थर्मोडायनामिक समीकरण

For a quick reference table of these equations, see Table of thermodynamic equations.

ऊष्मप्रवैगिकी थर्मोडायनामिक समीकरणों के एक गणितीय ढांचे द्वारा व्यक्त की जाती है जो प्रयोगशाला या उत्पादन प्रक्रिया में मापी गई विभिन्न थर्मोडायनामिक मात्राओं और भौतिक गुणों से संबंधित होती है। ऊष्मप्रवैगिकी अभिधारणाओं के एक मूलभूत समुच्चय पर आधारित है, जो ऊष्मप्रवैगिकी के नियम बन गए।

परिचय

मौलिक थर्मोडायनामिक समीकरणों में से एक यांत्रिक कार्य के अनुरूप थर्मोडायनामिक कार्य का वर्णन है, या गुरुत्वाकर्षण के खिलाफ एक ऊंचाई के माध्यम से उठाया गया वजन, जैसा कि 1824 में फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी निकोलस लियोनार्ड सादी कार्नोट द्वारा परिभाषित किया गया था। कार्नोट ने कार्य के लिए कार्य (भौतिकी) वाक्यांश का प्रयोग किया। अपने प्रसिद्ध ऑन द मोटिव पावर ऑफ फायर के फुटनोट्स में, वे कहते हैं: "हम अभिव्यक्ति प्रेरक शक्ति का उपयोग उस उपयोगी प्रभाव को व्यक्त करने के लिए करते हैं जो एक मोटर उत्पादन करने में सक्षम है। इस प्रभाव की तुलना हमेशा एक वजन को एक निश्चित ऊंचाई तक बढ़ाने के साथ की जा सकती है। यह, जैसा कि हम जानते हैं, एक माप के रूप में, वजन के उत्पाद को उस ऊँचाई से गुणा किया जाता है जिस पर इसे उठाया जाता है। कार्नोट की परिभाषा में समय की एक इकाई को शामिल करने के साथ, व्यक्ति शक्ति (भौतिकी) की आधुनिक परिभाषा पर आता है:

$$P={\frac {W}{t}}={\frac {(mg)h}{t}}$$

19वीं सदी के उत्तरार्ध के दौरान, रुडोल्फ क्लॉसियस, पीटर गुथरी टैट और विलार्ड गिब्स जैसे भौतिकविदों ने थर्मोडायनामिक प्रणाली की अवधारणा और इससे संबंधित प्रक्रियाओं को नियंत्रित करने वाले सहसंबंधी ऊर्जावान कानूनों को विकसित करने के लिए काम किया। थर्मोडायनामिक प्रणाली की संतुलन स्थिति को इसकी स्थिति निर्दिष्ट करके वर्णित किया गया है। थर्मोडायनामिक प्रणाली की स्थिति को कई गहन और व्यापक गुणों द्वारा निर्दिष्ट किया जाता है, जिनमें से सबसे अधिक परिचित मात्रा (थर्मोडायनामिक्स), आंतरिक ऊर्जा और प्रत्येक घटक कण (कण संख्या) की मात्रा होती है। व्यापक पैरामीटर पूरे सिस्टम के गुण हैं, जैसा कि गहन पैरामीटर के विपरीत है, जिसे एक बिंदु पर परिभाषित किया जा सकता है, जैसे तापमान और दबाव। व्यापक पैरामीटर (एन्ट्रॉपी को छोड़कर) आम तौर पर किसी तरह से संरक्षित होते हैं जब तक कि सिस्टम बाहर से उस पैरामीटर में बदलाव के लिए अछूता रहता है। आयतन के लिए इस कथन की सच्चाई तुच्छ है, कणों के लिए यह कहा जा सकता है कि प्रत्येक परमाणु तत्व की कुल कण संख्या संरक्षित है। ऊर्जा के मामले में, ऊर्जा के संरक्षण के बयान को ऊष्मप्रवैगिकी के पहले नियम के रूप में जाना जाता है।

