ऊष्मप्रवैगिकी - थर्मल घटना का विज्ञान, जो निकायों की आणविक संरचना को ध्यान में नहीं रखता है। थर्मल घटना के सिद्धांतों के विकास में एक महत्वपूर्ण योगदान आर क्लॉसियस (1822-1888), जे मैक्सवेल (1831-1879), एल बोल्ट्जमैन (1844-1906), डब्ल्यू थॉम्पसन (1824-1907) और द्वारा किया गया था। अन्य सभी थर्मल प्रक्रियाएं ऊर्जा के परिवर्तन से जुड़ी हुई हैं, जिसका विवरण थर्मोडायनामिक्स की मुख्य समस्याओं में से एक है। ऊष्मप्रवैगिकी में एक शरीर की स्थिति का वर्णन करने के लिए, निम्नलिखित कार्यों का उपयोग किया जाता है: तापमान, दबाव, आयतन, एन्ट्रापी, साथ ही थर्मोडायनामिक क्षमता। ऊष्मप्रवैगिकी के लिए समय कारक कोई दिलचस्पी नहीं है, क्योंकि उसके दृष्टिकोण से, किसी दिन सबसे दुर्लभ गैस के अणु टकराएंगे।

1. ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन का नियम(ऊष्मप्रवैगिकी का पहला नियम)

सबसे पहले, गुणात्मक प्रकार की ऊर्जा (संभावित, गतिज, यांत्रिक, थर्मल, विद्युत चुम्बकीय, आदि) के अस्तित्व और कुछ शर्तों के तहत एक दूसरे में बदलने की उनकी अंतर्निहित क्षमता का दावा करता है; दूसरे, इंगित करता है कि बंद प्रणालियों में होने वाली किसी भी प्रक्रिया में (यानी, एक प्रणाली जो आसपास की दुनिया के साथ पदार्थ या ऊर्जा का आदान-प्रदान नहीं करती है), ऊर्जा का संख्यात्मक मान समय के साथ स्थिर रहता है, अर्थात। इसके गायब होने या घटना की असंभवता।

ऊष्मप्रवैगिकी के पहले नियम का मात्रात्मक सूत्रीकरण: शरीर को दी जाने वाली ऊष्मा (Q) की मात्रा उसकी आंतरिक ऊर्जा DU को बढ़ाने और शरीर पर कार्य A (Q = DU + A) करने के लिए जाती है।

संभावित औरगुरुत्वाकर्षण के क्षेत्र में पिंडों की गति के दौरान, पिंडों की दोलन गति में गतिज ऊर्जा एक दूसरे में बदल जाती है, उदाहरण के लिए, जब एक पेंडुलम दोलन करता है। एक आंतरिक दहन इंजन में, रासायनिक ऊर्जा को तापीय और गतिज ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है।

यांत्रिक ऊर्जा के संरक्षण का नियम गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में पिंडों की गति, गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में पिंडों के गिरने, पिंडों के लोचदार टकराव में, पिंडों की मुक्त दोलन गति (एक पेंडुलम की गति) में प्रकट होता है, विनाश .

यदि ऊर्जा के संरक्षण का नियमसभी रासायनिक प्रक्रियाओं में, सभी प्राकृतिक घटनाओं में संतुष्ट है, तो संरक्षण कानून कभी-कभी पूरी तरह से पूरा होता है, और कभी-कभी लगभग। उदाहरण के लिए, रसायन विज्ञान में, रासायनिक प्रतिक्रिया में प्रवेश करने वाले सभी पदार्थों का द्रव्यमान प्रतिक्रिया के सभी उत्पादों के द्रव्यमान के बराबर होता है। हालांकि, भौतिकी में, एक इलेक्ट्रॉन और एक पॉज़िट्रॉन, जिनमें से प्रत्येक का द्रव्यमान होता है, ऐसे फोटॉन में नष्ट हो सकते हैं जिनमें कोई आराम द्रव्यमान नहीं होता है।

थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाओं मेंविद्युत आवेश के संरक्षण के नियम, ऊर्जा के संरक्षण के नियम, लेप्टन आवेश के संरक्षण के नियम, हैड्रोनिक आवेश के संरक्षण के नियम की पूर्ति होती है। ऊर्जा के संरक्षण का नियम और संवेग के संरक्षण का नियम पदार्थ के एक क्षेत्र में परिवर्तन को नियंत्रित करता है और इसके विपरीत।

ऊष्मप्रवैगिकी का पहला नियम पहली तरह की एक सतत गति मशीन (पेरपेटम मोबाइल) की संभावना से इनकार करता है। पहली तरह की एक सतत गति मशीन में पर्यावरण से ऊर्जा निकाले बिना काम करना शामिल है। समय-समय पर चलने वाली मशीन का निर्माण करना असंभव है जो इसे बाहर से आपूर्ति की जाने वाली ऊर्जा से अधिक काम करे।

2. ऊर्जा अपव्यय का नियम।

हर सिस्टम प्रयास करता हैथर्मोडायनामिक संतुलन की स्थिति में जाएं, जिसमें निकायों का तापमान और दबाव समान हो। थर्मल संतुलन के करीब आने वाली सभी थर्मोडायनामिक प्रक्रियाएं अपरिवर्तनीय हैं। यह हमें ऊष्मप्रवैगिकी के दूसरे नियम की ओर ले जाता है: ऊष्मा अनायास ठंडे पिंडों से गर्म पिंडों में नहीं जा सकती; या थर्मल ऊर्जा सभी निकायों के बीच समान रूप से वितरित की जाती है, और किसी भी प्रणाली में सभी थर्मल प्रक्रियाएं पूरी तरह से बंद हो जाती हैं। अहंकार प्रणाली की गर्मी की मौत की ओर जाता है। यह कथन बंद प्रणालियों के लिए सही है। यह नियम समय के साथ एन्ट्रापी की वृद्धि की विशेषता बताता है।

