कैल्फहाड: Difference between revisions
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कैल्फैड विधि | कैल्फैड विधि द्वारा किसी तंत्र में चरण संतुलन पर सभी प्रायोगिक सूचना और ऊष्मरासायनिक और तापीय अध्ययनों से प्राप्त सभी ऊष्मागतिकी सूचना एकत्र की जाती है।<ref name="Fabrichnaya"></ref> इसके उपरांत प्रत्येक चरण के ऊष्मागतिकी गुणों को समायोज्य मापदंडों वाले गणितीय निदर्श के साथ वर्णित किया जाता है। सभी सूचनाओं के लिए प्रारूप के फिट को अनुकूलित करके मापदंडों का मूल्यांकन किया जाता है, जिसमें सह-उपलब्ध चरण भी सम्मिलित होते हैं। इसके उपरांत प्रावस्था आरेख के साथ-साथ सभी चरणों के ऊष्मागतिकी गुणों की पुनर्गणना करना संभव है। कैल्फैड पद्धति का सिद्धांत, प्रावस्था आरेख और ऊष्मागतिकी गुणों का एक सुसंगत विवरण प्राप्त करना है जीससे प्रयोगात्मक सूचना के बिना क्षेत्रों में और [[चरण परिवर्तन|चरण परिवर्त]]नों के अनुरूपण के समय [[मेटास्टेबल|मितस्थायी]] स्थितियों के लिए स्थिर चरणों और उनके ऊष्मागतिकी गुणों के समुच्चयों का विश्वसनीय अनुमान लगाया जा सके। | ||
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कैल्फैड पद्धति की सफलता के लिए दो महत्वपूर्ण कारक हैं। पहला कारक प्रत्येक चरण के लिए [[गिब्स ऊर्जा]] के लिए यथार्थवादी और सुविधाजनक गणितीय | कैल्फैड पद्धति की सफलता के लिए दो महत्वपूर्ण कारक हैं। पहला कारक प्रत्येक चरण के लिए [[गिब्स ऊर्जा]] के लिए यथार्थवादी और सुविधाजनक गणितीय प्रारूप ढूंढना है। गिब्स ऊर्जा का उपयोग किया जाता है क्योंकि अधिकांश प्रायोगिक डेटा ज्ञात तापमान और दबाव पर निर्धारित किए गए हैं और किसी भी अन्य ऊष्मागतिकी मात्रा की गणना इससे की जा सकती है। विश्लेषणात्मक अभिव्यक्तियों के साथ बहु-घटक प्रणाली की गिब्स ऊर्जा के व्यवहार का सटीक विवरण प्राप्त करना संभव नहीं है। इस प्रकार मुख्य विशेषताओं की पहचान करना और उन पर गणितीय प्रारूप को आधार बनाना आवश्यक है। प्रारूप और वास्तविकता के मध्य विसंगति अंततः चरण के तापमान, दबाव और घटकों में शक्ति श्रृंखला विस्तार द्वारा दर्शायी जाती है। प्रयोगात्मक डेटा को पुन: प्रस्तुत करने के लिए इन प्रारूप विवरणों के समायोज्य मापदंडों को परिष्कृत किया जाता है। कैल्फैड पद्धति की शक्ति यह है कि इसमे किसी बहु-घटक प्रणाली का वर्णन करने के लिए घटक उप-प्रणालियों के विवरण को जोड़ा जा सकता है। | ||
===संतुलन गणना=== | ===संतुलन गणना=== | ||
दूसरा महत्वपूर्ण कारक संतुलन की गणना के लिए कंप्यूटर सॉफ्टवेयर की उपलब्धता और संग्रहीत मूल्यांकन सूचना के साथ विभिन्न प्रकार के आरेख और डेटाबेस की उपलब्धता है। चूंकि वर्तमान में विभिन्न प्रकार के चरणों के लिए कई अलग-अलग प्रकार के प्रारूप का उपयोग किया जाता है, इसलिए स्टील, सुपर-मिश्र धातु, [[अर्धचालक]] सामग्री, [[जलीय घोल]], [[ लावा | लावा]] इत्यादि जैसी विभिन्न सामग्रियों के लिए कई ऊष्मागतिकी डेटाबेस मुफ्त या व्यावसायिक रूप से उपलब्ध हैं। संतुलन की गणना के लिए विभिन्न प्रकार के विधिकलन का उपयोग करने वाले कई अलग-अलग प्रकार के सॉफ़्टवेयर भी उपलब्ध हैं। यह एक लाभ है यदि सॉफ्टवेयर प्रणाली के लिए कई अलग-अलग प्रकार की स्थितियों का उपयोग करके संतुलन की गणना करने की अनुमति देता है, न कि केवल तापमान, दबाव और समग्र संरचना, क्योंकि कई स्थितियों में संतुलन स्थिर मात्रा या किसी दिए गए [[रासायनिक क्षमता]] पर निर्धारित किया जा सकता है। किसी तत्व या किसी विशेष चरण की दी गई संरचना की रासायनिक क्षमता का निर्धारण भी इसी प्रकार किया जाता है। | |||