एक थर्मोडायनामिक प्रणाली संतुलन में है जब यह अब समय में नहीं बदल रही है। यह बहुत कम समय में हो सकता है, या यह हिमनदों की धीमी गति से हो सकता है। एक ऊष्मप्रवैगिकी प्रणाली कई उपप्रणालियों से बनी हो सकती है जो विभिन्न व्यापक मात्राओं के संबंध में एक दूसरे से अलग हो भी सकती हैं और नहीं भी। यदि हमारे पास संतुलन में एक थर्मोडायनामिक प्रणाली है जिसमें हम इसकी कुछ बाधाओं को कम करते हैं, तो यह एक नई संतुलन स्थिति में चली जाएगी। थर्मोडायनामिक मापदंडों को अब चर के रूप में माना जा सकता है और राज्य को थर्मोडायनामिक मापदंडों के स्थान में एक विशेष बिंदु के रूप में सोचा जा सकता है। सिस्टम की स्थिति में परिवर्तन को इस राज्य अंतरिक्ष में पथ के रूप में देखा जा सकता है। इस परिवर्तन को थर्मोडायनामिक प्रक्रिया कहा जाता है। थर्मोडायनामिक समीकरणों का उपयोग अब इन अलग-अलग संतुलन अवस्था में राज्य के मापदंडों के बीच संबंधों को व्यक्त करने के लिए किया जाता है।

अवधारणा जो उस पथ को नियंत्रित करती है जो एक थर्मोडायनामिक प्रणाली राज्य अंतरिक्ष में खोजती है क्योंकि यह एक संतुलन राज्य से दूसरे में जाती है, एन्ट्रापी की है। एंट्रॉपी को पहले सभी व्यापक थर्मोडायनामिक पैरामीटरों के व्यापक कार्य के रूप में देखा जाता है। यदि हमारे पास संतुलन में थर्मोडायनामिक प्रणाली है, और हम सिस्टम पर कुछ व्यापक बाधाओं को छोड़ देते हैं, तो कई संतुलन हैं जो ऊर्जा, मात्रा, आदि के संरक्षण के अनुरूप हो सकते हैं। थर्मोडायनामिक्स का दूसरा कानून निर्दिष्ट करता है कि साम्य स्थिति जिस पर वह गति करता है वह वास्तव में सबसे बड़ी एंट्रॉपी वाला है। एक बार जब हम एंट्रॉपी को सिस्टम के व्यापक चर के एक समारोह के रूप में जानते हैं, तो हम अंतिम संतुलन स्थिति की भविष्यवाणी करने में सक्षम होंगे। (Callen 1985)

नोटेशन

कुछ सबसे आम थर्मोडायनामिक मात्राएँ हैं:

संयुग्म चर जोड़े मौलिक राज्य चर हैं जिनका उपयोग थर्मोडायनामिक कार्यों को तैयार करने के लिए किया जाता है।

p

Pressure

V

Volume

T

Temperature

S

Entropy

μ

Chemical potential

N

Particle number

सबसे महत्वपूर्ण थर्मोडायनामिक क्षमता निम्नलिखित कार्य हैं:

U

Internal energy

F

Helmholtz free energy

H

Enthalpy

G

Gibbs free energy

थर्मोडायनामिक सिस्टम आमतौर पर निम्न प्रकार के सिस्टम इंटरैक्शन से प्रभावित होते हैं। विचाराधीन प्रकारों का उपयोग सिस्टम को थर्मोडायनामिक सिस्टम # ओपन सिस्टम, थर्मोडायनामिक सिस्टम # ओपन सिस्टम और थर्मोडायनामिक सिस्टम # ओपन सिस्टम के रूप में वर्गीकृत करने के लिए किया जाता है।

δw

infinitesimal amount of Work (W)

δq

infinitesimal amount of Heat (Q)

m

mass

थर्मोडायनामिक कार्यों से निर्धारित सामान्य सामग्री गुण (थर्मोडायनामिक्स) निम्नलिखित हैं:

ρ

Density is defined as mass of material per unit volume

C_V

Heat capacity at constant volume

C_p

Heat capacity at constant pressure

β_T

Isothermal compressibility

β_S

Adiabatic compressibility

α

Coefficient of thermal expansion

निम्नलिखित स्थिरांक स्थिरांक हैं जो इकाइयों की एक मानक प्रणाली के आवेदन के कारण कई रिश्तों में होते हैं।

k_B

Boltzmann constant

R

Ideal gas constant

N_A

Avogadro constant

ऊष्मप्रवैगिकी के नियम

Main article: Laws of thermodynamics

थर्मोडायनामिक्स के व्यवहार को थर्मोडायनामिक्स के नियमों में संक्षेपित किया गया है, जो संक्षेप में हैं:

• ऊष्मप्रवैगिकी का शून्यवाँ नियम

यदि A, Bऊष्मप्रवैगिकी के नियम सिस्टम हैं जैसे कि A, B के साथ थर्मल संतुलन में है और B, C के साथ थर्मल संतुलन में है, तो A, C के साथ थर्मल संतुलन में है।

शून्यवाँ नियम थर्मोमेट्री में महत्वपूर्ण है, क्योंकि यह तापमान के पैमाने के अस्तित्व को दर्शाता है। व्यवहार में, C एक थर्मामीटर है, और शून्यवाँ नियम कहता है कि सिस्टम जो एक दूसरे के साथ थर्मोडायनामिक संतुलन में हैं, उनका तापमान समान है। कानून वास्तव में तैयार किए जाने वाले कानूनों में से अंतिम था।

• ऊष्मप्रवैगिकी का पहला नियम

$dU=\delta Q-\delta W$ कहाँ $dU$ प्रणाली की आंतरिक ऊर्जा में अपरिमित वृद्धि है, $\delta Q$ प्रणाली में असीम ताप प्रवाह है, और $\delta W$ तंत्र द्वारा किया गया अतिसूक्ष्म कार्य है।

पहला नियम ऊर्जा संरक्षण का नियम है। प्रतीक $\delta$ सादे डी के बजाय, जर्मन लोगों के गणितज्ञ कार्ल गॉटफ्राइड न्यूमैन के काम में उत्पन्न हुआ और एक अचूक अंतर को दर्शाने के लिए और यह इंगित करने के लिए उपयोग किया जाता है कि क्यू और डब्ल्यू पथ-निर्भर हैं (यानी, वे राज्य कार्य नहीं हैं)। भौतिक रसायन शास्त्र जैसे कुछ क्षेत्रों में, सकारात्मक कार्य को पारंपरिक रूप से सिस्टम के बजाय सिस्टम पर किए गए कार्य के रूप में माना जाता है, और कानून के रूप में व्यक्त किया जाता है $dU=\delta Q+\delta W$.

• ऊष्मप्रवैगिकी का दूसरा नियम

एक पृथक प्रणाली की एन्ट्रॉपी कभी घटती नहीं है: $dS\geq 0$ एक पृथक प्रणाली के लिए।

द्वितीय नियम से संबंधित एक अवधारणा जो ऊष्मप्रवैगिकी में महत्वपूर्ण है, उत्क्रमणीयता की है। किसी दिए गए पृथक प्रणाली के भीतर एक प्रक्रिया को प्रतिवर्ती कहा जाता है यदि पूरी प्रक्रिया में एंट्रॉपी कभी नहीं बढ़ती है (यानी एंट्रॉपी अपरिवर्तित रहती है)।

• ऊष्मप्रवैगिकी का तीसरा नियम

$S=0$ कब $T=0$

ऊष्मप्रवैगिकी के तीसरे नियम में कहा गया है कि तापमान के पूर्ण शून्य पर, एन्ट्रापी एक पूर्ण क्रिस्टलीय संरचना के लिए शून्य है।

• ऑनसेजर पारस्परिक संबंध - कभी-कभी ऊष्मप्रवैगिकी का चौथा नियम कहा जाता है

$\mathbf {J} _{u}=L_{uu}\,\nabla (1/T)-L_{ur}\,\nabla (m/T)$

$\mathbf {J} _{r}=L_{ru}\,\nabla (1/T)-L_{rr}\,\nabla (m/T)$

ऊष्मप्रवैगिकी का चौथा नियम अभी तक सहमत कानून नहीं है (कई कथित विविधताएं मौजूद हैं); हालाँकि, ऐतिहासिक रूप से, ऑनसेगर पारस्परिक संबंधों को अक्सर चौथे नियम के रूप में संदर्भित किया जाता है।