घर्षण बलों की उपस्थिति के कारणऊर्जा का एक हिस्सा हमेशा ऊष्मा (या आंतरिक ऊर्जा) में जाता है और इस ऊर्जा को व्यावहारिक उपयोग के लिए अधिक सुविधाजनक रूपों में परिवर्तित करना बहुत मुश्किल है। इसलिए, थर्मल संतुलन में निकायों की ऊर्जा की कीमत पर काम करने वाली दूसरी तरह की एक सतत गति मशीन की संभावना नहीं है, क्योंकि अपरिवर्तनीय मैक्रोस्कोपिक प्रक्रियाओं को उलटना बहुत मुश्किल है। दूसरी तरह की एक परपेचुअल मोशन मशीन एक तरह का "रेफ्रिजरेटर है जो खपत नहीं करता, बल्कि बिजली पैदा करता है।" वर्तमान में, व्यवहार में, केवल पर्यावरण से ऊर्जा एकत्र करने वाली इकाइयों को लागू करने की संभावना साबित हुई है। तो, अंतरिक्ष यात्रियों में, आसपास के अंतरिक्ष की तापीय ऊर्जा का उपयोग करते हुए, गर्मी पंपों का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

तीसरी तरह की एक सतत गति मशीन भी है- एक तंत्र जो घर्षण की अनुपस्थिति में सतत गति को प्रदर्शित करता है। आदर्श के करीब आने वाले तंत्र पहले ही बनाए जा चुके हैं, उदाहरण के लिए, ये सुपरकंडक्टिंग एग्रीगेट्स, सुपरफ्लुइड लिक्विड आदि हैं। इस प्रकार, केवल पहली तरह की स्थायी गति मशीनें नहीं बनाई गई हैं और प्रौद्योगिकी में उपयोग नहीं की जाती हैं। यह माना जा सकता है कि पहली तरह के घोषित "सफल" स्थायी मोबाइल वास्तव में केवल दूसरे प्रकार के छिपे हुए इंजन हैं, जिनकी ऊर्जा प्राप्त करने, पंप करने का स्रोत अज्ञात है। हालाँकि दूसरे और तीसरे प्रकार के इंजनों का सफलतापूर्वक परीक्षण किया गया है, लेकिन "पेरपेटम मोबाइल" शब्द का प्रयोग अभी भी "असंभव" या "पागल" के रूप में किया जाता है, क्योंकि, सबसे पहले, कुछ भी कहीं से नहीं लिया जाता है, और दूसरी बात, जो कुछ भी है एक शुरुआत - एक अंत है, इस संदर्भ में "शाश्वत" की अवधारणा को बहुत सशर्त रूप से समझा जाता है।

वैश्विक तकनीकी निगम दक्षता बढ़ाकर एन्ट्रापी से लड़ रहे हैं। यदि किसी इंजन के लिए 70% को बहुत अच्छी दक्षता माना जाता है, तो 1897 में इतालवी अर्थशास्त्री विलफ्रेडो पारेतो ने मानव दक्षता का नियम तैयार किया, जिसके अनुसार 20% प्रयास 80% परिणाम लाता है।

ऊष्मप्रवैगिकी का दूसरा नियम इंगित करता हैऊर्जा के दो अलग-अलग रूपों का अस्तित्व - ऊष्मा (अव्यवस्थित गति से जुड़ा) और कार्य (क्रमबद्ध गति से जुड़ा)। ऊर्जा के एक अव्यवस्थित रूप को पूरी तरह से ऊर्जा के एक क्रमबद्ध रूप में परिवर्तित नहीं किया जा सकता है। ऊष्मप्रवैगिकी में विकार का माप एन्ट्रापी है। एन्ट्रापी(ऊर्जा अपव्यय का एक उपाय) प्रणाली की स्थिति का एक कार्य है, जो एक बंद प्रणाली में सहज प्रक्रियाओं के प्रवाह की दिशा को दर्शाता है। एक बंद प्रणाली में, एन्ट्रापी अधिकतम हो जाती है।

थर्मल प्रक्रियाओं की दिशा एन्ट्रापी वृद्धि के नियम द्वारा निर्धारित की जाती है: एक बंद प्रणाली की एन्ट्रापी केवल बढ़ सकती है; एक बंद प्रणाली की एन्ट्रापी का अधिकतम मूल्य संतुलन में प्राप्त होता है: डीएस 0 (जहां एस एन्ट्रापी है)। उपरोक्त कथन को ऊष्मप्रवैगिकी के दूसरे नियम का मात्रात्मक सूत्रीकरण माना जाता है।

ऊष्मप्रवैगिकी का दूसरा नियम एक मौलिक विषमता (सभी सहज प्रक्रियाओं की अप्रत्यक्षता) की प्रकृति में उपस्थिति स्थापित करता है।

तो XIX सदी के मध्य में. ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के कानून ने प्रकृति के एक सार्वभौमिक कानून के अधिकारों को हासिल कर लिया है, जो चेतन और निर्जीव प्रकृति को एकजुट करता है। ऊष्मप्रवैगिकी का पहला नियम संक्षेप में निम्नानुसार तैयार किया गया है: "ऊर्जा संरक्षित है", या: "सिस्टम द्वारा प्राप्त गर्मी इसकी आंतरिक ऊर्जा को बढ़ाने और बाहरी कार्य का उत्पादन करने के लिए जाती है।" तथ्य यह है कि यह ऊर्जा है जो संरक्षित है, न कि गर्मी, मुख्य वैज्ञानिक उपलब्धियों में से एक बन गई है। ऊर्जा की अवधारणा ने सभी घटनाओं को एकजुट करने के लिए सभी प्राकृतिक घटनाओं और प्रक्रियाओं पर एक ही दृष्टिकोण से विचार करना संभव बना दिया है।

विज्ञान में पहली बारअमूर्त अवधारणा ने केंद्र स्तर पर कब्जा कर लिया, यह न्यूटनियन बल के बजाय आया, जो कुछ मूर्त, ठोस के अनुरूप था, हालांकि न्यूटन ने गणितीय कपड़ों में पहना था। ऊर्जा की अवधारणा हमारे जीवन में मजबूती से प्रवेश कर चुकी है। इसकी कोई एक परिभाषा नहीं है, लेकिन अक्सर ऊर्जा को शरीर की कार्य करने की क्षमता के रूप में समझा जाता है। पिछली शताब्दी के मध्य में, लॉर्ड केल्विन ने माना कि बल उत्पन्न हो सकते हैं और गायब हो सकते हैं, लेकिन ऊर्जा नष्ट नहीं होती है। यह अवधारणा केल्विन के धार्मिक विचारों से भी मेल खाती है, उनका मानना ​​​​था कि दुनिया के निर्माण के क्षण में निर्माता ने उन्हें ऊर्जा की आपूर्ति के साथ संपन्न किया, और यह दिव्य उपहार हमेशा के लिए मौजूद रहेगा, जबकि क्षणिक ताकतें कई उलटफेरों के अधीन हैं , और उनकी मदद से क्षणिक घटना के विश्व ताने-बाने में बुनती है।

