ऊष्मागतिकी के नियम

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Questions and Answers

यदि दो थर्मोडायनामिक प्रणालियाँ एक तीसरी प्रणाली के साथ थर्मल संतुलन में हैं, तो वे एक दूसरे के साथ थर्मल संतुलन में भी होंगी। यह कथन थर्मोडायनामिक्स के किस नियम को दर्शाता है?

  • थर्मोडायनामिक्स का दूसरा नियम
  • थर्मोडायनामिक्स का शून्यवाँ नियम (correct)
  • थर्मोडायनामिक्स का पहला नियम
  • थर्मोडायनामिक्स का तीसरा नियम

थर्मोडायनामिक्स के पहले नियम के अनुसार, एक सिस्टम की आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन किसके बराबर होता है?

  • सिस्टम द्वारा किए गए शुद्ध कार्य के बराबर
  • सिस्टम में जोड़ी गई शुद्ध गर्मी प्लस सिस्टम द्वारा किया गया शुद्ध कार्य
  • सिस्टम में जोड़ी गई शुद्ध गर्मी के बराबर
  • सिस्टम में जोड़ी गई शुद्ध गर्मी माइनस सिस्टम द्वारा किया गया शुद्ध कार्य (correct)

थर्मोडायनामिक्स का दूसरा नियम किस अवधारणा को प्रस्तुत करता है जो प्राकृतिक प्रक्रियाओं की दिशा तय करता है?

  • एंट्रॉपी (S) (correct)
  • गिब्स मुक्त ऊर्जा (G)
  • एन्थैल्पी (H)
  • आंतरिक ऊर्जा (U)

पूर्ण शून्य तापमान पर एक आदर्श क्रिस्टल की एंट्रॉपी के बारे में थर्मोडायनामिक्स का तीसरा नियम क्या कहता है?

<p>न्यूनतम या शून्य है (A)</p> Signup and view all the answers

एक ऊष्मप्रवैगिकी प्रक्रिया जिसमें तापमान स्थिर रहता है, उसे क्या कहा जाता है?

<p>समतापी प्रक्रिया (D)</p> Signup and view all the answers

एक ऊष्मप्रवैगिकी प्रक्रिया जिसमें दाब स्थिर रहता है, उसे क्या कहा जाता है?

<p>समदाबी प्रक्रिया (C)</p> Signup and view all the answers

एक ऊष्मप्रवैगिकी प्रक्रिया जिसमें आयतन स्थिर रहता है, उसे क्या कहा जाता है?

<p>समआयतनिक प्रक्रिया (A)</p> Signup and view all the answers

एक रुद्धोष्म प्रक्रिया की विशेषता क्या है?

<p>ऊष्मा का स्थानांतरण नहीं (B)</p> Signup and view all the answers

एक ऊष्मा इंजन की दक्षता को कैसे परिभाषित किया जाता है?

<p>गर्मी इनपुट के लिए किए गए कार्य का अनुपात (D)</p> Signup and view all the answers

कार्नोट इंजन की दक्षता किन तापमानों पर निर्भर करती है?

<p>गर्म और शीतलक जलाशयों दोनों का तापमान (A)</p> Signup and view all the answers

एक रेफ्रिजरेटर का प्रदर्शन आमतौर पर किससे मापा जाता है?

<p>प्रदर्शन गुणांक (COP) (A)</p> Signup and view all the answers

उत्क्रमणीय प्रक्रियाओं के संबंध में निम्नलिखित में से कौन सा कथन सही है?

<p>वे एक आदर्शकरण हैं जो अनंत रूप से धीरे-धीरे होते हैं और बिना किसी अपव्यय प्रभाव के (C)</p> Signup and view all the answers

एक ऊष्मा पंप का प्रदर्शन प्रदर्शन गुणांक (COP) से कैसे मापा जाता है?

<p>कार्य इनपुट के लिए गर्म जलाशय को दी गई ऊष्मा का अनुपात (D)</p> Signup and view all the answers

एक आदर्श गैस के लिए, समतापी प्रक्रिया के दौरान किया गया कार्य किसके द्वारा दिया जाता है?

<p>$W = nRT \ln(V₂/V₁)$ (B)</p> Signup and view all the answers

एक समदाबी प्रक्रिया के दौरान किया गया कार्य किसके द्वारा दिया जाता है?

<p>$W = P(V₂ - V₁)$ (D)</p> Signup and view all the answers

एक समआयतनिक प्रक्रिया के दौरान किया गया कार्य किसके बराबर होता है?

<p>0 (D)</p> Signup and view all the answers

एक रुद्धोष्म प्रक्रिया के दौरान किया गया कार्य किसके द्वारा दिया जाता है?

<p>$W = (P₂V₂ - P₁V₁) / (1 - γ)$ (D)</p> Signup and view all the answers

निम्नलिखित में से कौन सी प्रक्रिया उत्क्रमणीय प्रक्रिया का एक उदाहरण है?

