थर्मोडायनामिक्स के नियम

Thermodynamics

• Definition: The branch of physics that deals with heat, work, temperature, and the laws governing these interactions.

• Laws of Thermodynamics:

  1. Zeroth Law: If two systems are in thermal equilibrium with a third system, they are in thermal equilibrium with each other. This allows for the definition of temperature.
  2. First Law: Energy cannot be created or destroyed, only transformed. Mathematically: ΔU = Q - W, where:
     • ΔU = change in internal energy
     • Q = heat added to the system
     • W = work done by the system
  3. Second Law: The total entropy of an isolated system can never decrease over time. Heat cannot spontaneously flow from a colder body to a hotter body.
  4. Third Law: As the temperature of a system approaches absolute zero, the entropy approaches a minimum constant.

• Key Concepts:

  • Heat: Form of energy transferred between systems due to thermal contact.
  • Work: Energy transferred when a force is applied over a distance.
  • Internal Energy (U): The total energy contained within a system, including kinetic and potential energy of particles.
  • Entropy (S): Measure of the disorder or randomness in a system; higher entropy indicates greater disorder.

• Processes:

  • Isothermal: Occurs at constant temperature (Q = W).
  • Adiabatic: No heat exchange with the environment (Q = 0).
  • Isochoric: Volume remains constant (W = 0).
  • Isobaric: Pressure remains constant.

• Thermodynamic Systems:

  • Open System: Can exchange energy and matter with surroundings.
  • Closed System: Can exchange energy but not matter.
  • Isolated System: Can exchange neither energy nor matter.

• Applications:

  • Heat engines (converting heat energy to work)
  • Refrigerators and heat pumps (moving heat against thermal equilibrium)
  • Understanding physical and chemical processes, including phase transitions.

ऊष्मागतिकी

• ऊष्मागतिकी भौतिकी की वह शाखा है जो ऊष्मा, कार्य, तापमान और इनके बीच होने वाली अंतःक्रियाओं को नियंत्रित करने वाले नियमों से संबंधित है।

• ऊष्मागतिकी के नियम:

  • शून्यवां नियम: यदि दो निकाय किसी तीसरे निकाय के साथ तापीय साम्यावस्था में हैं, तो वे एक-दूसरे के साथ तापीय साम्यावस्था में होते हैं। यह तापमान की परिभाषा की अनुमति देता है।

  • प्रथम नियम: ऊर्जा का निर्माण या विनाश नहीं हो सकता है, इसे केवल रूपांतरित किया जा सकता है। गणितीय रूप से: ΔU = Q - W, जहाँ: 

    • ΔU = आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन
    • Q = निकाय में दी गई ऊष्मा
    • W = निकाय द्वारा किया गया कार्य

  • द्वितीय नियम: किसी पृथक निकाय की कुल एंट्रापी समय के साथ कभी भी कम नहीं हो सकती है। ऊष्मा स्वतः ही ठंडे पिंड से गर्म पिंड तक नहीं जा सकती है।

  • तृतीय नियम: जैसे-जैसे किसी निकाय का तापमान पूर्ण शून्य के पास पहुंचता है, एंट्रापी न्यूनतम स्थिरांक के पास पहुंचती है।

• मुख्य अवधारणाएँ:

  • ऊष्मा: तापीय संपर्क के कारण निकायों के बीच स्थानांतरित ऊर्जा का रूप।

  • कार्य: ऊर्जा का स्थानांतरण जब किसी बल को एक निश्चित दूरी पर लगाया जाता है।

  • आंतरिक ऊर्जा (U): किसी निकाय में निहित कुल ऊर्जा, जिसमें कणों की गतिज और स्थितिज ऊर्जा शामिल है।

  • एंट्रापी (S): किसी निकाय में अव्यवस्था या यादृच्छिकता का माप; उच्च एंट्रापी अधिक अव्यवस्था का संकेत देता है।

• प्रक्रियाएँ:

  • समतापी: स्थिर तापमान पर होती है (Q = W)।

  • रूद्धोष्म: पर्यावरण के साथ कोई ऊष्मा विनिमय नहीं होता है (Q = 0)।

  • समआयतन: आयतन स्थिर रहता है (W = 0)।

  • समदाब: दाब स्थिर रहता है।

• ऊष्मागतिकीय निकाय:

  • खुला निकाय: आसपास के वातावरण के साथ ऊर्जा और पदार्थ दोनों का आदान-प्रदान कर सकता है।

  • बंद निकाय: ऊर्जा का आदान-प्रदान कर सकता है लेकिन पदार्थ का नहीं।

  • पृथक निकाय: न तो ऊर्जा और न ही पदार्थ का आदान-प्रदान कर सकता है।

• अनुप्रयोग:

  • ऊष्मा इंजन (ऊष्मा ऊर्जा को कार्य में बदलना)

  • रेफ्रिजरेटर और ऊष्मा पंप (तापीय साम्यावस्था के विरुद्ध ऊष्मा को ले जाना)

  • भौतिक और रासायनिक प्रक्रियाओं को समझना, जिसमें चरण संक्रमण शामिल हैं।

इस क्विज़ में थर्मोडायनामिक्स के चार प्रमुख नियमों का परिचय दिया गया है। इसे समझकर आप गर्मी, कार्य, तापमान, और इनकी कुल मात्रा इंटरएक्शन के बारे में जान सकेंगे। थर्मोडायनामिक्स के सिद्धांतों को समझना महत्वपूर्ण है, जो कई शारीरिक प्रक्रियाओं का आधार हैं।