 થી રાજ્ય 2 માં સિસ્ટમના સંક્રમણના માર્ગ પર આધારિત નથી અને આ રાજ્યોમાં આંતરિક ઊર્જા U 2 અને U 1 ના મૂલ્યો વચ્ચેના તફાવતની સમાન છે:

તે નક્કી કરવા માટે નોંધવું જોઈએ સંપૂર્ણ મૂલ્યસિસ્ટમની આંતરિક ઊર્જા અશક્ય છે; થર્મોડાયનેમિક્સ પ્રક્રિયા દરમિયાન આંતરિક ઊર્જામાં થતા ફેરફારમાં જ રસ ધરાવે છે.

5. વિવિધ પ્રક્રિયાઓમાં થર્મોડાયનેમિક્સના પ્રથમ કાયદાનો ઉપયોગ .

ચાલો વિવિધ થર્મોડાયનેમિક પ્રક્રિયાઓ દરમિયાન સિસ્ટમ દ્વારા કરવામાં આવેલ કાર્યને નિર્ધારિત કરવા થર્મોડાયનેમિક્સના પ્રથમ કાયદાના ઉપયોગને ધ્યાનમાં લઈએ.

આઇસોકોરિક પ્રક્રિયા (વી= const; ΔV=0).

કારણ કે વિસ્તરણનું કાર્ય દબાણ અને વોલ્યુમ ફેરફારના ઉત્પાદન જેટલું છે, એક આઇસોકોરિક પ્રક્રિયા માટે આપણે મેળવીએ છીએ:

ઇસોથર્મલ પ્રક્રિયા (ટી=const).

એક છછુંદરની સ્થિતિના સમીકરણમાંથી આદર્શ ગેસઅમને મળે છે:

(I.6)અહીંથી:

V 1 થી V 2 સુધીની અભિવ્યક્તિ (I.6) ને એકીકૃત કરીને, આપણે મેળવીએ છીએ

આઇસોબેરિક પ્રક્રિયા (પી=const).

પરિણામી સમીકરણોને કાર્ય કરવા માટે બદલો વિવિધ પ્રક્રિયાઓસમીકરણ (I.1) માં, આ પ્રક્રિયાઓની થર્મલ અસરો માટે આપણે મેળવીએ છીએ:

સમીકરણ (I.12) માં આપણે સમાન સૂચકાંકો સાથે ચલોનું જૂથ કરીએ છીએ. અમને મળે છે:

ચાલો પરિચય આપીએ નવી સુવિધાસિસ્ટમની સ્થિતિ - એન્થાલ્પી એચ, સમાન રીતે રકમ જેટલીઆંતરિક ઊર્જા અને દબાણ અને વોલ્યુમનું ઉત્પાદન:

પછી અભિવ્યક્તિ (I.13) નીચેના સ્વરૂપમાં પરિવર્તિત થાય છે:

આમ, આઇસોબેરિક પ્રક્રિયાની થર્મલ અસર સિસ્ટમના એન્થાલ્પીમાં ફેરફાર સમાન છે.

એડિયાબેટિક પ્રક્રિયા (પ્ર=0).

એડિબેટિક પ્રક્રિયામાં, વિસ્તરણનું કાર્ય ગેસની આંતરિક ઊર્જાને ઘટાડીને પૂર્ણ થાય છે:

જો C v તાપમાન પર આધાર રાખતું નથી (જે ઘણા વાસ્તવિક વાયુઓ માટે સાચું છે), તો તેના એડિબેટિક વિસ્તરણ દરમિયાન ગેસ દ્વારા કરવામાં આવેલ કાર્ય તાપમાનના તફાવતના સીધા પ્રમાણસર છે:

હેસનો કાયદો.

રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓની ઘટના સાથે થર્મલ અસરો એ રાસાયણિક થર્મોડાયનેમિક્સની એક શાખાનો વિષય છે - થર્મોકેમિસ્ટ્રી. ચાલો થર્મોકેમિસ્ટ્રીના કેટલાક ખ્યાલોને વ્યાખ્યાયિત કરીએ.

પદાર્થની રચનાની ગરમી એ સરળ પદાર્થોમાંથી જટિલ પદાર્થના 1 મોલની રચનાની પ્રતિક્રિયાની થર્મલ અસર છે. રચનાની ગરમી સરળ પદાર્થોશૂન્યની બરાબર લેવામાં આવે છે.

પદાર્થના કમ્બશનની ગરમી એ ઉચ્ચ સ્થિર ઓક્સાઇડમાં વધુ પડતા ઓક્સિજનમાં પદાર્થના 1 મોલની ઓક્સિડેશન પ્રતિક્રિયાની થર્મલ અસર છે.

દ્રાવણની ગરમી એ પદાર્થના 1 મોલને અસંખ્ય માત્રામાં દ્રાવકમાં ઓગળવાની પ્રક્રિયાની થર્મલ અસર છે. દ્રાવણની ગરમીમાં બે ઘટકોનો સમાવેશ થાય છે: વિનાશની ગરમી સ્ફટિક જાળી(નક્કર માટે) અને ઉકેલની ગરમી:

કારણ કે ΔН cr.resh હંમેશા હકારાત્મક હોય છે (ક્રિસ્ટલ જાળીનો નાશ કરવા માટે ઊર્જા ખર્ચ કરવી જરૂરી છે), અને ΔН સોલવ હંમેશા નકારાત્મક હોય છે, ΔН સોલનું ચિહ્ન સંબંધ દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે. સંપૂર્ણ મૂલ્યોΔН cr.resolve. અને ΔН ઉકેલો:

થર્મોકેમિસ્ટ્રીનો મૂળભૂત કાયદો હેસનો કાયદો છે, જે થર્મોડાયનેમિક્સના પ્રથમ નિયમનો વિશેષ કેસ છે:

થર્મલ અસર રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઆઇસોબેરિક-આઇસોથર્મલ અથવા આઇસોકોરિક-આઇસોથર્મલ પરિસ્થિતિઓ હેઠળ હાથ ધરવામાં આવે છે, ફક્ત પ્રકાર અને સ્થિતિ પર આધાર રાખે છે પ્રારંભિક સામગ્રીઅને પ્રતિક્રિયા ઉત્પાદનો અને તેની ઘટનાના માર્ગ પર આધારિત નથી.

તે ઉપર દર્શાવવામાં આવ્યું હતું કે એન્થાલ્પી ΔН (આઇસોબેરિક પ્રક્રિયા Q p ની થર્મલ અસર) અને આંતરિક ઊર્જા ΔU (આઇસોકોરિક પ્રક્રિયા Q v ની થર્મલ અસર) માં ફેરફાર એ સિસ્ટમ કયા માર્ગ પરથી પસાર થાય છે તેના પર નિર્ભર નથી. પ્રારંભિક સ્થિતિથી અંતિમ સ્થિતિ.

હેસના કાયદા અનુસાર, આ બધી પ્રતિક્રિયાઓની થર્મલ અસરો નીચેના સંબંધ દ્વારા સંબંધિત છે:

હેસના કાયદામાંથી કોરોલરી.

વ્યવહારુ મહત્વહેસનો નિયમ એ છે કે તે થર્મલ અસરોની ગણતરી કરવાની પરવાનગી આપે છે રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓ. થર્મોકેમિકલ ગણતરીઓમાં, હેસના કાયદામાંથી સંખ્યાબંધ કોરોલરીઓનો સામાન્ય રીતે ઉપયોગ થાય છે:

1. આગળની પ્રતિક્રિયાની થર્મલ અસર તીવ્રતામાં સમાન હોય છે અને વિપરીત પ્રતિક્રિયા (Lavoisier-Laplace Law) ની થર્મલ અસરના ચિહ્નમાં વિરુદ્ધ હોય છે. સમાન પ્રારંભિક પરંતુ જુદી જુદી અંતિમ અવસ્થાઓ ધરાવતી બે પ્રતિક્રિયાઓ માટે, થર્મલ અસરોમાં તફાવત એ એક અંતિમ અવસ્થામાંથી બીજી સ્થિતિમાં સંક્રમણની થર્મલ અસર છે.

C + O 2 ––> CO + 1 / 2 O 2 ΔH 1

C + O 2 ––> CO 2 ΔH 2

CO + 1 / 2 O 2 ––> CO 2 ΔH 3

3. સમાન અંતિમ પરંતુ જુદી જુદી પ્રારંભિક સ્થિતિ ધરાવતી બે પ્રતિક્રિયાઓ માટે, થર્મલ ઇફેક્ટ્સમાં તફાવત એ એક પ્રારંભિક અવસ્થામાંથી બીજી સ્થિતિમાં સંક્રમણની થર્મલ અસર છે.

C (હીરા) + O 2 ––> CO 2 ΔH 1

C (ગ્રેફાઇટ) + O 2 ––> CO 2 ΔH 2

C (હીરા) ––> C (ગ્રેફાઇટ) ΔH 3

4. રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાની થર્મલ અસર તફાવત સમાનપ્રતિક્રિયા ઉત્પાદનો અને પ્રારંભિક સામગ્રીની રચનાની ગરમીનો સરવાળો, સ્ટોઇકોમેટ્રિક ગુણાંક દ્વારા ગુણાકાર.

5. રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાની થર્મલ અસર પ્રારંભિક પદાર્થો અને પ્રતિક્રિયા ઉત્પાદનોના કમ્બશનની ગરમીના સરવાળો વચ્ચેના તફાવતની બરાબર છે, જે સ્ટોઇકિયોમેટ્રિક ગુણાંક દ્વારા ગુણાકાર કરવામાં આવે છે.