दूसरा महत्वपूर्ण कारक संतुलन की गणना के लिए कंप्यूटर सॉफ्टवेयर की उपलब्धता और संग्रहीत मूल्यांकन सूचना के साथ विभिन्न प्रकार के आरेख और डेटाबेस की उपलब्धता है। चूंकि वर्तमान में विभिन्न प्रकार के चरणों के लिए कई अलग-अलग प्रकार के | |||
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60 के दशक में कैल्फैड | 60 के दशक में कैल्फैड का प्रारंभ धीमा था परंतु 80 के दशक में परिष्कृत ऊष्मागतिकी डेटा बैंक प्रणालियाँ दिखाई देने लगीं और आज बाजार में कई वाणिज्यिक उत्पाद जैसे फैक्टसेज, एमटीडेटा, पीएएनडीएटी, मैटकैल्क, जेमैटप्रो, और थर्मो-कैल्क के साथ-साथ ओपन-सोर्स कोड जैसे ओपनकैलफाड,<ref name="Bo Sundman">{{cite journal |author = Sundman Bo|date = 2021 |title = बहु-घटक संतुलन, चरण आरेख और अन्य प्रकार के आरेखों की गणना के लिए उपयोगी एल्गोरिदम|journal = Calphad |volume = 75 |page = 102330 |doi =10.1016/j.calphad.2021.102330 }}</ref> पाई कैल्फैड, और ईएसपीईआई उपलब्ध हैं। उनका उपयोग अनुसंधान और औद्योगिक विकास में किया जाता है, जहां वे प्रयोगात्मक कार्य को कम करके और बहु-घटक प्रणालियों के लिए ऊष्मागतिकी अनुमान उपलब्ध कराकर बड़ी मात्रा में समय और संसाधनों को बचाते हैं जो व्यावहारिक रूप से अप्राप्य होंगे। इस दृष्टिकोण के बिना. इस नाम से एक पत्रिका है जहां हाल की वैज्ञानिक उपलब्धियां प्रकाशित की जाती हैं परंतु कैल्फैड विधियों के उपयोग का वर्णन करने वाले वैज्ञानिक लेख, कई अन्य पत्रिकाओं में भी प्रकाशित होते हैं। | ||
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Latest revision as of 07:04, 28 September 2023
कैल्फैड का तात्पर्य "कैल्कुलेशन ऑफ फेज डायग्राम्स" अर्थात प्रावस्था आरेख के परिकलन से है। यह एक परिकलन पद्धति है जिसे 1970 में लैरी कौफमैन ने प्रस्तुत किया था।[1][2][3] एक साम्यावस्था प्रावस्था आरेख सामान्यतः एक रासायनिक प्रणाली के तापमान और रासायनिक संरचना के लिए निश्चित अक्षों वाला एक आरेख होता है। यह उन क्षेत्रों को दर्शाता है जहां पदार्थ या विलयन स्थिर हैं और ऐसे क्षेत्र जहां उनमें से दो या अधिक सह-अस्तित्व में होते हैं। प्रावस्था आरेख विभिन्न परिस्थितियों में एक प्रणाली की स्थिति का अनुमान करने के लिए अत्यधिक शक्तिशाली उपकरण हैं और प्रारंभ में संतुलन की स्थिति पर प्रयोगात्मक सूचना को तर्कसंगत बनाने के लिए एक आलेखीय विधि थी। जटिल प्रणालियों में, कैल्फैड जैसी संगणनीय विधियों को प्रत्येक चरण के लिए ऊष्मागतिकी गुणों को प्ररूपित करने और बहुघटक चरण व्यवहार का अनुकरण करने के लिए नियोजित किया जाता है।[4][5][6] कैल्फैड दृष्टिकोण इस तथ्य पर आधारित है कि एक प्रावस्था आरेख तंत्र के ऊष्मागतिकी गुणों की संतुलन सूची की अभिव्यक्ति है, जो व्यक्तिगत प्रावस्थाओं के गुणों का योग है।[7] इस प्रकार पहले किसी तंत्र में सभी प्रावस्थाओं के ऊष्मागतिकी गुणों का आकलन करके प्रावस्था आरेख निर्मित करना संभव है।