मौलिक समीकरण

Main article: Fundamental thermodynamic relation

See also: The fundamental equation

ऊष्मप्रवैगिकी का पहला और दूसरा नियम ऊष्मप्रवैगिकी के सबसे मौलिक समीकरण हैं। उन्हें मौलिक थर्मोडायनामिक संबंध के रूप में जाना जाता है, जो समान तापमान और दबाव की प्रणाली के थर्मोडायनामिक राज्य कार्यों के सभी परिवर्तनों का वर्णन करता है। एक सरल उदाहरण के रूप में, एक ऐसी प्रणाली पर विचार करें जो कई प्रकार के k विभिन्न प्रकार के कणों से बना है और इसका आयतन केवल बाहरी चर के रूप में है। मौलिक थर्मोडायनामिक संबंध तब आंतरिक ऊर्जा के संदर्भ में व्यक्त किया जा सकता है:

$dU=TdS-pdV+\sum _{i=1}^{k}\mu _{i}dN_{i}$

इस समीकरण के कुछ महत्वपूर्ण पहलुओं पर ध्यान दिया जाना चाहिए: (Alberty 2001), (Balian 2003), (Callen 1985)

• थर्मोडायनामिक स्पेस में k+2 आयाम हैं
• अंतर मात्रा (यू, एस, वी, एन_i) सभी व्यापक मात्राएँ हैं। विभेदक मात्राओं के गुणांक गहन मात्राएँ (तापमान, दबाव, रासायनिक क्षमता) हैं। आंतरिक ऊर्जा के संबंध में समीकरण में प्रत्येक जोड़ी को संयुग्म चर (थर्मोडायनामिक्स) के रूप में जाना जाता है। गहन चरों को सामान्यीकृत बल के रूप में देखा जा सकता है। गहन चर में असंतुलन असंतुलन का मुकाबला करने की दिशा में व्यापक चर के प्रवाह का कारण होगा।
• समीकरण को शृंखला नियम के एक विशेष मामले के रूप में देखा जा सकता है। दूसरे शब्दों में:
  $$dU=\left({\frac {\partial U}{\partial S}}\right)_{V,\{N_{i}\}}dS+\left({\frac {\partial U}{\partial V}}\right)_{S,\{N_{i}\}}dV+\sum _{i}\left({\frac {\partial U}{\partial N_{i}}}\right)_{S,V,\{N_{j\neq i}\}}dN_{i}$$
  जिससे निम्नलिखित पहचान की जा सकती है:
  $$\left({\frac {\partial U}{\partial S}}\right)_{V,\{N_{i}\}}=T$$
  $$\left({\frac {\partial U}{\partial V}}\right)_{S,\{N_{i}\}}=-p$$
  $$\left({\frac {\partial U}{\partial N_{i}}}\right)_{S,V,\{N_{j\neq i}\}}=\mu _{i}$$
  इन समीकरणों को आंतरिक ऊर्जा के संबंध में अवस्था के समीकरण के रूप में जाना जाता है। (ध्यान दें - दबाव, आयतन, तापमान और कण संख्या के बीच का संबंध जिसे आमतौर पर राज्य का समीकरण कहा जाता है, राज्य के कई संभावित समीकरणों में से एक है।) यदि हम राज्य के उपरोक्त समीकरणों के सभी k+2 जानते हैं, तो हम कर सकते हैं मौलिक समीकरण को पुनर्गठित करें और सिस्टम के सभी थर्मोडायनामिक गुणों को पुनर्प्राप्त करें।
• मूल समीकरण को किसी भी अन्य अवकलन के लिए हल किया जा सकता है और समान व्यंजक खोजे जा सकते हैं। उदाहरण के लिए, हम के लिए हल कर सकते हैं $dS$ और उसे ढूंढो
  $$\left({\frac {\partial S}{\partial V}}\right)_{U,\{N_{i}\}}={\frac {p}{T}}$$