8. વ્યસન થર્મલ અસરતાપમાનની પ્રતિક્રિયાઓ. કિર્ચહોફનો કાયદો

IN સામાન્ય કેસરાસાયણિક પ્રતિક્રિયાની થર્મલ અસર તાપમાન અને દબાણ પર આધારિત છે કે જેના પર પ્રતિક્રિયા કરવામાં આવે છે. ΔH અને ΔU પ્રતિક્રિયાઓ પર દબાણના પ્રભાવને સામાન્ય રીતે અવગણવામાં આવે છે. થર્મલ અસરોની તીવ્રતા પર તાપમાનનો પ્રભાવ કિર્ચહોફના કાયદા દ્વારા વર્ણવવામાં આવ્યો છે:

તાપમાન ગુણાંકરાસાયણિક પ્રતિક્રિયાની થર્મલ અસર પ્રતિક્રિયા દરમિયાન સિસ્ટમની ગરમીની ક્ષમતામાં ફેરફાર સમાન છે.ચાલો આપણે ΔН અને ΔU ને અનુક્રમે સતત દબાણ અને તાપમાન પર તાપમાન દ્વારા તફાવત કરીએ:

તાપમાનના સંદર્ભમાં સિસ્ટમની એન્થાલ્પી અને આંતરિક ઊર્જાના વ્યુત્પન્ન એ આઇસોબેરિક અને આઇસોકોરિક પરિસ્થિતિઓ હેઠળ સિસ્ટમની ગરમીની ક્ષમતાઓ છે, અનુક્રમે C p અને C v:

અભિવ્યક્તિઓ (I.24, I.25) ને (I.22, I.23) માં બદલીને, આપણે મેળવીએ છીએ ગાણિતિક સંકેતકિર્ચહોફનો કાયદો:

રાસાયણિક પ્રક્રિયા માટે, ગરમીની ક્ષમતામાં ફેરફાર સિસ્ટમની રચનામાં ફેરફાર દ્વારા નિર્દિષ્ટ કરવામાં આવે છે અને નીચે પ્રમાણે ગણતરી કરવામાં આવે છે.

વ્યાખ્યા: થર્મોડાયનેમિક્સ - ઊર્જા પરિવર્તનના નિયમોનું વિજ્ઞાન.

થર્મોડાયનેમિક્સમાં આ ખ્યાલનો વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે થર્મોડાયનેમિક સિસ્ટમ.

વ્યાખ્યા: થર્મોડાયનેમિક સિસ્ટમ ભૌતિક સંસ્થાઓનો સંગ્રહ છે જે એકબીજા સાથે અને પર્યાવરણ સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે. વિચારણા હેઠળની સિસ્ટમની સીમાઓની બહાર સ્થિત તમામ સંસ્થાઓને બોલાવવામાં આવે છે પર્યાવરણ.

એ જ શરીર હોવાથી, એ જ પદાર્થ વિવિધ શરતોમાં હોઈ શકે છે વિવિધ રાજ્યો, (ઉદાહરણ: icevwatervsteam, વિવિધ તાપમાને એક પદાર્થ), સગવડ માટે, પદાર્થની સ્થિતિની લાક્ષણિકતાઓ રજૂ કરવામાં આવે છે - કહેવાતા સ્થિતિ પરિમાણો.

ચાલો પદાર્થની સ્થિતિના મુખ્ય પરિમાણોને સૂચિબદ્ધ કરીએ:

શરીરનું તાપમાન - શરીર વચ્ચે શક્ય સ્વયંસ્ફુરિત હીટ ટ્રાન્સફરની દિશા નક્કી કરે છે.

હાલમાં, વિશ્વમાં તાપમાન માપવાના ઘણા બધા તાપમાન સ્કેલ અને એકમો છે. યુરોપમાં સૌથી સામાન્ય સેલ્સિયસ સ્કેલ, જ્યાં શૂન્ય તાપમાન એ વાતાવરણીય દબાણ પર પાણીનું ઠંડું બિંદુ છે, અને વાતાવરણીય દબાણ પર પાણીનો ઉત્કલન બિંદુ 100 ડિગ્રી સેલ્સિયસ (ºC) માનવામાં આવે છે. ઉત્તર અમેરિકામાં, ફેરનહીટ સ્કેલનો ઉપયોગ થાય છે. થર્મોડાયનેમિક ગણતરીઓ માટે, સંપૂર્ણ અથવા કેલ્વિન સ્કેલ ખૂબ અનુકૂળ છે. આ સ્કેલમાં શૂન્યને નિરપેક્ષ શૂન્યનું તાપમાન માનવામાં આવે છે. આંકડાકીય રીતે, કેલ્વિન સ્કેલ પર એક ડિગ્રી સેલ્સિયસ સ્કેલ પર એક ડિગ્રી બરાબર છે.

માં દર્શાવવામાં આવેલ તાપમાન સંપૂર્ણ સ્કેલ, કહેવાય છે સંપૂર્ણ તાપમાન.

સેલ્સિયસથી કેલ્વિનમાં રૂપાંતરિત કરવા માટેનો સંબંધ:

T [K] = t [º C] + 273.15

કેલ્વિનમાં ટી-તાપમાન;

t v ડિગ્રી સેલ્સિયસમાં તાપમાન.

દબાણ - શરીરની સપાટી પર અને આ સપાટીના એકમ વિસ્તાર દીઠ સામાન્ય કાર્ય કરતા બળનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે.

દબાણ માપવા માટે માપનના વિવિધ એકમોનો ઉપયોગ થાય છે. માપનનું પ્રમાણભૂત SI એકમ પાસ્કલ (પા) છે.

એકમો વચ્ચેનો ગુણોત્તર:

1 બાર = 10 5 પા

1 kg/cm 2 (વાતાવરણ) = 9.806710 4 Pa

1mmHg st (પારાનું મિલીમીટર) = 133 Pa

1 મીમી પાણી. કલા. (પાણીના સ્તંભનું મિલીમીટર) = 9.8067 Pa

ઘનતા - પદાર્થના જથ્થા અને તે પદાર્થ દ્વારા કબજે કરેલ વોલ્યુમનો ગુણોત્તર.

ચોક્કસ વોલ્યુમ - ઘનતાનો પારસ્પરિક એટલે કે. પદાર્થ દ્વારા કબજે કરેલ વોલ્યુમ અને તેના સમૂહનો ગુણોત્તર.

વ્યાખ્યા: જો થર્મોડાયનેમિક સિસ્ટમમાં સિસ્ટમમાં સમાવિષ્ટ કોઈપણ શરીરના ઓછામાં ઓછા એક પરિમાણો બદલાય છે, તો સિસ્ટમ અનુભવે છેથર્મોડાયનેમિક પ્રક્રિયા .

એક સમાન શરીરના P, V, T રાજ્યના મુખ્ય થર્મોડાયનેમિક પરિમાણો એક બીજા પર આધાર રાખે છે અને રાજ્યના સમીકરણ દ્વારા પરસ્પર સંબંધિત છે:

આદર્શ ગેસ માટે, રાજ્યનું સમીકરણ આ રીતે લખાયેલું છે:

પી - દબાણ

v - ચોક્કસ વોલ્યુમ

ટી - તાપમાન

આર - ગેસ સ્થિરાંક (દરેક ગેસનું પોતાનું મૂલ્ય છે)

જો રાજ્યનું સમીકરણ જાણીતું હોય, તો સરળ સિસ્ટમોની સ્થિતિ નક્કી કરવા માટે 3 માંથી બે સ્વતંત્ર ચલોને જાણવું પૂરતું છે.

P = f1 (v, t); v = f2 (P, T); T = f3 (v, P)

થર્મોડાયનેમિક પ્રક્રિયાઓ ઘણીવાર રાજ્યના આલેખ પર દર્શાવવામાં આવે છે, જ્યાં રાજ્યના પરિમાણો અક્ષો સાથે રચવામાં આવે છે. આવા ગ્રાફના પ્લેન પરના બિંદુઓ સિસ્ટમની ચોક્કસ સ્થિતિને અનુરૂપ છે, ગ્રાફ પરની રેખાઓ થર્મોડાયનેમિક પ્રક્રિયાઓને અનુરૂપ છે જે સિસ્ટમને એક રાજ્યથી બીજી સ્થિતિમાં સ્થાનાંતરિત કરે છે.

ચાલો આપણે થર્મોડાયનેમિક સિસ્ટમને ધ્યાનમાં લઈએ જેમાં એક શરીર હોય છે - પિસ્ટનવાળા વાસણમાં થોડો ગેસ હોય છે, અને જહાજ અને પિસ્ટન અંદર હોય છે. આ કિસ્સામાંબાહ્ય વાતાવરણ છે. ધારો કે, ઉદાહરણ તરીકે, તે ગેસને વાસણમાં ગરમ ​​કરવામાં આવે છે, બે કિસ્સાઓ શક્ય છે:

1) જો પિસ્ટન નિશ્ચિત છે અને વોલ્યુમ બદલાતું નથી, તો જહાજમાં દબાણ વધશે. આ પ્રક્રિયા કહેવામાં આવે છે આઇસોકોરિક(v=const), સતત વોલ્યુમ પર ચાલી રહ્યું છે;

પી - ટી કોઓર્ડિનેટ્સમાં આઇસોકોરિક પ્રક્રિયાઓ:

v 1 >v 2 >v 3

2) જો પિસ્ટન મુક્ત હોય, તો ગરમ ગેસ સતત દબાણમાં વિસ્તરે છે, આ પ્રક્રિયા કહેવામાં આવે છે આઇસોબેરિક(P=const), પર જવું સતત દબાણ.

વી - ટી કોઓર્ડિનેટ્સમાં આઇસોબેરિક પ્રક્રિયાઓ

P 1 > P 2 > P 3

જો, પિસ્ટનને ખસેડીને, તમે વાસણમાં ગેસનું પ્રમાણ બદલો છો, તો ગેસનું તાપમાન પણ બદલાશે, જો કે, ગેસ કમ્પ્રેશન દરમિયાન વાસણને ઠંડુ કરીને અને વિસ્તરણ દરમિયાન ગરમ કરીને, તમે પ્રાપ્ત કરી શકો છો કે તાપમાન સ્થિર રહેશે. વોલ્યુમ અને દબાણમાં ફેરફાર સાથે, આ પ્રક્રિયા કહેવામાં આવે છે ઇસોથર્મલ(T=const).