कार्यप्रणाली
कैल्फैड विधि द्वारा किसी तंत्र में चरण संतुलन पर सभी प्रायोगिक सूचना और ऊष्मरासायनिक और तापीय अध्ययनों से प्राप्त सभी ऊष्मागतिकी सूचना एकत्र की जाती है।[2] इसके उपरांत प्रत्येक चरण के ऊष्मागतिकी गुणों को समायोज्य मापदंडों वाले गणितीय निदर्श के साथ वर्णित किया जाता है। सभी सूचनाओं के लिए प्रारूप के फिट को अनुकूलित करके मापदंडों का मूल्यांकन किया जाता है, जिसमें सह-उपलब्ध चरण भी सम्मिलित होते हैं। इसके उपरांत प्रावस्था आरेख के साथ-साथ सभी चरणों के ऊष्मागतिकी गुणों की पुनर्गणना करना संभव है। कैल्फैड पद्धति का सिद्धांत, प्रावस्था आरेख और ऊष्मागतिकी गुणों का एक सुसंगत विवरण प्राप्त करना है जीससे प्रयोगात्मक सूचना के बिना क्षेत्रों में और चरण परिवर्तनों के अनुरूपण के समय मितस्थायी स्थितियों के लिए स्थिर चरणों और उनके ऊष्मागतिकी गुणों के समुच्चयों का विश्वसनीय अनुमान लगाया जा सके।
किसी प्रावस्था का ऊष्मागतिकी प्रारूपण
कैल्फैड पद्धति की सफलता के लिए दो महत्वपूर्ण कारक हैं। पहला कारक प्रत्येक चरण के लिए गिब्स ऊर्जा के लिए यथार्थवादी और सुविधाजनक गणितीय प्रारूप ढूंढना है। गिब्स ऊर्जा का उपयोग किया जाता है क्योंकि अधिकांश प्रायोगिक डेटा ज्ञात तापमान और दबाव पर निर्धारित किए गए हैं और किसी भी अन्य ऊष्मागतिकी मात्रा की गणना इससे की जा सकती है। विश्लेषणात्मक अभिव्यक्तियों के साथ बहु-घटक प्रणाली की गिब्स ऊर्जा के व्यवहार का सटीक विवरण प्राप्त करना संभव नहीं है। इस प्रकार मुख्य विशेषताओं की पहचान करना और उन पर गणितीय प्रारूप को आधार बनाना आवश्यक है। प्रारूप और वास्तविकता के मध्य विसंगति अंततः चरण के तापमान, दबाव और घटकों में शक्ति श्रृंखला विस्तार द्वारा दर्शायी जाती है। प्रयोगात्मक डेटा को पुन: प्रस्तुत करने के लिए इन प्रारूप विवरणों के समायोज्य मापदंडों को परिष्कृत किया जाता है। कैल्फैड पद्धति की शक्ति यह है कि इसमे किसी बहु-घटक प्रणाली का वर्णन करने के लिए घटक उप-प्रणालियों के विवरण को जोड़ा जा सकता है।
संतुलन गणना
दूसरा महत्वपूर्ण कारक संतुलन की गणना के लिए कंप्यूटर सॉफ्टवेयर की उपलब्धता और संग्रहीत मूल्यांकन सूचना के साथ विभिन्न प्रकार के आरेख और डेटाबेस की उपलब्धता है। चूंकि वर्तमान में विभिन्न प्रकार के चरणों के लिए कई अलग-अलग प्रकार के प्रारूप का उपयोग किया जाता है, इसलिए स्टील, सुपर-मिश्र धातु, अर्धचालक सामग्री, जलीय घोल, लावा इत्यादि जैसी विभिन्न सामग्रियों के लिए कई ऊष्मागतिकी डेटाबेस मुफ्त या व्यावसायिक रूप से उपलब्ध हैं। संतुलन की गणना के लिए विभिन्न प्रकार के विधिकलन का उपयोग करने वाले कई अलग-अलग प्रकार के सॉफ़्टवेयर भी उपलब्ध हैं। यह एक लाभ है यदि सॉफ्टवेयर प्रणाली के लिए कई अलग-अलग प्रकार की स्थितियों का उपयोग करके संतुलन की गणना करने की अनुमति देता है, न कि केवल तापमान, दबाव और समग्र संरचना, क्योंकि कई स्थितियों में संतुलन स्थिर मात्रा या किसी दिए गए रासायनिक क्षमता पर निर्धारित किया जा सकता है। किसी तत्व या किसी विशेष चरण की दी गई संरचना की रासायनिक क्षमता का निर्धारण भी इसी प्रकार किया जाता है।