थर्मोडायनामिक क्षमता

Main article: Thermodynamic potential

न्यूनतम ऊर्जा के सिद्धांत के द्वारा, दूसरे नियम को यह कहकर पुन: स्थापित किया जा सकता है कि एक निश्चित एन्ट्रापी के लिए, जब सिस्टम पर बाधाओं को कम किया जाता है, तो आंतरिक ऊर्जा एक न्यूनतम मान लेती है। इसके लिए यह आवश्यक होगा कि सिस्टम अपने परिवेश से जुड़ा हो, अन्यथा ऊर्जा स्थिर रहेगी।

न्यूनतम ऊर्जा के सिद्धांत के अनुसार, ऐसे कई अन्य राज्य कार्य हैं जिन्हें परिभाषित किया जा सकता है जिनमें ऊर्जा के आयाम होते हैं और जिन्हें निरंतर एन्ट्रॉपी के अलावा कुछ शर्तों के तहत दूसरे कानून के अनुसार कम किया जाता है। इन्हें थर्मोडायनामिक क्षमता कहा जाता है। ऐसी प्रत्येक क्षमता के लिए, प्रासंगिक मूलभूत समीकरण उसी द्वितीय-नियम सिद्धांत से उत्पन्न होता है जो प्रतिबंधित स्थितियों के तहत ऊर्जा न्यूनीकरण को जन्म देता है: कि प्रणाली और उसके पर्यावरण की कुल एन्ट्रॉपी संतुलन में अधिकतम होती है। गहन पैरामीटर सिस्टम के व्यापक गुणों के संबंध में पर्यावरण के डेरिवेटिव को एंट्रॉपी देते हैं।

चार सबसे आम थर्मोडायनामिक क्षमताएं हैं:

Name	Symbol	Formula	Natural variables
Internal energy	$U$	$\int \left(T\,\mathrm {d} S-p\,\mathrm {d} V+\sum _{i}\mu _{i}\mathrm {d} N_{i}\right)$	$S,V,\{N_{i}\}$
Helmholtz free energy	$F$	$U-TS$	$T,V,\{N_{i}\}$
Enthalpy	$H$	$U+pV$	$S,p,\{N_{i}\}$
Gibbs free energy	$G$	$U+pV-TS$	$T,p,\{N_{i}\}$
Landau potential, or grand potential	$\Omega$, $\Phi _{\text{G}}$	$U-TS-$$\sum _{i}\,$$\mu _{i}N_{i}$	$T,V,\{\mu _{i}\}$

प्रत्येक क्षमता के बाद इसके प्राकृतिक चर दिखाए जाते हैं। ये चर महत्वपूर्ण हैं क्योंकि यदि थर्मोडायनामिक क्षमता को इसके प्राकृतिक चर के संदर्भ में व्यक्त किया जाता है, तो इसमें किसी अन्य संबंध को प्राप्त करने के लिए आवश्यक सभी थर्मोडायनामिक संबंध शामिल होंगे। दूसरे शब्दों में, यह भी एक मूलभूत समीकरण होगा। उपरोक्त चार संभावनाओं के लिए, मौलिक समीकरणों को इस प्रकार व्यक्त किया जाता है:

$dU\left(S,V,{N_{i}}\right)=TdS-pdV+\sum _{i}\mu _{i}dN_{i}$

$dH\left(S,p,N_{i}\right)=TdS+Vdp+\sum _{i}\mu _{i}dN_{i}$

$dF\left(T,V,N_{i}\right)=-SdT-pdV+\sum _{i}\mu _{i}dN_{i}$

$dG\left(T,p,N_{i}\right)=-SdT+Vdp+\sum _{i}\mu _{i}dN_{i}$

इन संभावनाओं को वापस बुलाने और प्राप्त करने के लिए थर्मोडायनामिक वर्ग को एक उपकरण के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है।

पहले क्रम के समीकरण

Main article: Equations of state - (general systems)

Main article: Equations of state (particular systems)