आधुनिक विज्ञान विचारों को अस्वीकार नहीं करताकेल्विन, लेकिन ऊर्जा वाहक के रूप में परमाणुओं के अस्तित्व से इनकार नहीं करता है। पहले कानून में एक पृथक प्रणाली में ऊर्जा के संरक्षण की आवश्यकता होती है, लेकिन यह उस दिशा को इंगित नहीं करता है जिसमें प्रकृति में प्रक्रियाएं हो सकती हैं। यह दिशा दूसरे नियम, ऊष्मप्रवैगिकी के दूसरे अभिधारणा द्वारा इंगित की जाती है। पहले के साथ, वे थर्मोडायनामिक संतुलन की स्थिति में या उसके पास निकायों के विभिन्न मैक्रोस्कोपिक मापदंडों के बीच कई सटीक मात्रात्मक संबंध स्थापित करना संभव बनाते हैं। इसके अलावा, दूसरा अभिधारणा तापमान पैमाने की निश्चितता का परिचय देता है, जो थर्मामीटर और उसके उपकरण के काम करने वाले पदार्थ से संबंधित नहीं है।

एन्ट्रापी के कारण महान इतिहास की त्रासदी यह नहीं है कि कुछ बुरे, स्वार्थी और मूर्ख लोग मानवता को अवांछनीय दिशा में धकेलते हैं, बल्कि यह है कि यह अच्छे, निःस्वार्थ और बुद्धिमान लोगों की इच्छा और इच्छाओं के विरुद्ध इस दिशा में आगे बढ़ता है।

3. ऊष्मप्रवैगिकी का तीसरा नियम

यह कम तापमान पर पदार्थों के गुणों की चिंता करता है और किसी पदार्थ को -273 डिग्री सेल्सियस (पूर्ण शून्य तापमान) तक ठंडा करने की असंभवता का दावा करता है।

कम तापमान के पहले शोधकर्ता एम। लोमोनोसोव द्वारा भविष्यवाणी की गई बिल्कुल कम तापमान। पहली बार, एक उत्तरी वैज्ञानिक पारा जमाने और कृत्रिम रूप से बहुत कम तापमान (-65 डिग्री सेल्सियस) प्राप्त करने में कामयाब रहा।

कानून मेंप्लैंक के सूत्रीकरण में कहा गया है कि निरपेक्ष शून्य पर एक आदर्श क्रिस्टल की एन्ट्रापी शून्य होती है। वास्तव में, एन्ट्रापी के निरपेक्ष मान को सीधे मापना असंभव है। वर्तमान में परमाणुओं के लेजर कूलिंग के उपयोग से शीतलन प्राप्त होता है - 10 -7 10 -9 K।

ऊष्मप्रवैगिकी, तीन सिद्धांतों के आधार पर और पदार्थ की संरचना के विस्तृत ज्ञान की आवश्यकता नहीं है, बड़ी संख्या में प्राकृतिक प्रणालियों के अस्तित्व के बुनियादी नियमों का एक विचार देता है: गैसों, तरल पदार्थों और ठोस पदार्थों, रासायनिक प्रतिक्रियाओं, चुंबकीय और विद्युत के गुण घटना वे भव्य ब्रह्मांडीय प्रक्रियाओं और यहां तक ​​कि सामाजिक जीवन की घटनाओं पर भी लागू होते हैं। उसके निष्कर्ष निर्विवाद और अडिग हैं।

मजबूर कर रहा है आने वाला ऊर्जा संकटपहले से ही ऊर्जा प्राप्त करने और प्रसारित करने के नए तरीकों की तलाश करने के लिए। भविष्य का मूल मुद्दा उपभोग की ऊर्जा से देने की ऊर्जा में संक्रमण है। ऊर्जा की खपत ऊष्मप्रवैगिकी के नियमों का पालन करती है: कुछ भी कहीं से नहीं लिया जाता है, आपको हर चीज के लिए भुगतान करना होगा। इसलिए, संबंध गणना पर आधारित होना चाहिए। तो हम मानवीय संबंधों के "ठंड" होने की बात पर आते हैं। भविष्य की ऊर्जा देखभाल और प्रेम पर आधारित होनी चाहिए। इसकी विरोधाभासी विशेषता यह है कि हम जितना अधिक देते हैं, उतना ही अधिक प्राप्त करते हैं।

ऊष्मप्रवैगिकी का पहला नियम- एक राज्य से दूसरे राज्य में संक्रमण के दौरान सिस्टम की आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन, बाहर से सिस्टम को आपूर्ति की गई गर्मी की मात्रा और उस पर कार्य करने वाले बाहरी बलों के कार्य के योग के बराबर है: ∆ यू= क्यू+ ए.

विश्लेषणात्मक अभिव्यक्ति:

आंतरिक ऊर्जा और कार्य के माध्यम से: डीक्यू= ड्यू+ पीडीवी

एन्थैल्पी द्वारा: डीक्यू = डीएच-वीडीपी

ऊष्मप्रवैगिकी का दूसरा नियम जैसा कि चक्रों पर लागू होता है। एन्ट्रॉपी।

- ऊष्मा केवल उच्च तापमान वाले शरीर से कम तापमान वाले शरीर में स्थानांतरित होती है और अनायास विपरीत अवस्था में स्थानांतरित नहीं हो सकती है।

- गर्मी हस्तांतरण से प्राप्त सभी गर्मी काम में नहीं जा सकती है, लेकिन इसका केवल एक हिस्सा है। गर्मी का एक हिस्सा हीट सिंक में जाना चाहिए।

एन्ट्रॉपी कार्यशील तरल पदार्थ की स्थिति का एक पैरामीटर है जो गर्मी और तापमान की मात्रा के बीच संबंध स्थापित करता है। एस= एमएसमें मापा जाता है जम्मू/कश्मीर

विश्लेषणात्मक रूप से, एन्ट्रापी को निम्नानुसार परिभाषित किया गया है: डी एस=सिग्माक्यू/ टी.

परिपत्र थर्मोडायनामिक प्रक्रियाएं (प्रत्यक्ष और रिवर्स चक्र)। कार्नोट चक्र। चक्र की तापीय क्षमता।

प्रत्यक्ष चक्र

उल्टा चक्र

Ɛ= क्यू2/ मैंसी =क्यू2/(क्यू1- क्यू2), -ठंडा। कोफ.