P-v કોઓર્ડિનેટ્સમાં ઇસોથર્મલ પ્રક્રિયાઓ

એવી પ્રક્રિયા કે જેમાં સિસ્ટમ અને પર્યાવરણ વચ્ચે ગરમીનું વિનિમય થતું નથી તેને કહેવામાં આવે છે એડિબેટિક, જ્યારે સિસ્ટમમાં ગરમીનું પ્રમાણ સ્થિર રહે છે (Q=const). વાસ્તવિક જીવનમાં એડિબેટિક પ્રક્રિયાઓઅસ્તિત્વમાં નથી કારણ કે પર્યાવરણમાંથી સિસ્ટમને સંપૂર્ણપણે અલગ કરવું શક્ય નથી. જો કે, પ્રક્રિયાઓ ઘણીવાર થાય છે જેમાં પર્યાવરણ સાથે ગરમીનું વિનિમય ખૂબ જ નાનું હોય છે, ઉદાહરણ તરીકે, પિસ્ટન દ્વારા વાસણમાં ગેસનું ઝડપી સંકોચન, જ્યારે પિસ્ટન અને વાસણને ગરમ કરવાને કારણે ગરમીને દૂર કરવાનો સમય નથી.

P - v કોઓર્ડિનેટ્સમાં એડિબેટિક પ્રક્રિયાનો અંદાજિત ગ્રાફ

વ્યાખ્યા: પરિપત્ર પ્રક્રિયા (ચક્ર) - પ્રક્રિયાઓનો સમૂહ છે જે સિસ્ટમને તેની મૂળ સ્થિતિમાં પરત કરે છે. લૂપમાં કોઈપણ સંખ્યામાં અલગ પ્રક્રિયાઓ હોઈ શકે છે.

થર્મોડાયનેમિક્સમાં ગોળાકાર પ્રક્રિયાની વિભાવના આપણા માટે ચાવીરૂપ છે, કારણ કે પરમાણુ પાવર પ્લાન્ટનું સંચાલન વરાળ-પાણી ચક્ર પર આધારિત છે, બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, આપણે મૂળમાં પાણીના બાષ્પીભવન, ટર્બાઇન રોટરના પરિભ્રમણને ધ્યાનમાં લઈ શકીએ છીએ. વરાળ દ્વારા, વરાળનું ઘનીકરણ અને એક પ્રકારની બંધ થર્મોડાયનેમિક પ્રક્રિયા અથવા ચક્ર તરીકે કોરમાં પાણીનો પ્રવાહ.

ગરમી અને કામ.

પ્રક્રિયામાં ભાગ લેતા શરીરો એકબીજા સાથે ઊર્જાનું વિનિમય કરે છે. કેટલાક શરીરની ઊર્જા વધે છે, જ્યારે અન્ય ઘટે છે. એક શરીરમાંથી બીજા શરીરમાં ઊર્જાનું ટ્રાન્સફર 2 રીતે થાય છે:

વિવિધ તાપમાન ધરાવતા શરીરના સીધા સંપર્ક દ્વારા, સંપર્ક કરતી સંસ્થાઓના પરમાણુઓ (અથવા ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગોનો ઉપયોગ કરીને રેડિયેટિવ ટ્રાન્સફર) વચ્ચે ગતિ ઊર્જાના વિનિમય દ્વારા ઊર્જા ટ્રાન્સફરની પ્રથમ પદ્ધતિ.

ઊર્જા વધુ ગરમ શરીરમાંથી ઓછા ગરમ શરીરમાં સ્થાનાંતરિત થાય છે.

પરમાણુઓની ગતિશીલ ગતિની ઊર્જાને થર્મલ કહેવામાં આવે છે, તેથી ઊર્જા સ્થાનાંતરણની આ પદ્ધતિને ઉષ્માના સ્વરૂપમાં ઊર્જા સ્થાનાંતરણ કહેવામાં આવે છે. ઉષ્માના રૂપમાં શરીર દ્વારા પ્રાપ્ત થતી ઉર્જાનું પ્રમાણ કહેવાય છે સપ્લાય ગરમી(અહેવાલ), અને ગરમીના સ્વરૂપમાં શરીર દ્વારા આપવામાં આવતી ઉર્જાનો જથ્થો - ગરમી દૂર કરી(દૂર લેવામાં આવે છે).

ગરમી માટે સામાન્ય હોદ્દો Q છે, પરિમાણ J છે. વ્યવહારિક ગણતરીઓમાં, ગરમી અને દળનો ગુણોત્તર મહત્વપૂર્ણ બને છે - ચોક્કસ ગરમીદ્વારા સૂચિત qપરિમાણ J/kg.

પૂરી પાડવામાં આવેલ ગરમી હકારાત્મક છે, દૂર કરવામાં આવેલી ગરમી નકારાત્મક છે.

ઊર્જા સ્થાનાંતરણની બીજી પદ્ધતિ બળ ક્ષેત્રો અથવા બાહ્ય દબાણની હાજરી સાથે સંકળાયેલ છે. આ રીતે ઉર્જા સ્થાનાંતરિત કરવા માટે, શરીરને કાં તો બળ ક્ષેત્રમાં ખસેડવું જોઈએ અથવા બાહ્ય દબાણના પ્રભાવ હેઠળ તેનું પ્રમાણ બદલવું જોઈએ.

આ પદ્ધતિ કહેવામાં આવે છે કાર્યના સ્વરૂપમાં ઊર્જાનું ટ્રાન્સફર.

જો, શરીરના ઉદાહરણ તરીકે, આપણે પિસ્ટન સાથેના વાસણમાં ગેસને ધ્યાનમાં લઈએ, તો પછી પિસ્ટન પર બાહ્ય બળ લાગુ કરવાના કિસ્સામાં, ગેસ સંકુચિત થાય છે - શરીર પર કામ કરવામાં આવે છે, અને આ કિસ્સામાં જહાજમાં ગેસનું વિસ્તરણ, કાર્ય, પિસ્ટનની હિલચાલ, શરીર (ગેસ) દ્વારા જ કરવામાં આવે છે.

કાર્યના રૂપમાં શરીર દ્વારા પ્રાપ્ત થતી ઉર્જાનું પ્રમાણ કહેવાય છે શરીર પર કરવામાં આવેલ કામ, અને આપેલ - શરીર દ્વારા ખર્ચવામાં આવેલ કાર્ય.

કામના સ્વરૂપમાં ઊર્જાની માત્રા સામાન્ય રીતે સૂચવવામાં આવે છે એલપરિમાણ જે. ચોક્કસ કામ- શરીરના વજન સાથે કામનો ગુણોત્તર દર્શાવેલ છે lપરિમાણ - J/kg.

વ્યાખ્યા: વર્ક બોડી - પદાર્થની ચોક્કસ માત્રા જે, થર્મોડાયનેમિક ચક્રમાં ભાગ લેતા, ઉપયોગી કાર્ય કરે છે.

RBMK રિએક્ટર પ્લાન્ટમાં કાર્યરત પ્રવાહી પાણી છે, જે વરાળના રૂપમાં કોરમાં બાષ્પીભવન થયા પછી, ટર્બાઇનમાં કામ કરે છે, રોટરને ફેરવે છે.

વ્યાખ્યા: કાર્યકારી પ્રવાહીના જથ્થામાં ફેરફાર સાથે, બાહ્ય અવકાશમાં તેની હિલચાલ સાથે અથવા તેની સ્થિતિમાં ફેરફાર સાથે થર્મોડાયનેમિક પ્રક્રિયામાં ઊર્જાનું ટ્રાન્સફર કહેવામાં આવે છે.પ્રક્રિયા કાર્ય .

થર્મોડાયનેમિક્સ શું છે

વ્યાખ્યા

થર્મોડાયનેમિક્સ એ ભૌતિકશાસ્ત્રનો સૌથી મહત્વપૂર્ણ ભાગ છે. તેના તારણોનો ઉપયોગ ગાયરો- અને એરોડાયનેમિક્સ, ઓપ્ટિક્સ, ભૌતિક રસાયણશાસ્ત્રઅન્ય ઘણા વિજ્ઞાન અને લાગુ વિકાસ.

થર્મોડાયનેમિક્સનો ઉદ્ભવ થયો પ્રારંભિક XIXસદી તે સમયે, હીટિંગ એન્જિનિયરિંગનો વિકાસ શરૂ થયો. થર્મોડાયનેમિક્સ તેણી બની સૈદ્ધાંતિક આધાર. તે સમયે તેનો ધ્યેય ગરમીને રૂપાંતરિત કરવાની પ્રક્રિયાઓને નિર્ધારિત કરતી પેટર્નનો અભ્યાસ કરવાનો હતો યાંત્રિક કાર્યહીટ એન્જિનનો ઉપયોગ કરીને અને એવી પરિસ્થિતિઓની શોધ કરવી કે જેમાં આવા પરિવર્તનની કાર્યક્ષમતા મહત્તમ હોય. થર્મોડાયનેમિક્સના પાયા તેમના કાર્યોમાં સાદી કાર્નોટ દ્વારા નાખવામાં આવ્યા હતા, જે ફ્રેન્ચ એન્જિનિયર અને ભૌતિકશાસ્ત્રી હતા જેમણે હીટ એન્જિનનો અભ્યાસ કર્યો હતો. તે સમયે, ગરમીને હજી પણ ચોક્કસ પદાર્થ તરીકે ગણવામાં આવતું હતું - કેલરી, જેનો કોઈ સમૂહ નથી અને તે બનાવી અથવા નાશ કરી શકાતો નથી. ત્યારબાદ, થર્મોડાયનેમિક્સ એક સાંકડી તકનીકી સમસ્યાની સીમાઓથી આગળ વધ્યું. આધુનિક થર્મોડાયનેમિક્સની મુખ્ય સામગ્રી એ પદાર્થની ગતિના થર્મલ સ્વરૂપના નિયમો અને સંબંધિત ઘટનાઓનો અભ્યાસ છે.

થર્મોડાયનેમિક્સ કઈ પ્રક્રિયાઓનો અભ્યાસ કરે છે?

થર્મોડાયનેમિક્સ મેક્રોસ્કોપિક પ્રક્રિયાઓનો અભ્યાસ કરે છે જે શરીર અને શરીરની સિસ્ટમોમાં થાય છે. આ વિજ્ઞાન દ્રવ્યની રચના વિશે વિશેષ પૂર્વધારણાઓ અને વિચારોનો ઉપયોગ કરતું નથી. ગરમીની પ્રકૃતિ વિશે પ્રશ્નો પૂછતા નથી. થર્મોડાયનેમિક્સના તારણો સામાન્ય સિદ્ધાંતો (સિદ્ધાંતો) પર આધારિત છે, જે પ્રયોગમૂલક ડેટાનું સામાન્યીકરણ કરીને મેળવવામાં આવે છે.