मौलिक समीकरण के आंतरिक ऊर्जा संस्करण की तरह, विशेष क्षमता के संबंध में राज्य के k+2 समीकरणों को खोजने के लिए उपरोक्त समीकरणों पर श्रृंखला नियम का उपयोग किया जा सकता है। यदि Φ थर्मोडायनामिक क्षमता है, तो मौलिक समीकरण को इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है:

$d\Phi =\sum _{i}{\frac {\partial \Phi }{\partial X_{i}}}dX_{i}$

जहां $X_{i}$ क्षमता के प्राकृतिक चर हैं। अगर $\gamma _{i}$ से संयुग्मित है $X_{i}$ तो हमारे पास उस क्षमता के लिए राज्य के समीकरण हैं, संयुग्म चर के प्रत्येक सेट के लिए एक।

$\gamma _{i}={\frac {\partial \Phi }{\partial X_{i}}}$

राज्य का केवल एक समीकरण मूलभूत समीकरण को पुनर्गठित करने के लिए पर्याप्त नहीं होगा। थर्मोडायनामिक प्रणाली को पूरी तरह से चिह्नित करने के लिए राज्य के सभी समीकरणों की आवश्यकता होगी। ध्यान दें कि जिसे आमतौर पर राज्य का समीकरण कहा जाता है, वह हेल्महोल्ट्ज़ क्षमता और आयतन को शामिल करने वाला राज्य का यांत्रिक समीकरण है:

$\left({\frac {\partial F}{\partial V}}\right)_{T,\{N_{i}\}}=-p$

एक आदर्श गैस के लिए, यह परिचित PV=Nk बन जाता है_Bटी।

यूलर इंटीग्रल

See also: Euler integral (thermodynamics)

क्योंकि आंतरिक ऊर्जा यू के सभी प्राकृतिक चर व्यापक मात्रा में हैं, यह सजातीय कार्य#सकारात्मक समरूपता|यूलर के सजातीय कार्य प्रमेय से अनुसरण करता है

$U=TS-pV+\sum _{i}\mu _{i}N_{i}$

अन्य मुख्य विभवों के भावों को प्रतिस्थापित करने पर हमारे पास ऊष्मागतिकीय विभवों के लिए निम्नलिखित भाव हैं:

$F=-pV+\sum _{i}\mu _{i}N_{i}$

$H=TS+\sum _{i}\mu _{i}N_{i}$

$G=\sum _{i}\mu _{i}N_{i}$

ध्यान दें कि यूलर इंटीग्रल को कभी-कभी मौलिक समीकरण भी कहा जाता है।

गिब्स-डुहेम संबंध

Main article: The Gibbs-Duhem relation

आंतरिक ऊर्जा के लिए यूलर समीकरण को अलग करना और आंतरिक ऊर्जा के लिए मौलिक समीकरण के साथ संयोजन करना, यह इस प्रकार है:

$0=SdT-Vdp+\sum _{i}N_{i}d\mu _{i}$

जिसे गिब्स-डुहेम संबंध के रूप में जाना जाता है। गिब्स-डुहेम प्रणाली के गहन मापदंडों के बीच एक संबंध है। यह इस प्रकार है कि r घटकों के साथ एक सरल प्रणाली के लिए, r+1 स्वतंत्र पैरामीटर या स्वतंत्रता की डिग्री होगी। उदाहरण के लिए, एक घटक के साथ एक सरल प्रणाली में दो डिग्री स्वतंत्रता होगी, और उदाहरण के लिए दबाव और मात्रा जैसे केवल दो पैरामीटर द्वारा निर्दिष्ट किया जा सकता है। कानून का नाम विलार्ड गिब्स और पियरे ड्यूहेम के नाम पर रखा गया है।

दूसरे क्रम के समीकरण

ऐसे कई संबंध हैं जो ऊपर दिए गए मूल समीकरणों से गणितीय रूप से अनुसरण करते हैं। गणितीय संबंधों की सूची के लिए सटीक अवकलन देखें। कई समीकरणों को थर्मोडायनामिक क्षमता के दूसरे डेरिवेटिव के रूप में व्यक्त किया जाता है (ब्रिजमैन समीकरण देखें)।