<p>कोई भी प्रक्रिया जो अनंत रूप से धीरे-धीरे होती है और घर्षण जैसे अपव्यय प्रभावों से मुक्त होती है (B)</p> Signup and view all the answers

एक पृथक प्रणाली के लिए, उत्क्रमणीय प्रक्रिया के दौरान कुल एंट्रॉपी परिवर्तन (ΔS_total) किसके बराबर होता है?

<p>$ΔS_{total} = 0$ (D)</p> Signup and view all the answers

थर्मोडायनामिक्स में एंट्रॉपी (S) क्या मापता है?

<p>सिस्टम में विकार या यादृच्छिकता (C)</p> Signup and view all the answers

Flashcards

ऊष्मप्रवैगिकी

ऊर्जा, इसके परिवर्तनों, और पदार्थ के साथ इसके संबंध का अध्ययन।

ऊष्मप्रवैगिकी का शून्यवाँ नियम

यदि दो ऊष्मप्रवैगिकी प्रणालियाँ एक तीसरी प्रणाली के साथ तापीय संतुलन में हैं, तो वे एक दूसरे के साथ तापीय संतुलन में हैं।

ऊष्मप्रवैगिकी का पहला नियम

ऊर्जा को न तो बनाया जा सकता है और न ही नष्ट किया जा सकता है, केवल रूप में बदला जा सकता है।

ΔU = Q - W

किसी प्रणाली की आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन, प्रणाली में जोड़ी गई शुद्ध ऊष्मा माइनस प्रणाली द्वारा किया गया शुद्ध कार्य के बराबर होता है।

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ऊष्मप्रवैगिकी का दूसरा नियम

यह बताता है कि एक पृथक प्रणाली की कुल एन्ट्रापी समय के साथ केवल बढ़ सकती है या आदर्श मामलों में स्थिर रह सकती है।

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ΔS = Q/T

एक उत्क्रमणीय प्रक्रिया के लिए एन्ट्रापी में परिवर्तन (ΔS) ΔS = Q/T द्वारा दिया गया है, जहाँ Q स्थानांतरित ऊष्मा है और T परम तापमान है।

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ऊष्मप्रवैगिकी का तीसरा नियम

यह बताता है कि पूर्ण शून्य तापमान (0 K) पर एक आदर्श क्रिस्टल की एन्ट्रापी शून्य होती है।

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समतापी प्रक्रिया

यह एक स्थिर तापमान पर होता है।

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समभारिक प्रक्रिया

यह एक स्थिर दबाव पर होता है।

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सम-आयतनिक प्रक्रिया

यह एक स्थिर आयतन पर होता है। इसे आइसोवोल्यूमेट्रिक के रूप में भी जाना जाता है।

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रुद्धोष्म प्रक्रिया

यह ऊष्मा स्थानांतरण के बिना होता है।

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ऊष्मा इंजन

एक उपकरण जो तापीय ऊर्जा को यांत्रिक कार्य में परिवर्तित करता है।

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कार्नोट इंजन

एक सैद्धांतिक ऊष्मा इंजन जो कार्नोट चक्र पर काम करता है, जिसमें दो समतापी प्रक्रियाएँ और दो रुद्धोष्म प्रक्रियाएँ होती हैं।

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रेफ्रिजरेटर और हीट पंप

ठंडे जलाशय से गर्म जलाशय में ऊष्मा स्थानांतरित करने वाले उपकरण, जिसके लिए बाहरी कार्य करने की आवश्यकता होती है।

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अनुत्क्रमणीय प्रक्रियाएँ

ऐसी प्रक्रियाएँ जिन्हें परिवेश में बदलाव किए बिना उलटा नहीं किया जा सकता है।

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उत्क्रमणीय प्रक्रियाएँ

आदर्शकरण जो बहुत धीमी गति से और किसी भी विघटनकारी प्रभाव (जैसे, घर्षण) के बिना होते हैं।

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Study Notes

  • Thermodynamics is the study of energy, its transformations, and its relation to matter.
  • It is governed by a set of fundamental laws that describe the behavior of energy and matter at a macroscopic level.
  • These laws are universal and apply to all physical systems.

Zeroth Law of Thermodynamics

  • If two thermodynamic systems are each in thermal equilibrium with a third, then they are in thermal equilibrium with each other.
  • If A is in thermal equilibrium with C, and B is also in thermal equilibrium with C, then A is in thermal equilibrium with B.
  • This law allows for the definition of temperature as a fundamental property that determines whether systems are in thermal equilibrium.
  • Thermal equilibrium implies no net heat flow between the systems.

First Law of Thermodynamics

  • The first law of thermodynamics is the application of the conservation of energy principle to thermodynamic systems.
  • Energy can neither be created nor destroyed, only altered in form.
  • The change in internal energy of a system is equal to the net heat added to the system minus the net work done by the system. Mathematically, ΔU = Q - W.
  • ΔU represents the change in internal energy of the system.
  • Q represents the heat added to the system (positive) or removed from the system (negative).
  • W represents the work done by the system (positive) or on the system (negative).
  • The first law introduces the concept of internal energy (U), which is the energy associated with the microscopic components of a system.
  • Internal energy is a state function, meaning its value depends only on the current state of the system, not on how that state was reached.