થર્મોડાયનેમિક્સ માત્ર સિસ્ટમોની થર્મોડાયનેમિકલી સંતુલન સ્થિતિઓ અથવા ખૂબ જ ધીમી પ્રક્રિયાઓનો અભ્યાસ કરે છે જે સંતુલનના સમૂહ દ્વારા રજૂ કરી શકાય છે. આ વિજ્ઞાન એકમાંથી સંક્રમણના નિયમોનો પણ અભ્યાસ કરે છે સંતુલન સ્થિતિબીજાને.

થર્મોડાયનેમિક્સના તારણો ખૂબ જ સામાન્ય છે, કારણ કે તે સરળ મોડેલોનો ઉપયોગ કર્યા વિના મેળવવામાં આવે છે. થર્મોડાયનેમિક્સ અનુભવમાંથી અથવા મોલેક્યુલર રીતે ઘણા સમીકરણો લે છે - ગતિ સિદ્ધાંત. પરંતુ અહીં એ નોંધવું જોઈએ કે પ્રેક્ટિસ બતાવે છે કે થર્મોડાયનેમિક્સના સ્વયંસિદ્ધ સિદ્ધાંતો લાગુ પડવાની મર્યાદા ધરાવે છે. આમ, શાસ્ત્રીય થર્મોડાયનેમિક્સ નાના કદની સિસ્ટમોમાં નબળી રીતે લાગુ પડે છે, કારણ કે તે રાજ્યની વધઘટને ધ્યાનમાં લેતું નથી, જે માઇક્રોવર્લ્ડમાં નોંધપાત્ર મહત્વ ધરાવે છે.

તેથી, અમે થર્મોડાયનેમિક્સના મૂળભૂત વિચારને નીચે પ્રમાણે વ્યાખ્યાયિત કરીએ છીએ:

થર્મોડાયનેમિક્સનો મૂળભૂત વિચાર

મેક્રોસ્કોપિક સિસ્ટમ્સ સમાવે છે મોટી માત્રામાંકણો સિસ્ટમ સ્ટેટ્સ ખૂબ ચોક્કસ પરિમાણો દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે. દરેક સિસ્ટમ ઊર્જા સંરક્ષણના કાયદાનું પાલન કરે છે.

થર્મોડાયનેમિક્સમાં, ઉર્જા સંરક્ષણનો કાયદો થર્મોડાયનેમિક્સના સિદ્ધાંતો તરીકે ઘડવામાં આવે છે. મેક્રોસિસ્ટમનું વર્તન થર્મોડાયનેમિક્સના સિદ્ધાંતોના આધારે વર્ણવવામાં આવ્યું છે. થર્મોડાયનેમિક્સમાં ત્રણ સિદ્ધાંતો ઘડવામાં આવ્યા છે. પ્રથમ સિદ્ધાંત ઊર્જા સંરક્ષણના કાયદાનું પરિણામ છે:

થર્મોડાયનેમિક્સનો પ્રથમ નિયમ

\[\delta Q=dU+\delta A\ \left(1\જમણે),\]

જ્યાં $\delta Q$ એ થર્મોડાયનેમિક સિસ્ટમને પૂરી પાડવામાં આવતી ગરમીનું તત્વ (અથવા અનંત રકમ) છે. ઊર્જાના આ સ્વરૂપની હિલચાલ અને પરિવર્તનનો અભ્યાસ થર્મોડાયનેમિક્સનો વિષય છે, $dU$ એ સિસ્ટમની આંતરિક ઊર્જામાં ફેરફાર છે, $\delta A$ -- મૂળભૂત કામ. અસંખ્ય જથ્થાઓ અહીં નિયુક્ત કરવામાં આવી છે વિવિધ પ્રતીકો(d અને $\delta $), આ ઇરાદાપૂર્વક છે. ભાર આપવા માટે કે આ નાના જથ્થાના ગુણધર્મો અલગ છે. થર્મોડાયનેમિક્સનો પ્રથમ નિયમ પ્રક્રિયાની દિશા વિશે કોઈ ખ્યાલ આપતો નથી. તેથી, બીજી શરૂઆત જરૂરી છે. આ તે છે જે થર્મોડાયનેમિક્સમાં પ્રક્રિયાઓની દિશા દર્શાવે છે. થર્મોડાયનેમિક્સના બીજા નિયમની ઘણી રચનાઓ છે. તેઓ સ્વરૂપમાં ભિન્ન છે, પરંતુ અર્થમાં તેઓ સમાન છે. અહીં થોમ્પસન (લોર્ડ કેલ્વિન) દ્વારા આપવામાં આવેલ એક ફોર્મ્યુલેશન છે:

થર્મોડાયનેમિક્સનો બીજો નિયમ

"એક પરિપત્ર પ્રક્રિયા અશક્ય છે, જેનું એકમાત્ર પરિણામ થર્મલ જળાશયની આંતરિક ઊર્જાને ઘટાડીને કાર્યનું ઉત્પાદન હશે."

ત્રીજું સ્થાન પ્રક્રિયાઓ પર પ્રતિબંધ મૂકે છે. ચાલો તેને ઘડીએ:

થર્મોડાયનેમિક્સનો ત્રીજો નિયમ

« સંપૂર્ણ શૂન્યદ્વારા અપ્રાપ્ય મર્યાદિત સંખ્યાકામગીરી."

થર્મોડાયનેમિક્સનું ગાણિતિક ઉપકરણ એ સિદ્ધાંત છે વિભેદક સ્વરૂપોઅને આંશિક વિભેદક સમીકરણો.

કાર્ય: એક આદર્શ મોનોટોમિક ગેસ ચક્રીય પ્રક્રિયામાંથી પસાર થાય છે (ફિગ. 1).

વ્યાખ્યાયિત કરો ચક્ર કાર્યક્ષમતા, જો $V_1,\ V_2,$ $p_1,\ p_2$ જાણીતા છે.

આ કિસ્સામાં ચક્રની કાર્યક્ષમતા ($\eta $) આ રીતે સરળતાથી નક્કી કરવામાં આવે છે:

\[\eta =\frac(A)(Q^+)\left(1.1\જમણે),\]

જ્યાં A એ ગોળાકાર પ્રક્રિયામાં ગેસ દ્વારા કરવામાં આવેલું કાર્ય છે, $Q^+$ એ હીટરમાંથી ગેસને પૂરી પાડવામાં આવતી ગરમીની માત્રા છે.

ગોળ પ્રક્રિયા (ચક્ર), જે ફિગ. 1 માં દર્શાવવામાં આવી છે, તેમાં ચાર ક્રમિક પ્રક્રિયાઓનો સમાવેશ થાય છે. ચાલો આપણે નક્કી કરીએ કે કઈ પ્રક્રિયાઓમાં ગરમી પૂરી પાડવામાં આવે છે. દેખીતી રીતે આ AB અને BC પ્રક્રિયાઓ છે.

AB પ્રક્રિયા આઇસોબેરિક છે. ચાલો થર્મોડાયનેમિક્સનો પ્રથમ નિયમ લખીએ અને આ પ્રક્રિયામાં ગેસ દ્વારા છોડવામાં આવતી ગરમીનું પ્રમાણ શોધીએ.

\[\triangle Q=\triangle U+A\\left(1.2\જમણે).\]

આઇસોબેરિક પ્રક્રિયામાં કામ આ રીતે મળી શકે છે:

તેથી, પ્રક્રિયા AB માટે અમને મળે છે:

એબી પ્રક્રિયા દરમિયાન ગેસની આંતરિક ઉર્જામાં ફેરફારનું સૂત્ર છે:

\[\ત્રિકોણ U_(AB)=\frac(i)(2)\nu R\left(T_2-T_1\જમણે)\left(1.5\જમણે).\]

$\left(T_2-T_1\right)$ શોધવા માટે, અમે આદર્શ ગેસ માટે મેન્ડેલીવ - ક્લેપરન સમીકરણનો ઉપયોગ કરીએ છીએ. ચાલો તેને બે અવસ્થાઓ (બિંદુ A અને B) માટે લખીએ:

\ \

ચાલો (1.7) અને (1.6) વચ્ચેનો તફાવત શોધીએ, આપણને મળે છે:

(1.8) ને (1.5) માં બદલીને, આપણને મળે છે:

\[\ત્રિકોણ U_(AB)=\frac(i)(2)p_1\left(V_2-V_1\જમણે)\left(1.9\જમણે).\]

તેથી, એબી પ્રક્રિયામાં ગેસ દ્વારા પ્રાપ્ત થતી ગરમીની માત્રા બરાબર છે:

\[\ત્રિકોણ Q_(AB)=p_1\left(V_2-V_1\right)+\frac(i)(2)p_1\left(V_2-V_1\જમણે)\ (1.10).\]

હવે ચાલો આઇસોકોરિક પ્રક્રિયા BC ને ધ્યાનમાં લઈએ. તેના માટે, ગેસમાં સ્થાનાંતરિત ગરમીનું પ્રમાણ બરાબર છે:

\[\ત્રિકોણ Q_(BC)=\ત્રિકોણ U_(BC\ )\left(1.11\જમણે).\]

કારણ કે આઇસોકોરિક પ્રક્રિયામાં કાર્ય શૂન્ય છે. ચાલો આંતરિક ઊર્જામાં ફેરફારો શોધીએ આ પ્રક્રિયા, ડાયાગ્રામ બિંદુઓ B અને C માટે રાજ્યના આદર્શ ગેસ સમીકરણનો ઉપયોગ કરીને:

\ \

(1.7) માંથી (1.6) બાદ કરો, આપણને મળે છે:

(1.14) ને (1.11) માં બદલીને આપણને $\triangle Q_(BC)$ મળે છે:

\[\ત્રિકોણ Q_(BC)=\frac(i)(2)(p)_2-\ p_1)V_2(1.15).\]

અમે $Q^+:$ માટે એક અભિવ્યક્તિ મેળવીએ છીએ

ચાલો ગોળાકાર પ્રક્રિયામાં ગેસ દ્વારા કરવામાં આવેલું કાર્ય શોધીએ. તે બરાબર છે ભૌમિતિક અર્થલંબચોરસ ABCD ના ક્ષેત્રફળના અભિન્ન ભાગો, અમે તે મુજબ લખીએ છીએ:

\[\eta =\frac((p)_2-\ p_1)\left(V_2-V_1\જમણે))(\frac(i)(2)(p)_2V_2-p_1V_1)+p_1((V) _2-V_1))\ \left(1.18\જમણે).\]

જવાબ: સાયકલ કાર્યક્ષમતા આપેલ પ્રક્રિયાસૂત્ર દ્વારા વ્યક્ત થાય છે: $\eta =\frac((p)_2-\p_1)\left(V_2-V_1\જમણે))(\frac(i)(2)(p)_2V_2-p_1V_1)+ p_1(( V)_2-V_1))$.