मैक्सवेल संबंध

मैक्सवेल संबंध समानताएं हैं जो उनके प्राकृतिक चर के संबंध में थर्मोडायनामिक क्षमता के दूसरे डेरिवेटिव को शामिल करती हैं। वे इस तथ्य से सीधे अनुसरण करते हैं कि दूसरा अवकलज लेते समय अवकलन का क्रम मायने नहीं रखता। चार सबसे आम मैक्सवेल संबंध हैं:

$~\left({\partial T \over \partial V}\right)_{S,N}=-\left({\partial p \over \partial S}\right)_{V,N}~$		$~\left({\partial T \over \partial p}\right)_{S,N}=\left({\partial V \over \partial S}\right)_{p,N}~$
$~\left({\partial T \over \partial V}\right)_{p,N}=-\left({\partial p \over \partial S}\right)_{T,N}~$		$~\left({\partial T \over \partial p}\right)_{V,N}=\left({\partial V \over \partial S}\right)_{T,N}~$

थर्मोडायनामिक वर्ग का उपयोग इन संबंधों को याद करने और प्राप्त करने के लिए एक उपकरण के रूप में किया जा सकता है।

भौतिक गुण

Main article: material properties (thermodynamics)

ऊष्मप्रवैगिकी क्षमता के दूसरे डेरिवेटिव आम तौर पर छोटे बदलावों के लिए सिस्टम की प्रतिक्रिया का वर्णन करते हैं। दूसरे डेरिवेटिव की संख्या जो एक दूसरे से स्वतंत्र हैं, अपेक्षाकृत कम है, जिसका अर्थ है कि अधिकांश भौतिक गुणों को केवल कुछ मानक गुणों के संदर्भ में वर्णित किया जा सकता है। एकल घटक प्रणाली के मामले में, तीन गुण हैं जिन्हें आम तौर पर मानक माना जाता है जिससे अन्य सभी प्राप्त किए जा सकते हैं:

• निरंतर तापमान या निरंतर एन्ट्रापी पर संपीड्यता
  $$\beta _{T{\text{ or }}S}=-{1 \over V}\left({\partial V \over \partial p}\right)_{T,N{\text{ or }}S,N}$$
• स्थिर दबाव या स्थिर आयतन पर विशिष्ट ऊष्मा (प्रति-कण)।
  $$c_{p{\text{ or }}V}={\frac {T}{N}}\left({\partial S \over \partial T}\right)_{p{\text{ or }}V}~$$
• ताप विस्तार प्रसार गुणांक
  $$\alpha _{p}={\frac {1}{V}}\left({\frac {\partial V}{\partial T}}\right)_{p}$$

तापमान और दबाव के संबंध में इन गुणों को गिब्स मुक्त ऊर्जा के तीन संभावित दूसरे व्युत्पन्न के रूप में देखा जाता है।

थर्मोडायनामिक संपत्ति संबंध

दबाव, आयतन, तापमान, इकाई सेल आयतन, बल्क मापांक और द्रव्यमान जैसे गुणों को आसानी से मापा जाता है। अन्य गुणों को सरल संबंधों के माध्यम से मापा जाता है, जैसे घनत्व, विशिष्ट आयतन, विशिष्ट भार। आंतरिक ऊर्जा, एंट्रॉपी, एन्थैल्पी और गर्मी हस्तांतरण जैसे गुणों को सरल संबंधों के माध्यम से इतनी आसानी से मापा या निर्धारित नहीं किया जाता है। इस प्रकार, हम मैक्सवेल संबंध, क्लैपेरॉन समीकरण और मेयर संबंध जैसे अधिक जटिल संबंधों का उपयोग करते हैं।