बाहर से किया गया काम।

असंभव स्वतःस्फूर्त। ठंड से गर्म तक गर्मी की आपूर्ति।

कार्नोट चक्र एक आदर्श थर्मोडायनामिक चक्र है। 2 रुद्धोष्म और 2 समतापीय प्रक्रियाओं से मिलकर बनता है।

सिस्टम द्वारा ही किया गया कार्य।

ताप क्षमता। परिभाषा सीपीऔरसीवीऔर उनके बीच संबंध।

ऊष्मा क्षमता ऊष्मा की वह मात्रा है जो शरीर को 1 डिग्री बदलने के लिए दी जानी चाहिए। भौतिक मात्रा, जो कि अतिसूक्ष्म के अनुपात को परिभाषित करता है गर्मी की मात्राδ क्यूशरीर द्वारा उसके तदनुरूपी वेतन वृद्धि के लिए प्राप्त किया गया तापमान δ टी।

- एक स्थिर आयतन पर, एक स्थिर आयतन पर प्रक्रिया में शरीर को आपूर्ति की जाने वाली ऊष्मा की मात्रा के अनुपात के बराबर, शरीर के तापमान में परिवर्तन के लिए।

- निरंतर दबाव पर, शरीर के तापमान में परिवर्तन के लिए निरंतर दबाव में प्रक्रिया में शरीर को दी गई गर्मी की मात्रा के अनुपात के बराबर dT।

संचार - गर्मी क्षमता की अवधारणा को एकत्रीकरण के विभिन्न राज्यों (ठोस, तरल पदार्थ, गैस) में पदार्थों के लिए और कणों और अर्ध-कणों के लिए (धातु भौतिकी में, उदाहरण के लिए, वे एक इलेक्ट्रॉन गैस की गर्मी क्षमता के बारे में बात करते हैं) दोनों के लिए परिभाषित किया गया है। )

जल वाष्प एक कार्यशील द्रव के रूप मेंपी- वी, टी- एस, एच- एसआरेख।

जल वाष्प अधिकांश तापीय तंत्रों का कार्यशील द्रव है। पानी की गैसीय अवस्था। इसका कोई रंग, स्वाद या गंध नहीं है। क्षोभमंडल में पाया जाता है।

1-2 गर्म पानी उबालने के लिए

2-3 वाष्पीकरण

3-4 भाप सुपरहीट

1-2 हीटिंग

2-3 उबालना (वाष्पीकरण)

3-4 ओवरहीटिंग

जीएनपी - गीला संतृप्त भाप

भाप प्रक्रियाओं और ताप विद्युत संयंत्रों के चक्रों के लिए भाप आरेख।

जल वाष्प की मुख्य विशेषताएं: संतृप्त और अत्यधिक गरम भाप, वाष्पीकरण की गर्मी।

संतृप्त भापएक ही संरचना के तरल या ठोस के साथ थर्मोडायनामिक संतुलन में वाष्प है। इसका एक तापमान होता है जो उस माध्यम के दबाव पर निर्भर करता है जिसमें उबलने की प्रक्रिया होती है।

अतितापित भाप - भापऊपर के तापमान पर गरम किया गया क्वथनांककिसी दिए गए दबाव पर। सुपरहीटेड स्टीम का उपयोग में किया जाता है साइकिलविभिन्न थर्मल मशीनउनके सुधार के लिए क्षमता. अतितापित भाप की प्राप्ति विशेष उपकरणों में होती है - सुपरहीटर्स.

किसी पदार्थ के वाष्पीकरण की ऊष्मा- किसी पदार्थ के 1 मोल को क्वथनांक पर वाष्प की अवस्था में स्थानांतरित करने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा। जूल में मापा जाता है।

आदर्श गैसों की थर्मोडायनामिक प्रक्रियाएं। वर्गीकरण, राज्य का समीकरण, संकेतक मूल्य "एन"सामान्य समीकरण में"पीवी^ एन= स्थिरांकबुनियादी प्रक्रियाओं के लिए।

आदर्श गैसों की मूल प्रक्रियाएँ:

आइसोकोरिक (स्थिर मात्रा में बहना)

समदाब रेखीय (लगातार दबाव पर)

आइसोमेट्रिक (स्थिर टी पर)

रुद्धोष्म (एक ऐसी प्रक्रिया जिसमें पर्यावरण के साथ कोई ऊष्मा विनिमय नहीं होता है)

पॉलीट्रोपिक (संतोषजनक समीकरण pv^n=const

राज्य समीकरण: पीवी= आर टीया पीवी/ टी= पी

पीवी^ एन= स्थिरांक ; पॉलीट्रोपिक एक्सपोनेंट से कोई भी मूल्य ले सकता है

कम्प्रेसर में प्रक्रियाओं का थर्मोडायनामिक विश्लेषण।

अवधि। कंप्रेसर विश्लेषण दिए गए प्रारंभिक और अंतिम मापदंडों पर काम कर रहे तरल पदार्थ को संपीड़ित करने पर खर्च किया जाने वाला एक निश्चित कार्य है। आमतौर पर, कम्प्रेसर पॉलीट्रोपिक इंडेक्स n = 1.2 के साथ पॉलीट्रोपिक संपीड़न करते हैं।

गर्मी हस्तांतरण के प्रकार और मात्रात्मक विशेषताएं। गर्मी हस्तांतरण और गर्मी हस्तांतरण की अवधारणा।

ऊष्मीय चालकता- यह शरीर के अधिक गर्म भागों (या निकायों) से आंतरिक ऊर्जा को कम गर्म भागों (या निकायों) में स्थानांतरित करने की प्रक्रिया है, जो शरीर के बेतरतीब ढंग से चलने वाले कणों (परमाणु, अणु, इलेक्ट्रॉन, आदि) द्वारा की जाती है।

कंवेक्शन(अक्षांश से। संवहन- "स्थानांतरण") - द्रव या गैसों में गर्मी हस्तांतरण की घटना, या पदार्थ के प्रवाह द्वारा दानेदार मीडिया। एक तथाकथित है। प्राकृतिक संवहन, जो किसी पदार्थ को गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में असमान रूप से गर्म करने पर स्वतः उत्पन्न होता है। विवश - स्वयं पर्यावरण की गति का कारण बनता है।

ऊष्मीय विकिरण -विभिन्न तरंग दैर्ध्य के साथ विद्युत चुम्बकीय दोलनों का उपयोग करके गर्मी हस्तांतरण। उच्च तापमान पर वास्तविक।

