ऊष्मागतिकी का प्रथम नियम और ऊर्जा संरक्षण

ऊष्मागतिकी का प्रथम नियम ऊर्जा के संरक्षण को तापीय प्रक्रियाओं तक विस्तारित करता है, जिसमें ऊष्मा और कार्य को किसी निकाय की आंतरिक ऊर्जा को बदलने के विनिमेय तरीकों के रूप में पहचाना जाता है।

Definition

ऊष्मागतिकी का प्रथम नियम कहता है कि किसी निकाय की आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन, निकाय में जोड़ी गई ऊष्मा और उसके द्वारा किए गए कार्य के अंतर के बराबर होता है, जो ऊष्मा को ऊर्जा स्थानांतरण के एक रूप के रूप में शामिल करने पर ऊर्जा के संरक्षण को व्यक्त करता है।

Scope

इस विषय में प्रथम नियम का कथन, आंतरिक ऊर्जा का अवस्था फलन के रूप में, ऊष्मा और कार्य की पथ-निर्भरता, यथार्थ और अयथार्थ अवकल, तथा सूत्र dU = dQ - dW शामिल हैं। एन्थैल्पी, ऊष्मा क्षमताएं, और समतापी, रुद्धोष्म, तथा समआयतनिक पथों जैसी ऊष्मागतिक प्रक्रियाओं के विश्लेषण के अनुप्रयोग भी इसमें सम्मिलित हैं।

Core questions

• आंतरिक ऊर्जा एक अवस्था फलन क्यों है जबकि ऊष्मा और कार्य नहीं हैं?
• ऊष्मा के यांत्रिक समतुल्य ने तापीय और यांत्रिक क्षेत्रों में ऊर्जा संरक्षण को कैसे स्थापित किया?
• विभिन्न प्रक्रिया पथों के साथ ऊर्जा परिवर्तनों को निर्धारित करने के लिए ऊष्मा और कार्य कैसे संयोजित होते हैं?
• एन्थैल्पी को आंतरिक ऊर्जा से क्या अलग करता है और प्रत्येक का उपयोग कब स्वाभाविक है?

Key concepts

• अवस्था फलन के रूप में आंतरिक ऊर्जा
• पथ-निर्भर स्थानांतरण के रूप में ऊष्मा और कार्य
• यथार्थ बनाम अयथार्थ अवकल
• एन्थैल्पी और ऊष्मा क्षमताएं
• रुद्धोष्म, समतापी, और समआयतनिक प्रक्रियाएं

Clinical relevance

प्रथम नियम इंजनों में ऊर्जा लेखांकन, कैलोरीमेट्री, रासायनिक अभिक्रिया एन्थैल्पी, और उपापचयी ऊर्जा संतुलन का आधार है, जो ऊष्मा और कार्य का आदान-प्रदान करने वाली प्रत्येक प्रक्रिया के लिए बहीखाता सिद्धांत प्रदान करता है।

History

प्रथम नियम 1840 के दशक में तब स्पष्ट हुआ जब मेयर और जूल ने स्वतंत्र रूप से ऊष्मा के यांत्रिक समतुल्य की स्थापना की और हेल्महोल्त्ज़ ने ऊर्जा के सार्वभौमिक संरक्षण का तर्क दिया, जिससे यांत्रिकी, ऊष्मा और ऊर्जा के अन्य रूपों को एकीकृत किया गया।

Key figures

• James Prescott Joule
• Julius Robert von Mayer
• Hermann von Helmholtz

Seminal works

• joule1850
• callen1985

Frequently asked questions

ऊष्मा और कार्य को अयथार्थ अवकल के साथ क्यों लिखा जाता है?

क्योंकि विनिमय की गई ऊष्मा और किया गया कार्य दो अवस्थाओं के बीच लिए गए पथ पर निर्भर करते हैं, न कि केवल अंतिम बिंदुओं पर, जबकि आंतरिक ऊर्जा केवल अवस्था पर निर्भर करती है; अयथार्थ अवकल संकेतन इस पथ निर्भरता को चिह्नित करता है।