ऊष्मप्रवैगिकी में मैक्सवेल संबंध महत्वपूर्ण हैं क्योंकि वे एन्ट्रापी में परिवर्तन का निर्धारण करने के लिए दबाव, तापमान और विशिष्ट आयतन के गुणों में परिवर्तन को मापने का एक साधन प्रदान करते हैं। एंट्रॉपी को सीधे नहीं मापा जा सकता है। एक स्थिर तापमान पर दबाव के संबंध में एंट्रॉपी में परिवर्तन एक साधारण संपीड़ित प्रणाली के लिए निरंतर दबाव पर तापमान के संबंध में विशिष्ट मात्रा में नकारात्मक परिवर्तन के समान होता है। ऊष्मप्रवैगिकी में मैक्सवेल संबंधों का उपयोग अक्सर ऊष्मप्रवैगिकी संबंधों को प्राप्त करने के लिए किया जाता है। क्लैपेरॉन समीकरण हमें दबाव, तापमान और विशिष्ट आयतन का उपयोग करने की अनुमति देता है ताकि एक चरण परिवर्तन से जुड़े एन्थैल्पी परिवर्तन को निर्धारित किया जा सके। निरंतर दबाव और तापमान पर होने वाली किसी भी चरण परिवर्तन प्रक्रिया के लिए यह महत्वपूर्ण है। दबाव बनाम तापमान ग्राफ पर एक संतृप्ति वक्र के ढलान को मापकर दिए गए तापमान पर वाष्पीकरण की एन्थैल्पी को हल करने वाले संबंधों में से एक है। यह हमें दिए गए तापमान पर संतृप्त वाष्प और तरल की विशिष्ट मात्रा निर्धारित करने की भी अनुमति देता है। नीचे दिए गए समीकरण में, $L$ विशिष्ट गुप्त ऊष्मा का प्रतिनिधित्व करता है, $T$ तापमान का प्रतिनिधित्व करता है, और $\Delta v$ विशिष्ट मात्रा में परिवर्तन का प्रतिनिधित्व करता है।

${\frac {\mathrm {d} P}{\mathrm {d} T}}={\frac {L}{T\Delta v}}$

मेयर संबंध बताता है कि स्थिर आयतन पर गैस की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता स्थिर दबाव की तुलना में थोड़ी कम होती है। यह संबंध इस तर्क पर बनाया गया था कि गैस के तापमान को बढ़ाने के लिए ऊर्जा की आपूर्ति की जानी चाहिए और गैस के आयतन परिवर्तन मामले में काम करने के लिए। इस संबंध के अनुसार विशिष्ट ऊष्मा धारिता का अंतर सार्वत्रिक गैस नियतांक के समान होता है। यह संबंध Cp और Cv के बीच अंतर द्वारा दर्शाया गया है:

सीपी - सीवी = आर

संदर्भ

• Alberty, R. A. (2001). "Use of Legendre transforms in chemical thermodynamics" (PDF). Pure Appl. Chem. 73 (8): 1349–1380. doi:10.1351/pac200173081349.
• Atkins, Peter; de Paula, Julio (2002). Physical Chemistry (7th ed.). W.H. Freeman and Company. ISBN 978-0-7167-3539-7.
  • Chapters 1 - 10, Part 1: Equilibrium.
• Balian, Roger (2003). "Entropy – A Protean Concept" (PDF). Poincaré Seminar 2: 119-45. Archived from the original (PDF) on 2007-01-04. Retrieved 2006-12-16.
• Bridgman, P.W. (1914). "A Complete Collection of Thermodynamic Formulas". Phys. Rev. 3 (4): 273. Bibcode:1914PhRv....3..273B. doi:10.1103/PhysRev.3.273.
• Callen, Herbert B. (1985). Thermodynamics and an Introduction to Themostatistics (2nd ed.). New York: John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-86256-7.
• Landsberg, Peter T. (1990). Thermodynamics and Statistical Mechanics. New York: Dover Publications, Inc. (reprinted from Oxford University Press, 1978)
• Lewis, G.N.; Randall, M. (1961). Thermodynamics (2nd ed.). New York: McGraw-Hill Book Company.
• Schroeder, Daniel V. (2000). Thermal Physics. San Francisco: Addison Wesley Longman. ISBN 978-0-201-38027-9.
• Silbey, Robert J.; et al. (2004). Physical Chemistry (4th ed.). New Jersey: Wiley.