સોંપણી: ફિગમાં. આકૃતિ 2 ઇસોથર્મ્સ AB અને CD દર્શાવે છે. પ્રક્રિયા I અને II માં ગેસ દ્વારા પ્રાપ્ત ગરમીની માત્રાની તુલના કરો.

જો AB અને CB ઇસોથર્મ્સ છે, તો I અને II પ્રક્રિયાઓમાં ગેસની આંતરિક ઊર્જામાં થતા ફેરફારો સમાન છે: \[\triangle U_I=\triangle U_(II)\left(2.1\right).\]

પ્રક્રિયા I માં કાર્ય શૂન્ય છે, કારણ કે પ્રક્રિયા આઇસોકોરિક છે, તેથી પ્રક્રિયા I માં ગેસ દ્વારા પ્રાપ્ત થતી ગરમીનું પ્રમાણ:

\[\triangle Q_I=\triangle U_I\\left(2.2\જમણે).\]

પ્રક્રિયા II માં, કાર્ય ગેસ દ્વારા કરવામાં આવે છે અને તે 0 ($A_I>0) કરતા વધારે છે.\ $

\[\ત્રિકોણ Q_(II)=\triangle U_(II)+A=\ત્રિકોણ U_I+A\ થી \ત્રિકોણ Q_(II)>\ત્રિકોણ Q_I\left(2.3\જમણે).\]

જવાબ: પ્રક્રિયા II માં ગેસ દ્વારા પ્રાપ્ત થતી ગરમીનું પ્રમાણ I પ્રક્રિયામાં ગેસ દ્વારા પ્રાપ્ત થતી ગરમીના પ્રમાણ કરતાં વધારે છે.

થર્મોડાયનેમિક્સમાં તેઓ સૌથી વધુ અભ્યાસ કરે છે સામાન્ય કાયદાઅને આંતરિક ઊર્જાના પરિવર્તનની ભૌતિક પ્રક્રિયાઓ. એવું માનવામાં આવે છે કે કોઈપણ ભૌતિક શરીર હોય છે થર્મલ ઊર્જા$U$, જે તેના તાપમાન પર આધાર રાખે છે.

મૂળભૂત થર્મોડાયનેમિક સૂત્રોને ધ્યાનમાં લેતા પહેલા, થર્મોડાયનેમિક્સની વ્યાખ્યા કરવી જરૂરી છે.

વ્યાખ્યા 1

થર્મોડાયનેમિક્સ એ ભૌતિકશાસ્ત્રની એક વ્યાપક શાખા છે જે સિસ્ટમો તેમજ તેમની સ્થિતિઓમાં થતી પ્રક્રિયાઓનો અભ્યાસ કરે છે અને તેનું વર્ણન કરે છે.

ઉલ્લેખિત વૈજ્ઞાનિક દિશાસામાન્યકૃત તથ્યો પર આધાર રાખે છે જે અનુભવપૂર્વક પ્રાપ્ત કરવામાં આવ્યા છે. થર્મોડાયનેમિક વિભાવનાઓમાં બનતી ઘટનાઓનું વર્ણન મેક્રોસ્કોપિક જથ્થાનો ઉપયોગ કરીને કરવામાં આવે છે.

તેમની સૂચિમાં પરિમાણો શામેલ છે જેમ કે:

• દબાણ;
• તાપમાન;
• એકાગ્રતા;
• ઊર્જા
• વોલ્યુમ

આ પરિમાણો વ્યક્તિગત પરમાણુઓને લાગુ પડતા નથી, પરંતુ તેમાં ઘટાડો થાય છે વિગતવાર વર્ણનસિસ્ટમ તેના સામાન્ય સ્વરૂપમાં. થર્મોડાયનેમિક કાયદાઓ પર આધારિત ઘણા ઉકેલો ઇલેક્ટ્રિક પાવર અને થર્મલ એન્જિનિયરિંગના ક્ષેત્રમાં મળી શકે છે. જે તબક્કાના સંક્રમણો, રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓ અને પરિવહનની ઘટનાની સમજ સૂચવે છે. અમુક રીતે, થર્મોડાયનેમિક્સ ક્વોન્ટમ ડાયનેમિક્સ સાથે નજીકથી "સહકાર" કરે છે.

થર્મોડાયનેમિક્સમાં આદર્શ ગેસ સમીકરણ

આકૃતિ 1. થર્મોડાયનેમિક્સમાં કામ કરવું. લેખક24 - વિદ્યાર્થીઓના કાર્યોનું ઓનલાઇન વિનિમય

વ્યાખ્યા 2

આદર્શ ગેસ એ એક પ્રકારનું આદર્શીકરણ છે, જે ભૌતિક બિંદુ સમાન છે.

આવા તત્વના પરમાણુઓ છે સામગ્રી બિંદુઓ, અને કણોની અથડામણ એકદમ સ્થિતિસ્થાપક અને સતત હોય છે. થર્મોડાયનેમિક્સમાં સમસ્યાઓમાં વાસ્તવિક વાયુઓઘણીવાર આદર્શ તરીકે લેવામાં આવે છે. આ રીતે સૂત્રો લખવાનું ખૂબ સરળ છે, અને તમારે તેની સાથે વ્યવહાર કરવાની જરૂર નથી મોટી રકમસમીકરણોમાં નવી માત્રા.

તેથી, આદર્શ વાયુના પરમાણુઓ આગળ વધે છે, પરંતુ કઈ ઝડપે અને દળ પર થાય છે તે શોધવા માટે, તમારે આદર્શ વાયુની સ્થિતિના સમીકરણ અથવા ક્લેપીરોન-મેન્ડેલીવ સૂત્રનો ઉપયોગ કરવાની જરૂર છે: $PV = \frac(m)(M )RT$. અહીં $m$ એ અભ્યાસ હેઠળના વાયુનું દળ છે, $M$ તેનો પ્રારંભિક છે પરમાણુ વજન, $R$ એ 8.3144598 J/(mol*kg) સમાન સાર્વત્રિક સ્થિરાંક છે.

આ પાસામાં, આદર્શ ગેસના દળને વોલ્યુમ અને ઘનતા $m = pV$ના ગુણાંક તરીકે પણ ગણી શકાય. સરેરાશ ગતિ ઉર્જા $E$ અને ગેસ દબાણ વચ્ચે થોડું જોડાણ છે. આ સંબંધને ભૌતિકશાસ્ત્રમાં મોલેક્યુલર ગતિ સિદ્ધાંતનું મૂળભૂત સમીકરણ કહેવામાં આવે છે અને તેનું સ્વરૂપ છે: $p = \frac(2)(3)nE$, જ્યાં $n$ એ કુલ વોલ્યુમની તુલનામાં ફરતા પરમાણુઓની સાંદ્રતા છે, $E $ એ સરેરાશનો ગુણાંક છે ગતિ ઊર્જા.

થર્મોડાયનેમિક્સનો પ્રથમ નિયમ. આઇસોપ્રોસેસિસ માટેના સૂત્રો

આકૃતિ 2. આદર્શ ગેસની સ્થિતિનું સમીકરણ. લેખક24 - વિદ્યાર્થીઓના કાર્યોનું ઓનલાઇન વિનિમય

પ્રથમ થર્મોડાયનેમિક કાયદો જણાવે છે: જથ્થો આંતરિક ગરમી, ગેસમાં સ્થાનાંતરિત, ફક્ત બદલવા માટે જાય છે કુલ ઊર્જાગેસ $U$ અને પદાર્થ દ્વારા કરવામાં આવેલ કાર્ય $A$. થર્મોડાયનેમિક્સના પ્રથમ નિયમનું સૂત્ર નીચે પ્રમાણે લખાયેલું છે: $Q = ΔU + A$.

જેમ તમે જાણો છો, સિસ્ટમમાં ગેસ સાથે હંમેશા કંઈક થાય છે, કારણ કે તે સંકુચિત અથવા ગરમ થઈ શકે છે. આ કિસ્સામાં, એક સ્થિર પરિમાણ પર થતી પ્રક્રિયાઓને ધ્યાનમાં લેવી જરૂરી છે. ઇસોથર્મલ કેસમાં થર્મોડાયનેમિક્સનો પ્રથમ કાયદો, જે સમયે થાય છે સતત તાપમાન, બોયલ-મેરિયોટ કાયદાનો ઉપયોગ કરે છે.

પરિણામે ઇસોથર્મલ પ્રક્રિયાગેસનું દબાણ તેના મૂળ વોલ્યુમના વિપરિત પ્રમાણસર છે: $Q = A.$

આઇસોકોરિક - સતત વોલ્યુમ પર અવલોકન કરવામાં આવે છે. આ ઘટના માટે, અમે ચાર્લ્સનો કાયદો લાગુ કરીએ છીએ, જે મુજબ દબાણ સીધા પ્રમાણસર છે સામાન્ય તાપમાન. આઇસોકોરિક પ્રક્રિયામાં, ગેસને પૂરી પાડવામાં આવતી તમામ ગરમી તેની આંતરિક ઊર્જાને બદલવા માટે જાય છે અને તે નીચેના સ્વરૂપમાં લખાય છે: $Q = ΔA.$

આઇસોબેરિક પ્રક્રિયા - સતત દબાણ પર થાય છે. ગે-લુસાકનો કાયદો ધારે છે કે, આદર્શ ગેસના સતત દબાણ પર, તેનું પ્રારંભિક વોલ્યુમ પરિણામી તાપમાનના સીધા પ્રમાણમાં હોય છે. આઇસોબેરિક પ્રક્રિયામાં, ગરમીનો ઉપયોગ ગેસ પર કામ કરવા અને આંતરિક ઊર્જા સંભવિતને બદલવા માટે થાય છે: $Q = \Delta U+p\Delta V.$

ગરમીની ક્ષમતા માટેનું સૂત્ર અને થર્મોડાયનેમિક્સમાં કાર્યક્ષમતા માટેનું મુખ્ય સૂત્ર

નોંધ 1

ચોક્કસ ગરમીથર્મોડાયનેમિક સિસ્ટમમાં હંમેશા ગરમીના જથ્થા જેટલી હોય છે જે એક કિલોગ્રામને ગરમ કરવા માટે છોડવામાં આવે છે સક્રિય પદાર્થએક ડિગ્રી સેલ્સિયસ દ્વારા.

