द्वितीय नियम और एन्ट्रापी

ऊष्मागतिकी का द्वितीय नियम एन्ट्रापी और प्राकृतिक प्रक्रियाओं की अनुत्क्रमणीयता का परिचय देता है, यह दावा करते हुए कि एक विलगित निकाय की एन्ट्रापी कभी कम नहीं होती है।

Definition

ऊष्मागतिकी का द्वितीय नियम कहता है कि एक विलगित निकाय की कुल एन्ट्रापी समय के साथ कभी कम नहीं हो सकती है और केवल उत्क्रमणीय प्रक्रियाओं के लिए स्थिर रहती है, जो एन्ट्रापी को एक अवस्था फलन और स्वतःस्फूर्त परिवर्तन के लिए एक दिशा के रूप में स्थापित करती है।

Scope

यह विषय द्वितीय नियम के समतुल्य कथनों (केल्विन-प्लैंक और क्लॉसियस), कार्नो चक्र और उसकी अधिकतम दक्षता, क्लॉसियस असमानता, एक अवस्था फलन के रूप में एन्ट्रापी की परिभाषा, और उत्क्रमणीय बनाम अनुत्क्रमणीय प्रक्रियाओं को शामिल करता है। समय के तीर और उपलब्ध कार्य से संबंध भी इसमें शामिल है; एन्ट्रापी की सूक्ष्म सांख्यिकीय परिभाषा सांख्यिकीय-यांत्रिकी क्षेत्रों में विकसित की गई है।

Core questions

• केल्विन-प्लैंक और क्लॉसियस के द्वितीय नियम के कथन समतुल्य क्यों हैं?
• कार्नो चक्र ऊष्मा इंजनों की दक्षता पर ऊपरी सीमा कैसे निर्धारित करता है?
• क्लॉसियस असमानता एक अवस्था फलन के रूप में एन्ट्रापी की ओर कैसे ले जाती है?
• किस अर्थ में द्वितीय नियम समय के तीर को परिभाषित करता है?

Key concepts

• केल्विन-प्लैंक और क्लॉसियस कथन
• कार्नो चक्र और अधिकतम दक्षता
• क्लॉसियस असमानता
• एक अवस्था फलन के रूप में एन्ट्रापी
• उत्क्रमणीयता और अनुत्क्रमणीयता

Key theories

कार्नो का प्रमेय

एक ही दो तापमानों के बीच संचालित होने वाले सभी उत्क्रमणीय ऊष्मा इंजनों की दक्षता समान होती है, और कोई भी इंजन इसे पार नहीं कर सकता है, जो ऊष्मा को कार्य में बदलने पर एक पूर्ण सीमा स्थापित करता है।

एन्ट्रापी और क्लॉसियस असमानता

किसी भी चक्रीय प्रक्रिया के लिए चक्र पर dQ/T का समाकल गैर-धनात्मक होता है, जो केवल उत्क्रमणीय चक्रों के लिए शून्य हो जाता है; यह एन्ट्रापी को एक अवस्था फलन के रूप में परिभाषित करता है जिसका परिवर्तन अनुत्क्रमणीयता को मापता है।

Clinical relevance

द्वितीय नियम विद्युत उत्पादन और प्रशीतन की अंतिम दक्षता सीमाओं को निर्धारित करता है, एन्ट्रापी और मुक्त ऊर्जा के माध्यम से रासायनिक और जैविक प्रतिक्रियाओं की स्वतःस्फूर्तता को नियंत्रित करता है, और अनुत्क्रमणीयता और ऊष्मागतिकीय समय के तीर के बारे में मूलभूत प्रश्नों को तैयार करता है।

History

कार्नो के 1824 के आदर्श इंजनों के अध्ययन ने द्वितीय नियम को अपना पहला रूप दिया; 1850 और 1860 के दशक में क्लॉसियस और केल्विन ने इसे सामान्य कथनों में परिष्कृत किया और क्लॉसियस ने एन्ट्रापी का परिचय दिया, जिससे अनुत्क्रमणीयता को एक सटीक मात्रात्मक अर्थ मिला।

Debates

समय के तीर की उत्पत्ति

क्या एन्ट्रापी की मैक्रोस्कोपिक वृद्धि को समय-उत्क्रमणीय सूक्ष्म गतिकी के साथ पूरी तरह से reconciled किया जा सकता है, यह अभी भी बहस का विषय है, जिसमें स्पष्टीकरण केवल गतिशील नियमों के बजाय ब्रह्मांड की विशेष कम-एन्ट्रापी प्रारंभिक स्थितियों पर निर्भर करते हैं।

Key figures

• Sadi Carnot
• Rudolf Clausius
• William Thomson (Lord Kelvin)

Seminal works

• carnot1824
• clausius1865

Frequently asked questions

क्या द्वितीय नियम कहता है कि एन्ट्रापी हमेशा हर जगह बढ़ती है?

यह कहता है कि एक विलगित निकाय की कुल एन्ट्रापी कम नहीं होती है। एन्ट्रापी स्थानीय रूप से गिर सकती है यदि कहीं और बड़ी वृद्धि होती है, इसलिए एक जगह पर व्यवस्था बढ़ सकती है, जिसके परिणामस्वरूप परिवेश में अधिक अव्यवस्था होती है।

कोई भी इंजन पूरी तरह से कुशल क्यों नहीं हो सकता?

सभी अवशोषित ऊष्मा को बिना किसी बर्बादी के कार्य में परिवर्तित करना केल्विन-प्लैंक कथन का उल्लंघन करेगा; कुछ ऊष्मा को हमेशा एक ठंडे जलाशय में अस्वीकार करना पड़ता है, जिससे दक्षता जलाशय के तापमान द्वारा निर्धारित कार्नो मान पर सीमित हो जाती है।