ऊष्मागतिक अवस्था
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ऊष्मप्रवैगिकी में, एक ऊष्मप्रवैगिकी प्रणाली की एक ऊष्मप्रवैगिकी स्थिति एक विशिष्ट समय पर इसकी स्थिति है; अर्थात्, राज्य चर, राज्य पैरामीटर या थर्मोडायनामिक चर के रूप में ज्ञात मापदंडों के एक उपयुक्त सेट के मूल्यों द्वारा पूरी तरह से पहचाना जाता है। एक बार एक प्रणाली के लिए थर्मोडायनामिक चर के मूल्यों का एक सेट निर्दिष्ट किया गया है, सिस्टम के सभी थर्मोडायनामिक गुणों के मूल्यों को विशिष्ट रूप से निर्धारित किया जाता है। आमतौर पर, डिफ़ॉल्ट रूप से, थर्मोडायनामिक सिस्टम को थर्मोडायनामिक संतुलन में से एक माना जाता है। इसका मतलब यह है कि राज्य केवल एक विशिष्ट समय पर प्रणाली की स्थिति नहीं है, बल्कि यह कि अनिश्चित काल की लंबी अवधि में स्थिति समान, अपरिवर्तनीय है।
ऊष्मप्रवैगिकी एक आदर्शीकरण (विज्ञान का दर्शन) वैचारिक संरचना स्थापित करती है जिसे परिभाषाओं और अभिधारणाओं की एक औपचारिक योजना द्वारा संक्षेपित किया जा सकता है। ऊष्मप्रवैगिक अवस्थाएँ मौलिक या आदिम वस्तुओं या योजना की धारणाओं में से हैं, जिसके लिए उनका अस्तित्व प्राथमिक और निश्चित है, बजाय अन्य अवधारणाओं से व्युत्पन्न या निर्मित होने के।[1][2][3] एक थर्मोडायनामिक प्रणाली केवल एक भौतिक प्रणाली नहीं है।[4] बल्कि, सामान्य तौर पर, असीम रूप से कई अलग-अलग वैकल्पिक भौतिक प्रणालियों में एक दी गई थर्मोडायनामिक प्रणाली शामिल होती है, क्योंकि सामान्य तौर पर एक भौतिक प्रणाली में थर्मोडायनामिक विवरण में वर्णित की तुलना में बहुत अधिक सूक्ष्म विशेषताएं होती हैं। एक थर्मोडायनामिक सिस्टम एक मैक्रोस्कोपिक वस्तु है, जिसके सूक्ष्म विवरण को इसके थर्मोडायनामिक विवरण में स्पष्ट रूप से नहीं माना जाता है। थर्मोडायनामिक स्थिति को निर्दिष्ट करने के लिए आवश्यक राज्य चर की संख्या प्रणाली पर निर्भर करती है, और हमेशा प्रयोग से पहले ज्ञात नहीं होती है; यह आमतौर पर प्रायोगिक साक्ष्य से पाया जाता है। संख्या हमेशा दो या अधिक होती है; आमतौर पर यह कुछ दर्जन से अधिक नहीं होता है। यद्यपि राज्य चर की संख्या प्रयोग द्वारा तय की जाती है, फिर भी उनमें से किसका उपयोग किसी विशेष सुविधाजनक विवरण के लिए किया जाता है; एक दिए गए थर्मोडायनामिक सिस्टम को राज्य चर के सेट के कई अलग-अलग विकल्पों द्वारा वैकल्पिक रूप से पहचाना जा सकता है। पसंद आमतौर पर दीवारों और परिवेश के आधार पर किया जाता है जो थर्मोडायनामिक प्रक्रियाओं के लिए प्रासंगिक होते हैं जिन्हें सिस्टम के लिए माना जाता है। उदाहरण के लिए, यदि सिस्टम के लिए गर्मी हस्तांतरण पर विचार करने का इरादा है, तो सिस्टम की एक दीवार गर्मी के लिए पारगम्य होनी चाहिए, और उस दीवार को सिस्टम को परिवेश में एक निकाय से जोड़ना चाहिए, जिसका एक निश्चित समय-अपरिवर्तनीय तापमान हो .[5][6] संतुलन ऊष्मप्रवैगिकी के लिए, एक प्रणाली के एक ऊष्मप्रवैगिकी राज्य में, इसकी सामग्री आंतरिक ऊष्मप्रवैगिकी संतुलन में होती है, सभी मात्राओं के शून्य प्रवाह के साथ, दोनों आंतरिक और प्रणाली और परिवेश के बीच। प्लैंक के लिए, बाहरी रूप से लगाए गए बल क्षेत्र की अनुपस्थिति में, एक एकल चरण (पदार्थ) वाले सिस्टम के थर्मोडायनामिक राज्य की प्राथमिक विशेषता स्थानिक समरूपता है।[7] गैर-संतुलन ऊष्मप्रवैगिकी के लिए, राज्य चर की पहचान करने के एक उपयुक्त सेट में कुछ मैक्रोस्कोपिक चर शामिल हैं, उदाहरण के लिए तापमान का एक गैर-शून्य स्थानिक ढाल, जो थर्मोडायनामिक संतुलन से प्रस्थान का संकेत देता है। इस तरह के गैर-संतुलन की पहचान करने वाले राज्य चर इंगित करते हैं कि सिस्टम के भीतर या सिस्टम और परिवेश के बीच कुछ गैर-शून्य प्रवाह हो सकता है।[8]
राज्य चर और राज्य कार्य