ઉષ્મા ક્ષમતા સમીકરણ નીચે પ્રમાણે લખાયેલ છે: $c = \frac(Q)(m\Delta t)$. આ પરિમાણ ઉપરાંત, દાળની ગરમીની ક્ષમતા પણ છે, જે સતત વોલ્યુમ અને દબાણ પર કાર્ય કરે છે.

તેણીની ક્રિયાઓ માં દૃશ્યમાન છે નીચેનું સૂત્ર: $C_v = \frac (i)(2)R$ જ્યાં $i$ એ ગેસના અણુઓની સ્વતંત્રતાની ડિગ્રીની સંખ્યા છે.

હીટ એન્જિન, તેના સૌથી સરળ કિસ્સામાં, રેફ્રિજરેટર, હીટર અને કાર્યકારી સામગ્રીનો સમાવેશ થાય છે. હીટર શરૂઆતમાં ગરમી આપે છે ભૌતિક પદાર્થઅને ચોક્કસ માત્રામાં કામ કરે છે, અને પછી ધીમે ધીમે રેફ્રિજરેટર દ્વારા ઠંડુ કરવામાં આવે છે, અને બધું વર્તુળમાં પુનરાવર્તિત થાય છે. એક લાક્ષણિક ઉદાહરણહીટ એન્જિન એ આંતરિક કમ્બશન એન્જિન છે.

ગુણાંક ઉપયોગી ક્રિયાથર્મલ ઉપકરણની ગણતરી સૂત્ર દ્વારા કરવામાં આવે છે: $n = \frac (Q_h-Q_x )(Q_h ).$

થર્મોડાયનેમિક્સના મૂળભૂત અને સમીકરણોનો અભ્યાસ કરતી વખતે, તમારે સમજવું જોઈએ કે આજે વર્ણન કરવાની બે પદ્ધતિઓ છે. શારીરિક પ્રક્રિયાઓ, મેક્રોસ્કોપિકમાં થાય છે ભૌતિક સંસ્થાઓ: આંકડાકીય અને થર્મોડાયનેમિક.

થર્મોડાયનેમિક્સની પદ્ધતિઓ અને તેના સૂત્રો મેન્ડેલીવ-ક્લેપીરોન કાયદાના સ્વરૂપમાં પ્રાયોગિક પેટર્નના અર્થને પ્રગટ અને વર્ણવવાનું શક્ય બનાવે છે. તે સમજવું અગત્યનું છે કે થર્મોડાયનેમિક વિભાવનાઓમાં, સિસ્ટમોથી વિપરીત પરમાણુ ભૌતિકશાસ્ત્ર, ચોક્કસ પરમાણુઓ અથવા અણુઓ સાથે થતી વિશિષ્ટ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓનો અભ્યાસ કરવામાં આવતો નથી, પરંતુ વિવિધ પ્રકારની ગરમી, ઊર્જા અને કાર્યના સતત આંતર-રૂપાંતરણો અને જોડાણને ધ્યાનમાં લેવામાં આવે છે.

રાજ્ય અને તેના કાર્યોનું સમીકરણ

આકૃતિ 4. રાજ્યના થર્મોડાયનેમિક સમીકરણો. લેખક24 - વિદ્યાર્થીઓના કાર્યોનું ઓનલાઇન વિનિમય

મેક્રોસ્ટેટ્સનો અભ્યાસ કરતી વખતે, રાજ્યના કાર્યોનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, જે એક સૂચક ધારે છે જે થર્મોડાયનેમિક સંતુલનની ચોક્કસ સ્થિતિઓ દર્શાવે છે, જે ખ્યાલની પૃષ્ઠભૂમિ અને તેના સંપૂર્ણ રાજ્યમાં સંક્રમણની પદ્ધતિથી સ્વતંત્ર છે.

થર્મોડાયનેમિક્સના સક્ષમ બાંધકામમાં રાજ્યના મુખ્ય કાર્યો છે:

• આંતરિક ઊર્જા;
• એન્ટ્રોપી
• તાપમાન;
• થર્મોડાયનેમિક સંભવિતતા.

જો કે, થર્મોડાયનેમિક્સમાં રાજ્યના કાર્યો સંપૂર્ણપણે સ્વતંત્ર નથી, અને માટે સજાતીય સિસ્ટમકોઈપણ થર્મોડાયનેમિક સિદ્ધાંતને બે સ્વતંત્ર ચલોની અભિવ્યક્તિ તરીકે લખી શકાય છે. આવા કાર્યાત્મક સંબંધોને સામાન્ય સ્થિતિ સમીકરણો કહેવામાં આવે છે.

આજે, નીચેના પ્રકારના સમીકરણોને અલગ પાડવામાં આવે છે:

• થર્મલ સમીકરણ સ્થિતિ - દબાણ, તાપમાન અને વોલ્યુમ વચ્ચેના સંબંધને વ્યાખ્યાયિત કરે છે;
• કેલરી સમીકરણ - આંતરિક વ્યક્ત કરે છે ઊર્જા સંભવિત, વોલ્યુમ અને તાપમાનના કાર્ય તરીકે;
• રાજ્યનું પ્રમાણભૂત સમીકરણ - અનુરૂપ ચલોમાં થર્મોડાયનેમિક સંભવિત તરીકે લખાયેલ છે.

વ્યવહારમાં ઉપયોગ માટે રાજ્યના સમીકરણનું જ્ઞાન ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ છે સામાન્ય સિદ્ધાંતોથર્મોડાયનેમિક્સ દરેક ચોક્કસ થર્મોડાયનેમિક ખ્યાલ માટે, આવા અભિવ્યક્તિઓ અનુભવથી અથવા આંકડાકીય મિકેનિક્સની પદ્ધતિઓ દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે, અને જ્યારે સિસ્ટમને શરૂઆતમાં વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે ત્યારે થર્મોડાયનેમિક્સની મર્યાદામાં તે આપવામાં આવે છે.

થર્મોડાયનેમિક્સના વિભાગો

આધુનિક અસાધારણ થર્મોડાયનેમિક્સ સામાન્ય રીતે સંતુલનમાં વિભાજિત કરવામાં આવે છે (સંતુલન પ્રક્રિયાઓની થર્મોડાયનેમિક્સ, જેને અર્ધ-સ્થિર પ્રક્રિયાઓના થર્મોડાયનેમિક્સ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે, જેને ક્લાસિકલ થર્મોડાયનેમિક્સ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે) અને નોન ઇક્વિલિબ્રિયમ (બિનસંતુલન પ્રક્રિયાઓની થર્મોડાયનેમિક્સ, થર્મોડાયનેમિક્સ તરીકે પણ ઓળખાય છે. ઉલટાવી શકાય તેવી પ્રક્રિયાઓ). સંતુલન થર્મોડાયનેમિક્સ નવા (એટલે ​​​​કે, જે ભૌતિકશાસ્ત્રની અન્ય શાખાઓમાં વ્યાખ્યાયિત નથી) ચલોનો પરિચય આપે છે, જેમ કે આંતરિક ઊર્જા, તાપમાન, એન્ટ્રોપી, રાસાયણિક સંભવિત, તેમજ આ જથ્થાઓના સંયોજનો. તે બધાને થર્મોડાયનેમિક પરિમાણો (જથ્થાઓ) કહેવામાં આવે છે. ક્લાસિકલ થર્મોડાયનેમિક્સના વિચારણાનો વિષય એ થર્મોડાયનેમિક પરિમાણોનો એકબીજા સાથે અને ભૌતિક વિજ્ઞાનની અન્ય શાખાઓમાં વિચારણામાં રજૂ કરાયેલા ભૌતિક ચલો સાથેનો સંબંધ છે (દળ, દબાણ, સપાટી તણાવ, વર્તમાન તાકાત, વગેરે). કેમિકલ અને તબક્કાની પ્રતિક્રિયાઓ (તબક્કા સંક્રમણોપ્રથમ પ્રકારનો) ક્લાસિકલ થર્મોડાયનેમિક્સના અભ્યાસનો વિષય પણ છે, કારણ કે આ કિસ્સામાં સિસ્ટમના ઘટકોના સમૂહ અને તેમની રાસાયણિક સંભવિતતા વચ્ચેના જોડાણોને ધ્યાનમાં લેવામાં આવે છે. ક્લાસિકલ થર્મોડાયનેમિક્સ થર્મોડાયનેમિક ચલોને અવકાશમાં સ્થાનિક જથ્થા તરીકે માને છે (કોઈપણ સિસ્ટમ હંમેશા ઓછામાં ઓછા એક બળ ક્ષેત્ર - ગુરુત્વાકર્ષણ ક્ષેત્ર દ્વારા પ્રભાવિત થાય છે). શાસ્ત્રીય થર્મોડાયનેમિક્સના સૂત્રોમાં સમયનો સ્પષ્ટપણે સમાવેશ થતો નથી. જો કે, આનો અર્થ એ નથી કે શાસ્ત્રીય થર્મોડાયનેમિક્સ માત્ર સિસ્ટમની સ્થિતિઓને જ ધ્યાનમાં લે છે અને તેમના ફેરફારો, એટલે કે પ્રક્રિયાઓને ધ્યાનમાં લેતા નથી. તે માત્ર એટલું જ છે કે તેના ધ્યાનનો વિષય પ્રમાણમાં ધીમે ધીમે બનતી (અર્ધ-સ્થિર) પ્રક્રિયાઓ છે, જેના માટે દરેક આ ક્ષણેસમય, સિસ્ટમને થર્મોડાયનેમિક સંતુલન (સંતુલન પ્રક્રિયાઓ) ની સ્થિતિમાં ગણી શકાય. પ્રક્રિયાને અર્ધ-સ્થિર ગણી શકાય જો તેનો સમય વિચારણા હેઠળની સિસ્ટમના છૂટછાટના સમય કરતાં ઘણો ઓછો હોય.