मात्राहर-की।

[जे] -गर्मी की मात्रा

[जे/एस] -ऊष्मा का बहाव

[डब्ल्यू/एम^2] -गर्मी प्रवाह घनत्व

ताप लोपन -माध्यम से दीवार या दीवार से माध्यम तक गर्मी हस्तांतरण।

गर्मी का हस्तांतरण -एक माध्यम से दूसरे माध्यम में ऊष्मा का कुल स्थानांतरण।

समतल दीवार के लिए ऊष्मा समीकरण। तापीय चालकता गुणांक का भौतिक अर्थ।

तापमान केवल x-दिशा में बदलता है।

Q=λ/दीवार की मोटाई * (tst1 - tst2) F * τ

λ - मातृ दीवार की तापीय चालकता का गुणांक

tst1 - tst2 - अंतर टी ओवर। दीवारों

एफ - दीवार की सतह

ताऊ समय है।

Λ - तापीय चालकता का गुणांक [डब्ल्यू / एम * के] - गर्मी हस्तांतरण की दर को दर्शाता है।

संवहनी गर्मी हस्तांतरण: न्यूटन-रिचमैन कानून, गर्मी हस्तांतरण गुणांक और इसके मूल्य को प्रभावित करने वाले कारक।

संवहनी गर्मी हस्तांतरण - एक ठोस शरीर की सतह और पर्यावरण के बीच थर्मल ऊर्जा का आदान-प्रदान। उसका पर्यावरण।

न्यूटन-रिचमैन कानून- तापमान अंतर के माध्यम से विभिन्न निकायों के बीच गर्मी के प्रवाह को व्यक्त करने वाली एक अनुभवजन्य नियमितता।

सम्मेलन से पहले गर्मी की मात्रा की गणना गर्मी उत्पादन के अनुसार की जाती है। न्यूटन-रिचमैन क्यू \u003d एएफ (tst - tzh) a - गुणांक। गर्मी का हस्तांतरण।

गर्मी हस्तांतरण गुणांक - 1K के तापमान अंतर पर गर्मी प्रवाह घनत्व, W / (m² K) में मापा जाता है।

निर्भर करता है:

शीतलक के प्रकार और उसके तापमान पर;

दबाव सिर का तापमान, संवहन का प्रकार और प्रवाह शासन;

सतह की स्थिति और प्रवाह की दिशा पर;

शरीर की ज्यामिति से।

संवहनी गर्मी हस्तांतरण के लिए मानदंड समीकरणों के प्रकार। समानता मानदंड का भौतिक अर्थन्यू, पुनः, ग्रो, पीआर.

Nu = αl/λ Nu = f(Re1 * Pr) - नुसेल्ट मानदंड(आयाम रहित गर्मी हस्तांतरण गुणांक), दीवार की सतह और तरल (गैस) के बीच गर्मी विनिमय की विशेषता है;

खाओ: Nu = f(Gr1*Pr) → Nu = C(Gr*Pr)^n

Ex: Nu = C * Re^n * Pr^m * (Przh/ Pr st) Re = w l/v, w - m/s, v - थ्रो। चिपचिपापन, एम / एस, एल - वर्ण अंतर - रेनॉल्ड्स मानदंड, जड़ता और चिपचिपाहट की ताकतों के अनुपात की विशेषता है और एक तरल (गैस) के प्रवाह की प्रकृति को निर्धारित करता है; जीआर \u003d GL 3 / 2 * β (tst - tzh); β= 1/टी - ग्राशॉफ मानदंड (प्राकृतिक संवहन), घनत्व में अंतर के कारण तरल (गैस) में उत्पन्न होने वाले भारोत्तोलन बल की विशेषता है; पीआर = (एम सीपी)/λ; - चिपचिपाहट की गतिशीलता; सीपी - ताप क्षमता - प्रांदल मानदंडएक तरल (गैस) के भौतिक गुणों की विशेषता है;

एल - परिभाषित आकार (लंबाई, ऊंचाई, व्यास)।

ऊष्मप्रवैगिकी मूल रूप से ऊष्मा के कार्य में परिवर्तन के विज्ञान के रूप में उत्पन्न हुई। हालांकि, थर्मोडायनामिक्स के अंतर्निहित कानून इतने सामान्य हैं कि वर्तमान में थर्मोडायनामिक विधियों का उपयोग कई भौतिक और रासायनिक प्रक्रियाओं का अध्ययन करने और पदार्थ और विकिरण के गुणों का अध्ययन करने के लिए बड़ी सफलता के साथ किया जाता है। जैसा कि पहले ही 79 में उल्लेख किया गया है, पदार्थ के परिवर्तन के गुणों और प्रक्रियाओं का अध्ययन करते समय, थर्मोडायनामिक्स घटना की सूक्ष्म तस्वीर पर विचार नहीं करता है। यह अनुभव से सीखे गए बुनियादी कानूनों (शुरुआत) के आधार पर घटना पर विचार करता है। इस कारण से, ऊष्मप्रवैगिकी द्वारा प्राप्त निष्कर्षों में निश्चितता की उतनी ही डिग्री होती है जितनी कि इसके अंतर्निहित कानून। उत्तरार्द्ध प्रयोगात्मक डेटा की एक बड़ी मात्रा का सामान्यीकरण है।

ऊष्मप्रवैगिकी का आधार इसके दो सिद्धांतों द्वारा बनता है। पहला नियम ऊर्जा के एक प्रकार से दूसरे प्रकार में परिवर्तन के दौरान होने वाले मात्रात्मक संबंधों को स्थापित करता है। दूसरा नियम उन परिस्थितियों को निर्धारित करता है जिनके तहत ये परिवर्तन संभव हैं, अर्थात, प्रक्रियाओं की संभावित दिशाओं को निर्धारित करता है।

ऊष्मप्रवैगिकी का पहला नियम कहता है कि सिस्टम को दी जाने वाली गर्मी की मात्रा सिस्टम की आंतरिक ऊर्जा को बढ़ाने और सिस्टम द्वारा बाहरी निकायों पर काम करने पर खर्च की जाती है:

या अंतर रूप में:

(104.2)

(देखें (83.2) और (83.4))।

पहला कानून कभी-कभी इस प्रकार तैयार किया जाता है: पहली तरह का एक स्थायी मोबाइल (पेरपेटम मोबाइल) असंभव है, यानी, ऐसा समय-समय पर चलने वाला इंजन जो बाहर से प्राप्त होने वाली ऊर्जा की तुलना में बड़ी मात्रा में काम करेगा।