Second Law of Thermodynamics

  • The second law of thermodynamics introduces the concept of entropy (S) and dictates the direction of natural processes.
  • It states that the total entropy of an isolated system can only increase over time or remain constant in ideal cases.
  • Entropy is a measure of the disorder or randomness of a system.
  • Processes that increase entropy are spontaneous, meaning they occur naturally without external intervention.
  • The second law can be stated in several equivalent ways:
    • Heat cannot spontaneously flow from a colder body to a hotter body without external work being performed on the system.
    • It is impossible to convert heat completely into work in a cyclic process without transferring some energy to a colder reservoir (Kelvin-Planck statement).
    • The entropy of an isolated system will increase to a maximum value (entropy increases in irreversible processes).
  • The change in entropy (ΔS) for a reversible process is given by ΔS = Q/T, where Q is the heat transferred and T is the absolute temperature.

Third Law of Thermodynamics

  • The third law of thermodynamics states that the entropy of a perfect crystal at absolute zero temperature (0 K) is zero.
  • As the temperature approaches absolute zero, the entropy of a system approaches a minimum or zero value.
  • This law provides a reference point for determining the absolute entropy of a substance.
  • It implies that it is impossible to reach absolute zero in a finite number of steps.

Thermodynamic Processes

  • Thermodynamic processes describe how a system changes from one state to another.
  • Several common types of processes are:
    • Isothermal process: Occurs at constant temperature (T = constant).
    • Isobaric process: Occurs at constant pressure (P = constant).
    • Isochoric process: Occurs at constant volume (V = constant). Also known as isovolumetric.
    • Adiabatic process: Occurs without heat transfer (Q = 0).

Isothermal Process

  • Temperature remains constant during the process.
  • Involves heat transfer to maintain constant temperature.
  • For an ideal gas, the work done during an isothermal process is W = nRT ln(V₂/V₁), where n is the number of moles, R is the ideal gas constant, T is the absolute temperature, and V₁ and V₂ are the initial and final volumes, respectively.

Isobaric Process

  • Pressure remains constant during the process.
  • Work done during an isobaric process is W = P(V₂ - V₁).
  • Heat transfer results in a change in internal energy and work done.

Isochoric Process (Isovolumetric)

  • Volume remains constant during the process.
  • Since there is no change in volume, no work is done by or on the system (W = 0).
  • All heat transfer goes into changing the internal energy of the system (ΔU = Q).

Adiabatic Process

  • No heat is transferred into or out of the system (Q = 0).
  • Changes in internal energy are due solely to work done.
  • Adiabatic processes are characterized by the equation PV^γ = constant, where γ (gamma) is the adiabatic index (ratio of specific heats, Cp/Cv).
  • Work done during an adiabatic process is W = (P₂V₂ - P₁V₁) / (1 - γ).

Heat Engines

  • A heat engine is a device that converts thermal energy into mechanical work.
  • It operates in a cyclic process, taking heat from a hot reservoir, converting part of it into work, and rejecting the remaining heat to a cold reservoir.
  • The efficiency (η) of a heat engine is defined as the ratio of the work done to the heat input: η = W/Q_H = 1 - (Q_C/Q_H), where Q_H is the heat from the hot reservoir and Q_C is the heat rejected to the cold reservoir.
  • The Carnot engine is a theoretical heat engine that operates on the Carnot cycle, which consists of two isothermal processes and two adiabatic processes.
  • The Carnot engine has the maximum possible efficiency for any heat engine operating between two given temperatures: η_Carnot = 1 - (T_C/T_H), where T_H and T_C are the absolute temperatures of the hot and cold reservoirs, respectively.

Refrigerators and Heat Pumps

  • Refrigerators and heat pumps are devices that transfer heat from a cold reservoir to a hot reservoir, requiring external work to be done.
  • They operate in a cycle, using a refrigerant to absorb heat from the cold reservoir and release heat to the hot reservoir.
  • The performance of a refrigerator is measured by its coefficient of performance (COP), defined as the ratio of the heat removed from the cold reservoir to the work input: COP_refrigerator = Q_C/W.
  • The performance of a heat pump is also measured by its coefficient of performance (COP), defined as the ratio of the heat delivered to the hot reservoir to the work input: COP_heat_pump = Q_H/W.
  • For an ideal refrigerator or heat pump operating on the Carnot cycle, COP_refrigerator = T_C / (T_H - T_C) and COP_heat_pump = T_H / (T_H - T_C).

Entropy and Irreversibility

  • Irreversible processes are processes that cannot be reversed without leaving a change in the surroundings.
  • Examples include friction, heat transfer across a finite temperature difference, and mixing of gases.
  • Irreversible processes always increase the total entropy of the system and its surroundings.
  • The increase in entropy is a measure of the energy that is no longer available to do work.
  • For any real process, the total entropy change (ΔS_total) is always greater than or equal to zero: ΔS_total ≥ 0.
  • Reversible processes are idealizations that occur infinitely slowly and without any dissipative effects (e.g., friction).
  • In a reversible process, the total entropy change is zero: ΔS_total = 0.

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