બિન-સંતુલન થર્મોડાયનેમિક્સમાં, ચલોને માત્ર અવકાશમાં જ નહીં, પણ સમયના સ્થાને પણ ગણવામાં આવે છે, એટલે કે, સમય તેના સૂત્રો સ્પષ્ટપણે દાખલ કરી શકે છે. તે રસપ્રદ છે કે થર્મલ વાહકતા પર ફોરિયરનું ઉત્તમ કાર્ય " વિશ્લેષણાત્મક સિદ્ધાંતગરમી" (1822) એ માત્ર વિજ્ઞાનની સંપૂર્ણ શાખા તરીકે (એક સદી કરતાં વધુ સમય સુધી) બિનસંતુલન થર્મોડાયનેમિક્સના ઉદભવ પહેલા જ નહીં, પણ કાર્નોટનું કાર્ય પણ "રિફ્લેક્શન્સ ઓન ચાલક બળઅગ્નિ અને આ બળને વિકસાવવામાં સક્ષમ મશીનો વિશે" (1824), જે ક્લાસિકલ થર્મોડાયનેમિક્સના ઇતિહાસમાં પ્રારંભિક બિંદુ માનવામાં આવે છે.

2 - કેલ્વિનનું અનુમાન.જે પ્રક્રિયામાં સિસ્ટમમાં અન્ય ફેરફારો કર્યા વિના કામ ગરમીમાં રૂપાંતરિત થાય છે તે ઉલટાવી શકાય તેવું છે, એટલે કે, સિસ્ટમમાં અન્ય ફેરફારો કર્યા વિના સમાન તાપમાન સાથે સ્ત્રોતમાંથી લેવામાં આવતી તમામ ગરમીને કાર્યમાં રૂપાંતરિત કરવું અશક્ય છે.

ઊર્જા માટે, યુલરના પ્રમેયનું સ્વરૂપ છે:

તે અહીંથી સરળતાથી અનુસરે છે ગિબ્સ-ડુહેમ સમીકરણ:

આ સમીકરણ બતાવે છે કે સઘન ચલો વચ્ચે એક જોડાણ છે, જે સિસ્ટમના ગુણધર્મોની ઉમેરણની ધારણાનું પરિણામ છે. ખાસ કરીને, ગિબ્સ-ડુહેમ સંબંધોનું તાત્કાલિક પરિણામ એ મિશ્રણના ઘટકોની રાસાયણિક સંભવિતતાના સંદર્ભમાં ગિબ્સ થર્મોડાયનેમિક સંભવિત માટે અભિવ્યક્તિ છે:

સાતત્યનું થર્મોડાયનેમિક્સ

થર્મોડાયનેમિક્સ અને થર્મોડાયનેમિક પોટેન્શિયલ માટેના સંબંધોના સ્વયંસિદ્ધ સૂત્રોના ઉપરોક્ત ફોર્મ્યુલેશન આ માટે થાય છે સરળ મોડેલો(પર્યાવરણ) - માટે આદર્શ વાયુઓ. વધુ માટે જટિલ મોડેલોમીડિયા - સ્થિતિસ્થાપક નક્કર મીડિયા, વિસ્કોએલાસ્ટિક મીડિયા, પ્લાસ્ટિક મીડિયા, ચીકણું પ્રવાહી, મીડિયા સાથે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ગુણધર્મોઅને અન્ય, થર્મોડાયનેમિક્સના નિયમો વધુ જટિલ ફોર્મ્યુલેશન ધરાવે છે, અને થર્મોડાયનેમિક પોટેન્શિયલ ટેન્સર્સનો ઉપયોગ કરીને સામાન્ય સ્વરૂપમાં ઘડવામાં આવે છે. સાતત્ય ભૌતિકશાસ્ત્ર (સતત ભૌતિકશાસ્ત્ર) માં, થર્મોડાયનેમિક્સ તેના તરીકે ગણવામાં આવે છે ઘટક, થર્મલ (થર્મલ) અને રાસાયણિક ગુણધર્મોપર્યાવરણ, અને અન્ય ભૌતિક જથ્થાઓ સાથે તેમનું જોડાણ, અને થર્મોડાયનેમિક્સના સ્વયંસિદ્ધ સામાન્ય સિસ્ટમસ્વયંસિદ્ધ

થર્મોડાયનેમિક્સનું એક્સોમેટિક્સ

સ્વયંસિદ્ધ દૃષ્ટિકોણથી શૂન્ય શરૂઆતથર્મોડાયનેમિક્સ, પોસ્ટ્યુલેટિંગ અસ્તિત્વ સંપૂર્ણ તાપમાન, જરૂરી નથી.

પ્રથમ સિદ્ધાંત એક નવા ભૌતિક જથ્થાને ધ્યાનમાં રાખીને રજૂ કરે છે - આંતરિક ઊર્જા, અને આ ચલના ગુણધર્મોનું વર્ણન (પોસ્ટ્યુલેટ્સ) કરે છે, જેમાંથી મુખ્ય એક એ છે કે ઊર્જાના સંરક્ષણના કાયદાનું પાલન કરવું જરૂરી છે; આંતરિક ઊર્જાની વ્યાપકતા પણ ધારવામાં આવે છે. અહીંથી તે સ્પષ્ટ છે કે પર્યાપ્ત જ્ઞાન વિના ચોક્કસ પ્રક્રિયામાં આંતરિક ઊર્જાના ફેરફારને ઉષ્મા અને કાર્ય (ખાસ કરીને ગરમી, કાર્ય અને સામૂહિક સ્થાનાંતરણના કાર્યમાં) માં યોગ્ય રીતે તોડવું અશક્ય છે. મનસ્વીવધારાના કરારો. તેમાં, ખાસ કરીને, કામ અને હૂંફ માટેના સંકેતોના નિયમોનો સમાવેશ થાય છે. અન્ય સમજૂતી એ છે કે, ઔપચારિક આધારો પર, અમને કામ કરવા માટે રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓમાં આંતરિક ઊર્જામાં ફેરફાર (બોલચાલની ભાષામાં થર્મલ અસર કહેવાય છે) માટે જવાબદાર ગણવામાં આવે છે (એક વિશેષ શબ્દ પણ, જે વ્યવહારમાં ઉપયોગમાં લેવાતો નથી, બનાવવામાં આવ્યો છે " રાસાયણિક કાર્ય"; બિન-સંતુલન થર્મોડાયનેમિક્સમાં, ઔપચારિક કારણસર, ઘર્ષણયુક્ત ગરમીને કાર્ય ગણવામાં આવે છે).

ચાલો આપણે ભારપૂર્વક જણાવીએ કે થર્મોડાયનેમિક્સનું ગાણિતિક ઉપકરણ (અને ભૌતિકશાસ્ત્રની કોઈપણ અન્ય શાખા) માત્ર પ્રકૃતિના નિયમો પર જ નહીં, પરંતુ તેના પર પણ આધાર રાખે છે. વિવિધ પ્રકારનાકરારો (ક્યારેક સ્પષ્ટ રીતે જણાવવામાં આવે છે, ક્યારેક ગર્ભિત) હોય છે ઐતિહાસિક મૂળઅને અમને ઓછા (અને ક્યારેક વધુ) પરિચિત અન્ય કરારો સાથે બદલવાની મંજૂરી આપે છે. કરારોની રચનામાં મનસ્વીતાની ડિગ્રી સામાન્ય રીતે ઉદ્દેશ્ય સુધી મર્યાદિત હોય છે અથવા વ્યક્તિલક્ષી પરિબળો. ચાલો બદલીના ઉદાહરણ સાથે આને સમજાવીએ સંદર્ભ બિંદુઓતાપમાન માટે. સ્પષ્ટ વિકલ્પ એ છે કે ઉપયોગમાં લેવાયેલ પર સ્વિચ કરવું રોજિંદા જીવન તાપમાન સ્કેલસેલ્સિયસ. આવા રિપ્લેસમેન્ટથી આપણે જે ફોર્મ્યુલાનો ઉપયોગ કરીએ છીએ તેની થોડી, પરંતુ હજુ પણ ગૂંચવણ તરફ દોરી જાય છે, અને તે પછી ઓછા ભવ્ય લાગે છે, જો કે તે એકદમ સ્પષ્ટ છે કે નવા અને જૂના બંને સૂત્રોનો ઉપયોગ કરીને ગણતરીઓ સમાન પરિણામો આપે છે.