कोई भी इंजन एक ऐसा सिस्टम है जो एक निश्चित सर्कुलर प्रोसेस (साइकिल) को बार-बार करता है। चलो, चक्र के दौरान, काम करने वाला पदार्थ (उदाहरण के लिए, गैस) पहले एक आयतन तक फैलता है और फिर अपने मूल आयतन में फिर से सिकुड़ता है (चित्र 104.1)। प्रति चक्र कार्य शून्य से अधिक होने के लिए, विस्तार के दौरान दबाव (और इसलिए तापमान) संपीड़न के दौरान से अधिक होना चाहिए। ऐसा करने के लिए, काम करने वाले पदार्थ को विस्तार के दौरान गर्मी प्रदान करने की आवश्यकता होती है, और संपीड़न के दौरान, गर्मी को इससे हटा दिया जाना चाहिए।

चक्र पूरा करने के बाद, काम करने वाला पदार्थ अपनी मूल स्थिति में लौट आता है। इसलिए, प्रति चक्र आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन शून्य है। प्रति चक्र कार्यशील द्रव को प्रदान की जाने वाली ऊष्मा की मात्रा, विस्तार के दौरान कार्यशील द्रव द्वारा प्राप्त ऊष्मा के बराबर होती है, जहाँ संपीड़न के दौरान दी गई ऊष्मा होती है। एक चक्र में किया गया कार्य A चक्र के क्षेत्रफल के बराबर होता है (देखें 84)। इस प्रकार, लूप के लिए लिखा गया व्यंजक (104.1) है

समय-समय पर चलने वाला इंजन जो बाहर से प्राप्त ऊष्मा के कारण कार्य करता है, ऊष्मा इंजन कहलाता है। (104.3) के अनुसार, बाहर से प्राप्त होने वाली समस्त ऊष्मा का उपयोग उपयोगी कार्य प्राप्त करने के लिए नहीं किया जाता है। इंजन को चक्र में काम करने के लिए, गर्मी के बराबर हिस्से को बाहरी वातावरण में वापस किया जाना चाहिए और इसलिए, इसका उपयोग अपने इच्छित उद्देश्य (यानी उपयोगी कार्य करने के लिए) के लिए नहीं किया जाता है। जाहिर है, गर्मी इंजन जितना अधिक पूरी तरह से बाहर से प्राप्त गर्मी को उपयोगी कार्य ए में परिवर्तित करता है, उतना ही अधिक लाभदायक यह इंजन है। इसलिए, इसकी दक्षता (संक्षिप्त दक्षता) द्वारा गर्मी इंजन को चिह्नित करने के लिए प्रथागत है, जिसे प्रति चक्र प्राप्त गर्मी के लिए प्रति चक्र किए गए कार्य ए के अनुपात के रूप में परिभाषित किया जाता है।

संबंध (104.3) को ध्यान में रखते हुए, दक्षता के लिए अभिव्यक्ति के रूप में लिखा जा सकता है

दक्षता की परिभाषा से यह निष्कर्ष निकलता है कि यह एक से अधिक नहीं हो सकती।

यदि हम अंजीर में दिखाए गए चक्र को उलट दें। 104.1, आपको एक चिलर साइकिल मिलती है। ऐसी मशीन एक चक्र में तापमान के साथ शरीर से गर्मी की मात्रा को दूर ले जाती है और उच्च तापमान वाले शरीर को गर्मी की मात्रा छोड़ देती है। मशीन पर एक चक्र में कार्य ए किया जाना चाहिए, जो लाने पर खर्च किया जाता है। कार्रवाई में मशीन:

ऊष्मप्रवैगिकी का दूसरा नियम, पहले की तरह, कई तरीकों से तैयार किया जा सकता है। हम 103 में सूत्रों में से एक के साथ मिले। इसमें यह दावा शामिल है कि एक पृथक प्रणाली की एन्ट्रॉपी कम नहीं हो सकती है:

क्लॉसियस ने दूसरा नियम निम्नानुसार तैयार किया: ऐसी प्रक्रियाएं असंभव हैं, जिसका एकमात्र अंतिम परिणाम कम गर्म शरीर से अधिक गर्म शरीर में गर्मी का स्थानांतरण होगा। इसे इस तरह से प्रस्तुत नहीं किया जाना चाहिए कि दूसरा कानून आम तौर पर एक शरीर से गर्मी के हस्तांतरण को प्रतिबंधित करता है जो कम गर्म होता है जो कि गर्म होता है। रेफ्रिजरेशन मशीन में बस इतना ही ट्रांजिशन किया जाता है। हालाँकि, यह संक्रमण प्रक्रिया का एकमात्र परिणाम नहीं है। यह सिस्टम पर कार्य ए के प्रदर्शन से जुड़े आसपास के निकायों में परिवर्तन के साथ है।

आइए हम दिखाते हैं कि एक पृथक प्रणाली में की गई एक काल्पनिक प्रक्रिया, जो क्लॉसियस के निर्माण में दूसरे नियम का खंडन करती है, के साथ एन्ट्रापी में कमी होती है। इस प्रकार, हम क्लॉसियस फॉर्मूलेशन और दूसरे कानून के सांख्यिकीय फॉर्मूलेशन की समानता साबित करेंगे, जिसके अनुसार एक पृथक प्रणाली की एन्ट्रॉपी कम नहीं हो सकती है।

हम पहले निम्नलिखित टिप्पणी करते हैं। आइए मान लें कि कुछ शरीर दूसरे शरीर के साथ गर्मी का आदान-प्रदान करता है, जिसे हम गर्मी जलाशय कहते हैं। बता दें कि जलाशय की गर्मी क्षमता अनंत है। इसका मतलब यह है कि जलाशय द्वारा गर्मी की एक सीमित मात्रा की प्राप्ति या रिलीज से उसका तापमान नहीं बदलता है। शरीर में होने वाली प्रक्रिया, जलाशय के साथ ऊष्मा विनिमय के साथ, प्रतिवर्ती हो सकती है, यदि इस प्रक्रिया के दौरान शरीर का तापमान संबंधित जलाशय के तापमान के बराबर हो। वास्तव में, यदि, उदाहरण के लिए, किसी शरीर को तापमान से कम तापमान वाले जलाशय से गर्मी प्राप्त होती है, जब वही प्रक्रिया विपरीत दिशा में आगे बढ़ती है, तो शरीर उससे प्राप्त गर्मी को जलाशय में वापस करने में सक्षम होगा यदि इसका तापमान किसी भी स्थिति में से कम नहीं होता है

