ऊष्मागतिकी (Thermodynamics) क्या है? | Ushmagatiki Kya Hai
उष्मागतिकी की परिभाषा: ( Definition of Thermodynamics)
उष्मागतिकी: वह शाखा जो एक रूप से दूसरे तक ऊर्जा की गति से संबंधित है और ऊर्जा और काम के साथ गर्मी और तापमान के बीच संबंध को थर्मोडायनामिक्स कहा जाता है। अन्य शब्दों में हम ऊष्मा गतिकी को विज्ञान की धारा के रूप में परिभाषित कर सकते हैं जो ऊष्मा के संयुक्त प्रभावों के अध्ययन से संबंधित है और ऊष्मप्रवैगिकी के नियमों द्वारा सीमित पदार्थ की स्थिति में परिवर्तन पर काम करती है।
रासायनिक अभिक्रियाएँ जो इससे जुड़ी ऊष्मा ऊर्जा को छोड़ती हैं, ऊष्मागतिकी के नियमों के आधार पर विभिन्न प्रयोग करने योग्य रूपों में परिवर्तित हो जाती हैं। यह तथ्य कि ऊर्जा को केवल एक रूप से दूसरे रूपों में परिवर्तित किया जा सकता है और विभिन्न उद्योगों में इसका उपयोग ऊर्जा परिवर्तन के आधार पर होता है। हम जानते हैं कि रासायनिक प्रतिक्रियाओं में इसके साथ ऊर्जा जुड़ी होती है।
उष्मागतिकी के नियम एक प्रतिक्रिया के दौरान ऊर्जा परिवर्तन से निपटते हैं और उस दर से चिंतित नहीं होते हैं जिस पर प्रतिक्रिया आगे बढ़ रही है।
- पहला कानून, जिसे ऊर्जा के संरक्षण के कानून के रूप में भी जाना जाता है, कहता है कि ऊर्जा को पृथक प्रणाली में बनाया या नष्ट नहीं किया जा सकता है।
- ऊष्मप्रवैगिकी का दूसरा नियम बताता है कि किसी भी पृथक प्रणाली की एन्ट्रोपी हमेशा बढ़ती है।
- थर्मोडायनामिक्स के तीसरे नियम में कहा गया है कि एक सिस्टम की एन्ट्रापी एक स्थिर मान पर पहुंचती है क्योंकि तापमान पूर्ण शून्य तक पहुंचता है।
प्रणाली या परिवेश (System & Surroundings)
भ्रम से बचने के लिए, वैज्ञानिक एक प्रणाली और उसके आसपास के संदर्भ में थर्मोडायनामिक मूल्यों पर चर्चा करते हैं। वह सब कुछ जो सिस्टम का हिस्सा नहीं है, वह अपने परिवेश का गठन करता है। प्रणाली और परिवेश को एक सीमा से अलग किया जाता है। उदाहरण के लिए, यदि सिस्टम एक कंटेनर में गैस का एक मोल है, तो सीमा केवल कंटेनर की आंतरिक दीवार है। सीमा के बाहर की सभी चीजों को परिवेश माना जाता है, जिसमें कंटेनर खुद शामिल होगा।
सीमा को स्पष्ट रूप से परिभाषित किया जाना चाहिए, इसलिए कोई स्पष्ट रूप से कह सकता है कि क्या दुनिया का एक हिस्सा सिस्टम में या आसपास है। यदि मामला सीमा पार करने में सक्षम नहीं है, तो सिस्टम को बंद करने के लिए कहा जाता है; अन्यथा, यह खुला है। एक बंद प्रणाली अभी भी परिवेश के साथ ऊर्जा का आदान–प्रदान कर सकती है जब तक कि प्रणाली एक अलग–थलग नहीं होती है, जिसके मामले में न तो कोई बात होती है और न ही ऊर्जा सीमा के पार जा सकती है।
ऊष्मागतिकी का प्रथम नियम (First Law of Thermodynamics)
ऊष्मप्रवैगिकी का पहला नियम, जिसे ऊर्जा के संरक्षण कानून के रूप में भी जाना जाता है, कहता है कि ऊर्जा को न तो बनाया जा सकता है और न ही नष्ट किया जा सकता है; ऊर्जा केवल एक रूप से दूसरे रूप में स्थानांतरित या बदली जा सकती है। उदाहरण के लिए, प्रकाश को चालू करने से ऊर्जा उत्पन्न होती है; हालाँकि, यह विद्युत ऊर्जा है जिसे परिवर्तित किया जाता है।
उष्मागतिकी का दूसरा नियम (Second Law of Thermodynamics)
ऊष्मप्रवैगिकी का दूसरा नियम कहता है कि किसी भी पृथक प्रणाली की एन्ट्रापी हमेशा बढ़ती है। पृथक प्रणाली अनायास थर्मल संतुलन की ओर विकसित होती है – प्रणाली की अधिकतम एन्ट्रापी की स्थिति। अधिक सीधे शब्दों में कहें: ब्रह्मांड (अंतिम पृथक प्रणाली) की एन्ट्रापी केवल बढ़ती है और कभी घटती नहीं है
| entropy of the system (ΔS ) The Second Law of Thermodynamics | |
|---|---|
| ΔSuniv > 0 | spontaneous |
| ΔSuniv < 0 | nonspontaneous (spontaneous in opposite direction) |
| ΔSuniv = 0 | at equilibrium |
थर्मोडायनामिक्स का तीसरा नियम (Third Law of Thermodynamics)
थर्मोडायनामिक्स के तीसरे नियम में कहा गया है कि एक सिस्टम की एन्ट्रापी एक स्थिर मान पर पहुंचती है क्योंकि तापमान पूर्ण शून्य तक पहुंचता है। निरपेक्ष शून्य पर एक प्रणाली की एन्ट्रापी आमतौर पर शून्य होती है, और सभी मामलों में यह निर्धारित किए गए विभिन्न जमीनी राज्यों की संख्या से ही निर्धारित होती है। विशेष रूप से, पूर्ण शून्य तापमान पर एक शुद्ध क्रिस्टलीय पदार्थ (परफेक्ट ऑर्डर) की एन्ट्रापी शून्य होती है। यह कथन सही है यदि पूर्ण क्रिस्टल में न्यूनतम ऊर्जा वाला केवल एक राज्य है।
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थर्मोडायनामिक्स का अध्ययन क्यों करें?
थर्मोडायनामिक्स अनिवार्य रूप से कई शरीर प्रणालियों के आंतरिक गतियों का अध्ययन है। वस्तुतः सभी पदार्थ जो हम रोजमर्रा की जिंदगी में मुठभेड़ करते हैं, वे किसी न किसी प्रकार के शरीर प्रणालियों (जैसे, ठोस, तरल पदार्थ, गैस और प्रकाश) के कई हैं। आश्चर्य की बात नहीं है, इसलिए, ऊष्मप्रवैगिकी एक अनुशासन है जिसमें असाधारण रूप से व्यापक प्रयोज्यता होती है।
थर्मोडायनामिक्स निश्चित रूप से भौतिकी विभागों के बाहर भौतिकी का सबसे सर्वव्यापी उपक्षेत्र है। इंजीनियर, रसायनज्ञ, और सामग्री वैज्ञानिक अपेक्षाकृत या कण भौतिकी का अध्ययन नहीं करते हैं, लेकिन थर्मोडायनामिक्स एक अभिन्न, और बहुत महत्वपूर्ण, उनके डिग्री पाठ्यक्रमों का हिस्सा है।
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