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एक थर्मोडायनामिक प्रणाली को विभिन्न तरीकों से पहचाना या वर्णित किया जा सकता है। सीधे तौर पर, इसे राज्य चर के उपयुक्त सेट द्वारा पहचाना जा सकता है। सीधे तौर पर कम, इसे मात्राओं के एक उपयुक्त सेट द्वारा वर्णित किया जा सकता है जिसमें राज्य चर और राज्य कार्य शामिल हैं।
पदार्थ के शरीर की उष्मागतिक अवस्था की प्राथमिक या मूल पहचान प्रत्यक्ष रूप से औसत दर्जे की साधारण भौतिक मात्राओं द्वारा होती है। कुछ सरल उद्देश्यों के लिए, दिए गए रासायनिक संघटन के एक निकाय के लिए, ऐसी मात्राओं का एक पर्याप्त सेट 'आयतन और दबाव' है।
प्रत्यक्ष रूप से मापने योग्य सामान्य भौतिक चर के अलावा, जो मूल रूप से एक प्रणाली के थर्मोडायनामिक राज्य की पहचान करते हैं, प्रणाली को आगे की मात्राओं द्वारा वर्णित किया जाता है जिसे राज्य कार्य कहा जाता है, जिसे राज्य चर, थर्मोडायनामिक चर, राज्य मात्रा या राज्य के कार्य भी कहा जाता है। वे विशिष्ट रूप से थर्मोडायनामिक राज्य द्वारा निर्धारित किए जाते हैं क्योंकि इसे मूल राज्य चर द्वारा पहचाना गया है। ऐसे कई राजकीय कार्य हैं। उदाहरण आंतरिक ऊर्जा, तापीय धारिता, हेल्महोल्ट्ज़ मुक्त ऊर्जा, गिब्स मुक्त ऊर्जा, थर्मोडायनामिक तापमान और एन्ट्रॉपी हैं। किसी दिए गए शरीर के लिए, किसी दिए गए रासायनिक संविधान के लिए, जब उसके थर्मोडायनामिक राज्य को उसके दबाव और मात्रा से पूरी तरह से परिभाषित किया गया है, तो उसका तापमान विशिष्ट रूप से निर्धारित होता है। थर्मोडायनामिक तापमान एक विशेष रूप से थर्मोडायनामिक अवधारणा है, जबकि मूल सीधे मापने योग्य राज्य चर थर्मोडायनामिक अवधारणाओं के संदर्भ के बिना सामान्य भौतिक मापों द्वारा परिभाषित किए जाते हैं; इस कारण से, थर्मोडायनामिक तापमान को एक राज्य कार्य के रूप में माना जाना सहायक होता है।
किसी दिए गए प्रारंभिक थर्मोडायनामिक राज्य से किसी थर्मोडायनामिक प्रणाली के दिए गए अंतिम थर्मोडायनामिक राज्य के मार्ग को थर्मोडायनामिक प्रक्रिया के रूप में जाना जाता है; आमतौर पर यह प्रणाली और परिवेश के बीच पदार्थ या ऊर्जा का स्थानांतरण होता है। किसी भी उष्मागतिक प्रक्रिया में, मार्ग के दौरान जो भी मध्यवर्ती स्थितियाँ हो सकती हैं, प्रत्येक उष्मागतिक अवस्था चर के मान में कुल संबंधित परिवर्तन केवल प्रारंभिक और अंतिम अवस्थाओं पर निर्भर करता है। एक आदर्श निरंतर कार्य या अर्ध-स्थैतिक प्रक्रिया के लिए, इसका मतलब है कि इस तरह के चर में अत्यल्प वृद्धिशील परिवर्तन सटीक अंतर हैं। साथ में, पूरी प्रक्रिया में वृद्धिशील परिवर्तन, और प्रारंभिक और अंतिम अवस्थाएं, आदर्श प्रक्रिया को पूरी तरह से निर्धारित करती हैं।
सबसे अधिक उद्धृत सरल उदाहरण में, एक आदर्श गैस, थर्मोडायनामिक चर निम्नलिखित चार में से कोई भी तीन चर होंगे: पदार्थ की मात्रा, दबाव, थर्मोडायनामिक_तापमान और गैस की मात्रा। इस प्रकार, थर्मोडायनामिक राज्य एक त्रि-आयामी राज्य स्थान पर होगा। शेष चर, साथ ही साथ अन्य मात्राएँ जैसे कि आंतरिक ऊर्जा और एन्ट्रापी, इन तीन चरों के राज्य कार्यों के रूप में व्यक्त की जाएंगी। राज्य कार्य कुछ सार्वभौमिक बाधाओं को पूरा करते हैंऊष्मप्रवैगिकी के नियम के नियमों में व्यक्त किए जाते हैं, और वे ठोस प्रणाली को बनाने वाली सामग्रियों की विशिष्टताओं पर निर्भर करते हैं।
थर्मोडायनामिक राज्यों के बीच संक्रमणों को मॉडल करने के लिए विभिन्न थर्मोडायनामिक आरेख विकसित किए गए हैं।
संतुलन अवस्था