नतीजतन, प्रक्रिया के आगे और पीछे के दौरान, शरीर का तापमान अलग होगा, शरीर दोनों मामलों में राज्यों के विभिन्न अनुक्रमों (असमान तापमान की विशेषता) से गुजरता है, और विचाराधीन प्रक्रिया अपरिवर्तनीय होगी।

इस प्रकार, हीट एक्सचेंज के साथ एक प्रक्रिया केवल तभी उत्क्रमणीय हो सकती है, जब गर्मी प्राप्त करते समय और इसे रिटर्न स्ट्रोक के दौरान जलाशय में वापस कर दिया जाता है, शरीर का तापमान जलाशय के तापमान के बराबर होता है। कड़ाई से बोलते हुए, जब गर्मी प्राप्त होती है, तो शरीर का तापमान जलाशय के तापमान से कम होना चाहिए (अन्यथा गर्मी जलाशय से शरीर में नहीं जाएगी), और जब गर्मी निकलती है, तो शरीर का तापमान जलाशय के तापमान से एक असीम मान होना चाहिए।

नतीजतन, जलाशय के साथ गर्मी विनिमय के साथ एकमात्र प्रतिवर्ती प्रक्रिया, जिसका तापमान अपरिवर्तित रहता है, जलाशय के तापमान पर होने वाली एक इज़ोटेर्मल प्रक्रिया है।

एक अलग प्रणाली पर विचार करें जिसमें समान ताप क्षमता वाले दो निकाय हों। शरीर B को शरीर A को ऊष्मा Q की मात्रा हस्तांतरित करने दें, जिसके परिणामस्वरूप शरीर A का तापमान मान से बढ़ जाता है, और शरीर B का तापमान एक मान से घट कर . ऐसी प्रक्रिया क्लॉसियस सूत्रीकरण के दूसरे नियम का खंडन करती है। आइए हम इस मामले में एन्ट्रापी में परिवर्तन का पता लगाएं।

इस प्रक्रिया के दौरान असमान तापमान वाले पिंडों के बीच हीट एक्सचेंज होता है। ऊपर जो कहा गया है, उसके अनुसार यह प्रक्रिया अपरिवर्तनीय है। फॉर्मूला (103.20) केवल प्रतिवर्ती प्रक्रियाओं पर लागू होता है। अपरिवर्तनीय प्रक्रिया में एन्ट्रापी में परिवर्तन खोजने के लिए, निम्नानुसार आगे बढ़ें। किसी भी प्रतिवर्ती प्रक्रिया पर विचार करें जो सिस्टम को दी गई अपरिवर्तनीय प्रक्रिया के समान अंतिम स्थिति में लाती है, और सूत्र द्वारा इस प्रक्रिया के लिए एन्ट्रापी की वृद्धि की गणना करें

(104.7)

(देखें (103.20))।

उपरोक्त के अनुसार, एक प्रतिवर्ती प्रक्रिया पर विचार करें जिसमें शरीर B, से लेकर तापमान वाले जलाशयों की एक श्रृंखला को क्रमिक रूप से Q भागों में गर्मी देता है, और शरीर A, से तापमान वाले जलाशयों की एक श्रृंखला से Q भागों में गर्मी प्राप्त करता है। नतीजतन, सिस्टम उस स्थिति से उलट जाएगा जिसमें निकायों का तापमान उस स्थिति में होता है जिसमें निकायों का तापमान बराबर होता है

पहली नज़र में, ऐसा लग सकता है कि इस तरह के सूत्रीकरण का खंडन किया गया है, उदाहरण के लिए, एक आदर्श गैस के इज़ोटेर्मल विस्तार की प्रक्रिया द्वारा। वास्तव में, किसी पिंड से एक आदर्श गैस द्वारा प्राप्त सभी ऊष्मा पूरी तरह से कार्य में परिवर्तित हो जाती है। हालांकि, गर्मी प्राप्त करना और इसे काम में बदलना प्रक्रिया का एकमात्र अंतिम परिणाम नहीं है; इसके अलावा, प्रक्रिया के परिणामस्वरूप, गैस की मात्रा में परिवर्तन होता है।

एक ऊष्मा इंजन में, ऊष्मा का कार्य में रूपांतरण आवश्यक रूप से एक अतिरिक्त प्रक्रिया के साथ होता है - एक निश्चित मात्रा में ऊष्मा को एक ठंडे शरीर में स्थानांतरित करना, जिसके परिणामस्वरूप एक गर्म शरीर से प्राप्त ऊष्मा की मात्रा को पूरी तरह से परिवर्तित नहीं किया जा सकता है। काम में।

यह देखना आसान है कि केल्विन के सूत्रीकरण में निहित कथन क्लॉसियस के सूत्रीकरण में निहित कथन से तार्किक रूप से अनुसरण करता है। वास्तव में, काम को पूरी तरह से गर्मी में बदला जा सकता है, उदाहरण के लिए, घर्षण के माध्यम से। इसलिए, केल्विन फॉर्मूलेशन द्वारा निषिद्ध प्रक्रिया के माध्यम से, एक शरीर से पूरी तरह से काम में ली गई गर्मी को परिवर्तित करके, और फिर इस काम को घर्षण के माध्यम से दूसरे शरीर को उच्च तापमान के साथ प्रदान की गई गर्मी में परिवर्तित करके, हम ले जाएंगे क्लॉसियस के सूत्रीकरण के अनुसार असंभव प्रक्रिया को बाहर करना।

ऊष्मप्रवैगिकी के दूसरे नियम द्वारा निषिद्ध प्रक्रियाओं का उपयोग करके, एक इंजन बनाना संभव होगा जो इस तरह से प्राप्त गर्मी के कारण काम करता है, उदाहरण के लिए, समुद्र के रूप में ऊर्जा का लगभग अटूट स्रोत।

व्यवहार में, ऐसा इंजन एक सतत गति मशीन के बराबर होगा। इसलिए, ऊष्मप्रवैगिकी का दूसरा नियम कभी-कभी इस प्रकार तैयार किया जाता है: दूसरी तरह का एक स्थायी मोबाइल असंभव है, यानी, ऐसा समय-समय पर चलने वाला इंजन जो एक जलाशय से गर्मी प्राप्त करेगा और इस गर्मी को पूरी तरह से काम में बदल देगा।