ઉપરોક્ત વિચારણાઓ સરળ અને એકદમ સ્પષ્ટ લાગે છે, જો નજીવી ન હોય તો, પરંતુ વ્યવહારમાં તે ઘણીવાર ભૂલી જાય છે. પ્રથમ સિદ્ધાંતના સંબંધમાં, આ દેખીતી રીતે હેકનીડ સત્યોને અવગણવાથી એવી પરિસ્થિતિ ઊભી થઈ કે જેને મોલર કહે છે " વિચિત્ર કેસભૌતિકશાસ્ત્રના ઇતિહાસમાં". એટલે કે, આંતરિક ઉર્જાના ફેરફારને ગરમી અને કાર્યમાં વિભાજીત કરવાના નિયમમાં ફેરફારને કારણે ગાણિતિક ઉપકરણમાં પરિવર્તન આવ્યું અને 20મી સદીના ઉત્તરાર્ધમાં બેમાંથી કોના વિશે ભડકેલા વિવાદના આધાર તરીકે સેવા આપી. સાથે SRT-રિલેટિવિસ્ટિક થર્મોડાયનેમિક્સના તાર્કિક રીતે દોષરહિત સંસ્કરણો વિવિધ સૂત્રોતાપમાન માટે પરિવર્તન - પ્લાન્ક (1907) અથવા ઓટ (1963) - વધુ યોગ્ય છે. સિદ્ધાંતવાદીઓ વચ્ચેની ચર્ચા ઘણા વર્ષો સુધી ચાલુ રહી જ્યાં સુધી ડી બ્રોગ્લીએ દર્શાવ્યું કે પ્લાન્ક અને ઓટના નિષ્કર્ષ વચ્ચેની વિસંગતતા ગરમીની વ્યાખ્યામાં મનસ્વીતાને કારણે છે, અને તેમના પરિણામો એકબીજા સાથે વિરોધાભાસી નથી - લેખકો ફક્ત બોલે છે. વિવિધ ભાષાઓ. રિલેટિવિસ્ટિક થર્મોડાયનેમિક્સના આધુનિક સંસ્કરણોમાં, તેઓ સામાન્ય રીતે લોરેન્ટ્ઝ-અપરિવર્તિત સંપૂર્ણ તાપમાન (વાન કેમ્પેન, લેન્ડ્સબર્ગ, શ્મુત્ઝર, વગેરે) સાથે વ્યવહાર કરવાનું પસંદ કરે છે. શા માટે, ઓટના લેખના પ્રકાશન પહેલાં, "કાર્ય" અને "ગરમી" ની વિભાવનાઓની વ્યાખ્યાઓમાં મનસ્વીતા પ્રહાર કરતી ન હતી અને કોઈને પરેશાન કરતી ન હતી? હા, કારણ કે વ્યવહારમાં, જ્યારે ગરમી અથવા ચોક્કસ પ્રક્રિયાના કાર્ય વિશે વાત કરવામાં આવે છે, ત્યારે તેઓ હંમેશા આ પ્રક્રિયામાં થર્મોડાયનેમિક સંભવિતતાઓમાંના એકમાં ફેરફારનો અર્થ કરે છે, ત્યાં "ગરમી" અને "કાર્ય" ના ખ્યાલોના અર્થઘટનમાં અનિશ્ચિતતાને બાયપાસ કરીને. . હકીકત એ છે કે, ઉદાહરણ તરીકે, રાસાયણિક પ્રતિક્રિયામાં કરવામાં આવેલ કાર્યને પરંપરાગત રીતે "પ્રતિક્રિયાની થર્મલ અસર" કહેવામાં આવતું હતું તે કોઈને પરેશાન કરતું નથી અને કોઈ સ્પષ્ટ વિરોધાભાસી અથવા અનિચ્છનીય પરિણામો તરફ દોરી જતું નથી.

સ્વયંસિદ્ધ અભિગમના દૃષ્ટિકોણથી થર્મોડાયનેમિક્સના બીજા નિયમનો સાર નીચે મુજબ છે. થર્મલ અસાધારણ ઘટનાનું વર્ણન કરવા માટે, ચલ "આંતરિક ઉર્જા" પર્યાપ્ત નથી, અને સંતુલન પ્રણાલીઓ માટે બીજી નવી આવશ્યકતા છે. ભૌતિક જથ્થોસ્વતંત્ર ચલ તરીકે. આવા તાપમાનને પસંદ કરવું તાર્કિક હશે, પરંતુ વિજ્ઞાનના વિકાસનો માર્ગ કપટી છે, અને બીજી શરૂઆત આધુનિક રચનાએન્ટ્રોપીના અસ્તિત્વ અને તેના ગુણધર્મો વિશેના અનુમાનોનો સમૂહ છે; ઉદાહરણ તરીકે, એન્ટ્રોપીની વ્યાપકતા અનુમાનિત છે. સૌથી મહત્વપૂર્ણ પોસ્ટ્યુલેટ્સમાંની એક એ છે કે જેને કહેવામાં આવે છે થર્મોડાયનેમિક તાપમાનઆંતરિક ઊર્જા અને એન્ટ્રોપીના કાર્યમાં સંપૂર્ણ તાપમાનના ગુણધર્મો છે. આ અભિગમ અમને "કાર્ય" અને "ગરમી" વિભાવનાઓની વ્યાખ્યાઓમાં ઉપર જણાવેલ મનસ્વીતાને બાયપાસ કરવાની મંજૂરી આપે છે, જે બીજા સિદ્ધાંતના શાસ્ત્રીય ફોર્મ્યુલેશનની દેખીતી લાવણ્યને નકારી કાઢે છે. ચાલો નોંધ લઈએ કે સ્વતંત્ર ચલ એ એન્ટ્રોપી નથી, પરંતુ તાપમાન છે એમ ધારીને થર્મોડાયનેમિક્સનું એકીયોમેટિક્સ બનાવી શકાય છે. આ માટે આપણે કાં તો થર્મોડાયનેમિક્સના પરિચિત ગાણિતિક ઉપકરણનું બલિદાન આપવું પડશે, જેના માટે આપણે હજી તૈયાર નથી, અથવા મૂળભૂત પ્રણાલીની સ્વતઃ સંવાદિતા.

ત્રીજો કાયદો બીજા કાયદાના સ્વયંસિદ્ધ પ્રણાલીને પૂરક અને પૂરક બનાવે છે.

થર્મોડાયનેમિક્સ જેના પર આધારિત છે તે સ્વયંસિદ્ધ (શરૂઆત, અનુમાન) ત્રણ કે ચાર પણ નથી (જો તમે શૂન્ય શરૂઆત ગણો છો), તેથી તેઓ હવે ક્રમાંકિત નથી. છેવટે, થર્મોડાયનેમિક્સમાં સ્વયંસિદ્ધ, કરારો અને પ્રમેય ઉપરાંત, "સિદ્ધાંતો" પણ છે (ઉદાહરણ તરીકે, પુટિલોવનો સંતુલન થર્મોડાયનેમિક્સમાં થર્મોડાયનેમિક સ્વીકાર્યતાનો સિદ્ધાંત અથવા બિન-સંતુલન થર્મોડાયનેમિક્સમાં ક્યુરીનો સિદ્ધાંત), એટલે કે નિવેદનો કે જે કરાર નથી, પરંતુ કરારો નથી. પ્રકૃતિના નિયમોની ભૂમિકા પર હોવાનો ડોળ ન કરો. તેઓ થર્મોડાયનેમિક્સના સ્વયંસિદ્ધ અથવા પ્રમેય સાથે મૂંઝવણમાં ન હોવા જોઈએ, જેના નામ પરંપરાગત રીતે "સિદ્ધાંત" (નર્ન્સ્ટ સિદ્ધાંત, લે ચેટેલિયર-બ્રાઉન સિદ્ધાંત) શબ્દનો ઉપયોગ કરે છે.

નોંધો

વિરોધાભાસ

પણ જુઓ

સાહિત્ય

• બાઝારોવ આઇ.પી.થર્મોડાયનેમિક્સ. એમ.: સ્નાતક શાળા, 1991, 376 પૃ.
• બાઝારોવ આઇ.પી., ગેવોર્કયાન ઇ.વી., નિકોલેવ પી.એન.બિનસંતુલન થર્મોડાયનેમિક્સ અને ભૌતિક ગતિશાસ્ત્ર. એમ.: મોસ્કો સ્ટેટ યુનિવર્સિટી પબ્લિશિંગ હાઉસ, 1989.
• બાઝારોવ આઇ.પી.થર્મોડાયનેમિક્સમાં ગેરસમજો અને ભૂલો. એડ. 2જી પુનરાવર્તન એમ.: સંપાદકીય યુઆરએસએસ, 2003. 120 પૃષ્ઠ.
• બાઝારોવ આઇ.પી.આંકડાકીય ભૌતિકશાસ્ત્ર અને થર્મોડાયનેમિક્સની પદ્ધતિસરની સમસ્યાઓ. એમ.: મોસ્કો સ્ટેટ યુનિવર્સિટી પબ્લિશિંગ હાઉસ, 1979.
• ગિબ્સ જે.ડબલ્યુ.થર્મોડાયનેમિક્સ. આંકડાકીય મિકેનિક્સ. શ્રેણી: ક્લાસિક્સ ઓફ સાયન્સ. એમ.: નૌકા 1982. 584 પૃષ્ઠ.
• ડી ગ્રુટ એસ.આર.બદલી ન શકાય તેવી પ્રક્રિયાઓની થર્મોડાયનેમિક્સ. એમ.: રાજ્ય. તકનીકી સિદ્ધાંતનું પબ્લિશિંગ હાઉસ. લિટ., 1956. 280 પૃષ્ઠ.
• ડી ગ્રુટ એસ., મઝુર પી.બિનસંતુલન થર્મોડાયનેમિક્સ. એમ.: મીર, 1964. 456 પૃષ્ઠ.
• ગુરોવ કે.પી.ઉલટાવી શકાય તેવી પ્રક્રિયાઓ (ભૌતિક પાયા) ની અસાધારણ થર્મોડાયનેમિક્સ. - એમ.: વિજ્ઞાન, પ્રકરણ. સંપાદન ભૌતિકશાસ્ત્ર અને ગણિત સાહિત્ય, 1978. 128 પૃષ્ઠ.
• ગ્યારમતી આઈ.બિનસંતુલન થર્મોડાયનેમિક્સ. ક્ષેત્ર સિદ્ધાંત અને વિવિધતા સિદ્ધાંતો. એમ.: મીર, 1974. 404 પૃષ્ઠ.
• ઝુબેરેવ ડી.એન.અસંતુલન આંકડાકીય થર્મોડાયનેમિક્સ. એમ.: નૌકા, 1971. 416 પૃષ્ઠ.
• કાર્નોટ એસ., ક્લોસિયસ આર., થોમસન ડબલ્યુ. (લોર્ડ કેલ્વિન), બોલ્ટ્ઝમેન એલ., સ્મોલુચોસ્કી એમ.એડ. અને ટિપ્પણીઓ અને પ્રસ્તાવના: તિમિરિયાઝેવ એ.કે. થર્મોડાયનેમિક્સનો બીજો નિયમ. કાવ્યસંગ્રહ. આવૃત્તિ 2. શ્રેણી: ભૌતિક-ગાણિતિક વારસો: ભૌતિકશાસ્ત્ર (થર્મોડાયનેમિક્સ અને આંકડાકીય મિકેનિક્સ). - એમ.: પબ્લિશિંગ હાઉસ LKI, 2007. - 312 પૃષ્ઠ.
• ક્વાસ્નિકોવ આઇ. એ.