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प्रकृति में पाई जाने वाली भौतिक प्रणालियाँ व्यावहारिक रूप से हमेशा गतिशील और जटिल होती हैं, लेकिन कई मामलों में, मैक्रोस्कोपिक भौतिक प्रणालियाँ आदर्श स्थितियों के निकटता के आधार पर वर्णन करने योग्य होती हैं। ऐसी ही एक आदर्श स्थिति स्थिर संतुलन अवस्था की है। ऐसी अवस्था शास्त्रीय या संतुलन उष्मागतिकी की एक आदिम वस्तु है, जिसमें इसे ऊष्मागतिकीय अवस्था कहा जाता है। कई अवलोकनों के आधार पर, ऊष्मप्रवैगिकी यह मानती है कि सभी प्रणालियाँ जो बाहरी वातावरण से अलग हैं, विकसित होंगी ताकि अद्वितीय स्थिर संतुलन अवस्थाओं तक पहुँच सकें। विभिन्न भौतिक चरों के अनुरूप विभिन्न प्रकार के संतुलन हैं, और एक प्रणाली थर्मोडायनामिक संतुलन तक पहुंचती है जब सभी प्रासंगिक प्रकार के संतुलन की शर्तें एक साथ संतुष्ट होती हैं। कुछ अलग प्रकार के संतुलन नीचे सूचीबद्ध हैं।
- तापीय संतुलन: जब पूरे सिस्टम में तापमान एक समान होता है, तो सिस्टम थर्मल संतुलन में होता है।
- यांत्रिक संतुलन: यदि किसी दिए गए सिस्टम के भीतर हर बिंदु पर समय के साथ दबाव में कोई परिवर्तन नहीं होता है, और सामग्री की कोई गति नहीं होती है, तो सिस्टम यांत्रिक संतुलन में होता है।
- चरण संतुलन: यह तब होता है जब प्रत्येक अलग-अलग चरण के लिए द्रव्यमान एक ऐसे मान तक पहुँच जाता है जो समय के साथ नहीं बदलता है।
- रासायनिक संतुलन: रासायनिक संतुलन में, एक प्रणाली की रासायनिक संरचना स्थिर हो जाती है और समय के साथ नहीं बदलती है।
संदर्भ
- ↑ Callen, H.B. (1960/1985), p. 13.
- ↑ Carathéodory, C. (1909).
- ↑ Marsland, R. III, Brown, H.R., Valente, G. (2015).
- ↑ Jaynes, E.T. (1965), p. 397.
- ↑ Prigogine, I., Defay, R. (1950/1954), p. 1.
- ↑ Zemanksy, M.W., Dittman, R.H. (1937/1981), p. 6.
- ↑ Planck, M., (1923/1927), p. 3.
- ↑ Eu, B.C. (2002).
ग्रन्थसूची
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- Cengel, Yunus; Michael A. Boels (2011). Thermodynamics An Engineering Approach. New York, NY: McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-352932-5.
- Callen, H.B. (1960/1985). Thermodynamics and an Introduction to Thermostatistics, (1st edition 1960) 2nd edition 1985, Wiley, New York, ISBN 0-471-86256-8.
- Carathéodory, C. (1909). "Untersuchungen über die Grundlagen der Thermodynamik" (PDF). Mathematische Annalen. 67 (3): 355–386. doi:10.1007/BF01450409. A translation may be found here. A mostly reliable translation is to be found at Kestin, J. (1976). The Second Law of Thermodynamics, Dowden, Hutchinson & Ross, Stroudsburg PA.
- Eu, B.C. (2002). Generalized Thermodynamics. The Thermodynamics of Irreversible Processes and Generalized Hydrodynamics, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, ISBN 1-4020-0788-4.
- Jaynes, E.T. (1965). Gibbs vs. Boltzmann entropies, Am. J. Phys., 33: 391–398.
- Modell, Michael; Robert C. Reid (1974). Thermodynamics and Its Applications. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall. ISBN 0-13-914861-2.
- Marsland, R. III, Brown, H.R., Valente, G. (2015). Time and irreversibility in axiomatic thermodynamics, Am. J. Phys., 83(7): 628–634.
- Planck, M., (1923/1927). Treatise on Thermodynamics, translated by A. Ogg, third English edition, Longmans, Green and Co., London.
- Prigogine, I., Defay, R. (1950/1954). Chemical Thermodynamics, Longmans, Green & Co, London.
- Tisza, L. (1966). Generalized Thermodynamics, M.I.T. Press, Cambridge MA.
- Zemanksy, M.W., Dittman, R.H. (1937/1981). Heat and Thermodynamics. An Intermediate Textbook, sixth edition, McGraw-Hill Book Company, New York, ISNM 0-07-072808-9.
यह भी देखें
श्रेणी:ऊष्मागतिकी
