ऊष्मागतिकी के नियम
ऊष्मागतिकी के नियम ऊर्जा, ऊष्मा और एन्ट्रॉपी पर सार्वभौमिक बाधाओं को बताते हैं जो प्रत्येक मैक्रोस्कोपिक प्रणाली को नियंत्रित करते हैं, भाप इंजनों से लेकर ब्लैक होल तक, सूक्ष्म विवरण से स्वतंत्र।
Definition
ऊष्मागतिकी के नियम अनुभवजन्य रूप से आधारित सार्वभौमिक सिद्धांतों का एक समूह हैं जो मैक्रोस्कोपिक प्रणालियों में ऊर्जा के आदान-प्रदान और परिवर्तन को बाधित करते हैं और तापमान, आंतरिक ऊर्जा और एन्ट्रॉपी के अवस्था फलनों को परिभाषित करते हैं।
Scope
यह क्षेत्र शास्त्रीय ऊष्मागतिकी के चार मूलभूत नियमों को शामिल करता है: शून्यवाँ नियम और तापीय संतुलन के माध्यम से तापमान की परिभाषा; ऊर्जा के संरक्षण के रूप में पहला नियम जिसमें ऊष्मा और कार्य ऊर्जा हस्तांतरण के रूप में होते हैं; दूसरा नियम, जो एन्ट्रॉपी और स्वतःस्फूर्त प्रक्रियाओं की दिशात्मकता का परिचय देता है; और तीसरा नियम, जो तापमान के पूर्ण शून्य के करीब आने पर एन्ट्रॉपी के व्यवहार को नियंत्रित करता है। इन नियमों का निरूपण, उनके समतुल्य कथन (केल्विन-प्लैंक, क्लॉसियस), और ऊष्मा इंजनों और दक्षता के लिए उनके परिणाम शामिल हैं, जबकि उनसे प्राप्त क्षमताएँ और सूक्ष्म सांख्यिकीय आधार उनके अपने क्षेत्रों में माने जाते हैं।
Sub-topics
Core questions
- शून्यवाँ नियम तापीय संतुलन के माध्यम से तापमान को लगातार परिभाषित करने की अनुमति कैसे देता है?
- पहला नियम आंतरिक ऊर्जा को बदलने के लिए ऊष्मा और कार्य को समतुल्य साधनों के रूप में कैसे मानता है?
- दूसरा नियम एन्ट्रॉपी के गैर-घटने के माध्यम से समय पर एक दिशा क्यों थोपता है?
- तीसरा नियम पूर्ण शून्य की प्राप्यता और वहाँ एन्ट्रॉपी के व्यवहार के बारे में क्या संकेत देता है?
Key concepts
- तापीय संतुलन और अनुभवजन्य तापमान
- आंतरिक ऊर्जा, ऊष्मा और कार्य
- एन्ट्रॉपी और अनुत्क्रमणीयता
- ऊष्मा इंजन, कार्नो चक्र और दक्षता
- पूर्ण शून्य और अप्राप्यता सिद्धांत
Key theories
- पहला नियम (ऊर्जा का संरक्षण)
- एक बंद प्रणाली की आंतरिक ऊर्जा केवल उसमें जोड़ी गई ऊष्मा या प्रणाली द्वारा किए गए कार्य से बदलती है, dU = dQ - dW, जिससे ऊर्जा एक संरक्षित अवस्था फलन के रूप में स्थापित होती है।
- दूसरा नियम और कार्नो सिद्धांत
- कोई भी चक्रीय प्रक्रिया ऊष्मा को पूरी तरह से कार्य में परिवर्तित नहीं कर सकती है; दो जलाशयों के बीच संचालित होने वाले किसी भी ऊष्मा इंजन की अधिकतम दक्षता उनके तापमान से निर्धारित होती है, और एक पृथक प्रणाली में एन्ट्रॉपी कभी कम नहीं होती है।
Clinical relevance
ऊष्मागतिकी के नियम सभी इंजनों, रेफ्रिजरेटरों और बिजली संयंत्रों की दक्षता सीमाओं को निर्धारित करते हैं, रासायनिक और जैविक ऊर्जा विज्ञान को आधार प्रदान करते हैं, और समय के तीर और भौतिक प्रणालियों के अंतिम भाग्य के बारे में गहरे प्रश्न उठाते हैं।
History
कार्नो के 1824 के ऊष्मा इंजनों के विश्लेषण से उत्पन्न, ऊष्मागतिकी ने 1850 के दशक में आकार लिया जब क्लॉसियस और केल्विन ने पहले और दूसरे नियमों को प्रतिपादित किया और क्लॉसियस ने एन्ट्रॉपी की अवधारणा गढ़ी; नेर्नस्ट ने बीसवीं शताब्दी की शुरुआत में तीसरा नियम जोड़ा।
Key figures
- Sadi Carnot
- Rudolf Clausius
- William Thomson (Lord Kelvin)
Related topics
Seminal works
- carnot1824
- callen1985
- fermi1956
Frequently asked questions
- इसे 'शून्यवाँ' नियम क्यों कहा जाता है?
- इसे पहले और दूसरे नियमों के नामकरण के बाद ही तार्किक रूप से पूर्ववर्ती के रूप में पहचाना गया था, इसलिए इसे स्थापित नामों को बरकरार रखने के लिए शून्य संख्या दी गई थी, जबकि यह स्वीकार किया गया था कि यह तापमान की बहुत परिभाषा को रेखांकित करता है।
- क्या दूसरा नियम एन्ट्रॉपी में स्थानीय कमी को प्रतिबंधित करता है?
- नहीं। एन्ट्रॉपी प्रणाली के एक हिस्से में कम हो सकती है, जैसे कि जब एक रेफ्रिजरेटर अपने आंतरिक भाग को ठंडा करता है, बशर्ते कि प्रणाली और उसके परिवेश की कुल एन्ट्रॉपी कम न हो।