अनुप्रयोग
60 के दशक में कैल्फैड का प्रारंभ धीमा था परंतु 80 के दशक में परिष्कृत ऊष्मागतिकी डेटा बैंक प्रणालियाँ दिखाई देने लगीं और आज बाजार में कई वाणिज्यिक उत्पाद जैसे फैक्टसेज, एमटीडेटा, पीएएनडीएटी, मैटकैल्क, जेमैटप्रो, और थर्मो-कैल्क के साथ-साथ ओपन-सोर्स कोड जैसे ओपनकैलफाड,[8] पाई कैल्फैड, और ईएसपीईआई उपलब्ध हैं। उनका उपयोग अनुसंधान और औद्योगिक विकास में किया जाता है, जहां वे प्रयोगात्मक कार्य को कम करके और बहु-घटक प्रणालियों के लिए ऊष्मागतिकी अनुमान उपलब्ध कराकर बड़ी मात्रा में समय और संसाधनों को बचाते हैं जो व्यावहारिक रूप से अप्राप्य होंगे। इस दृष्टिकोण के बिना. इस नाम से एक पत्रिका है जहां हाल की वैज्ञानिक उपलब्धियां प्रकाशित की जाती हैं परंतु कैल्फैड विधियों के उपयोग का वर्णन करने वाले वैज्ञानिक लेख, कई अन्य पत्रिकाओं में भी प्रकाशित होते हैं।
यह भी देखें
- प्रावस्था आरेख
- गिब्स ऊर्जा
- मिश्रण की एन्थैल्पी
- मिडेमा%27एस प्रारूप
- कम्प्यूटेशनल ऊष्मागतिकी्स
संदर्भ
- ↑ Kaufman L.; Bernstein H. (1970). चरण आरेखों की कंप्यूटर गणना. Academic Press NY. ISBN 0-12-402050-X.
- ↑ 2.0 2.1 Fabrichnaya Olga B.; Saxena Surendra K.; Richet Pascal; Westrum Edgar F. Jr. (2004). Thermodynamic Data, Models, and Phase Diagrams in Multicomponent Oxide Systems : an Assessment for Materials and Planetary Scientists Based on Calorimetric, Volumetric and Phase Equilibrium Data. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg. ISBN 9783662105047. OCLC 851391370.
- ↑ Kattner Ursula R. (2016). "CALPHAD विधि और सामग्री और प्रक्रिया विकास में इसकी भूमिका". Tecnol. Metal. Mater. Miner. 13 (1): 3–15. doi:10.4322/2176-1523.1059. PMC 4912057. PMID 27330879.
- ↑ Lukas H. L.; Fries Suzana G.; Sundman Bo (2007). Computational thermodynamics: the CALPHAD method. Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 978-0521868112. OCLC 663969016.
- ↑ Saunders N.; Miodownik P. (1998). Cahn R. W. (ed.). कैलफड. Pergamon Materials Series, Vol 1. ISBN 0-08-042129-6.
- ↑ Y.Austin Chang (2004). "Phase diagram calculation: past, present and future". Progress in Materials Science. 49 (3): 313–345. doi:10.1016/S0079-6425(03)00025-2.
- ↑ Zi-Kui Liu; Wang Yi (2016). सामग्रियों की कम्प्यूटेशनल थर्मोडायनामिक्स. Cambridge. ISBN 9780521198967. OCLC 960196125.
{{cite book}}: CS1 maint: location missing publisher (link) - ↑ Sundman Bo (2021). "बहु-घटक संतुलन, चरण आरेख और अन्य प्रकार के आरेखों की गणना के लिए उपयोगी एल्गोरिदम". Calphad. 75: 102330. doi:10.1016/j.calphad.2021.102330.