यह ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के नियम का एक विशेष मामला है। यह नियम कहता है कि ऊर्जा गायब नहीं होती है और फिर से उत्पन्न नहीं होती है, बल्कि विभिन्न प्रक्रियाओं में केवल एक रूप से दूसरे रूप में जाती है। तो, अगर शरीर को गर्मी की मात्रा के बारे में सूचित किया जाता है क्यूतो यह शरीर की आंतरिक ऊर्जा को बदलने में खर्च होगा? यूऔर बाहर का काम करना ली:

यह संबंध गतिहीन पिंडों के लिए ऊष्मागतिकी के प्रथम नियम की विश्लेषणात्मक अभिव्यक्ति है।

विभेदक रूप में, इस कानून को लिखा जा सकता है:

या , या . (1)

यदि हम समीकरण (1) में प्रतिस्थापित करते हैं (यांत्रिक और तकनीकी कार्य के बीच संबंध), हम प्राप्त करते हैं:

अभिव्यक्ति ( तुम+पीवी) शरीर की स्थिति का एक कैलोरीमीट्रिक पैरामीटर है। तकनीकी ऊष्मप्रवैगिकी में, इस पैरामीटर को कहा जाता है तापीय धारिताऔर पत्र द्वारा निरूपित एचऔर जे में मापा जाता है, विशिष्ट थैलेपी को निरूपित किया जाता है एचऔर जे / किग्रा में मापा जाता है, अर्थात

तापीय धारिताआंतरिक ऊर्जा और गैस की लोचदार ऊर्जा (संभावित दबाव ऊर्जा) का योग है।

इसलिए, ऊष्मागतिकी के पहले नियम को इस प्रकार लिखा जा सकता है:

.

एक समदाब रेखीय प्रक्रिया में ( आर= स्थिरांक) वीडीपी= 0, इसलिए।

आदर्श गैसों के लिए, निम्नलिखित संबंध सत्य हैं:

ऊष्मप्रवैगिकी का दूसरा नियमबंधा होनासभी प्राकृतिक प्रक्रियाओं की अपरिवर्तनीयता के साथ और वैज्ञानिकों की सदियों पुरानी टिप्पणियों पर आधारित एक प्रायोगिक कानून है, लेकिन यह केवल 19 वीं शताब्दी के मध्य में स्थापित किया गया था। एक स्थिर नियम होने के कारण, ऊष्मागतिकी का दूसरा नियम बड़ी संख्या में कणों के व्यवहार को दर्शाता है जो एक पृथक प्रणाली बनाते हैं। कम संख्या में कणों वाली प्रणालियों में, ऊष्मागतिकी के दूसरे नियम से विचलन हो सकता है।

एक पृथक थर्मोडायनामिक प्रणाली की सबसे संभावित स्थिति इसके आंतरिक संतुलन की स्थिति है, जो अधिकतम एन्ट्रापी मूल्य की उपलब्धि से मेल खाती है। इसलिए दूसरे नियम को एन्ट्रापी बढ़ाने का नियम कहा जाता है। इस संबंध में, इसे निम्नलिखित सिद्धांत के रूप में तैयार किया जा सकता है: एक पृथक प्रणाली की एन्ट्रॉपी कम नहीं हो सकती है।.

एन्ट्रापी- यहकाम कर रहे तरल पदार्थ की स्थिति का पैरामीटर, गर्मी और तापमान की मात्रा के बीच संबंध स्थापित करना। इसे ज्ञात करने के लिए हम ऊष्मागतिकी के प्रथम नियम का समीकरण इस रूप में लिखते हैं

.

आइए इस अभिव्यक्ति को में विभाजित करें टी, ए आरके साथ बदलें, हमें मिलता है:

या .

व्यंजक कहता है कि किसी फ़ंक्शन का कुल अंतर है एस, जो एक राज्य पैरामीटर है, क्योंकि यह केवल गैस की स्थिति के दो मापदंडों पर निर्भर करता है और इस पर निर्भर नहीं करता है कि गैस एक राज्य से दूसरे राज्य में कैसे गई। एन्ट्रॉपी को अक्षर द्वारा निरूपित किया जाता है एसऔर जम्मू/कश्मीर में मापा जाता है। प्रति 1 किग्रा गैस की एन्ट्रापी कहलाती है विशिष्ट एन्ट्रापीऔर पत्र द्वारा निरूपित एसऔर केजे / (के? किग्रा) में मापा जाता है।

इस प्रकार, ।

ऊष्मप्रवैगिकी का दूसरा नियम ऊष्मा इंजनों पर लागू प्रावधानों और अभिधारणाओं का सामान्यीकरण है और यह इस प्रकार है:

1. प्राकृतिक प्रक्रियाओं का सहज प्रवाह उत्पन्न होता है और प्रक्रिया में भाग लेने वाले थर्मोडायनामिक सिस्टम और पर्यावरण के बीच संतुलन के अभाव में विकसित होता है।

2. प्रकृति में स्वतःस्फूर्त रूप से घटित होने वाली प्राकृतिक प्रक्रियाएं, जिनका कार्य मनुष्य द्वारा उपयोग किया जा सकता है, हमेशा उच्च क्षमता से निम्नतर दिशा में केवल एक ही दिशा में आगे बढ़ते हैं।

3. अनायास होने वाली प्रक्रियाओं का क्रम उस दिशा में होता है जिससे थर्मोडायनामिक प्रणाली और पर्यावरण के बीच संतुलन स्थापित होता है और इस संतुलन तक पहुंचने पर प्रक्रियाएं रुक जाती हैं।

4. प्रक्रिया विपरीत दिशा में स्वतःस्फूर्त प्रक्रिया के लिए आगे बढ़ सकती है, यदि इसके लिए ऊर्जा बाहरी वातावरण से उधार ली जाती है।

ये सभी फॉर्मूलेशन, जो रूप में भिन्न हैं, अनिवार्य रूप से एक दूसरे के समतुल्य हैं, क्योंकि वे सीधे एन्ट्रापी कमी की असंभवता के सिद्धांत से संबंधित हैं: .

बुनियादी अवधारणाएं और परिभाषाएं

परिभाषा: ऊष्मप्रवैगिकी - ऊर्जा रूपांतरण के नियमों का विज्ञान.

ऊष्मप्रवैगिकी में, अवधारणा का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है ऊष्मप्रवैगिकी प्रणाली.

परिभाषा: थर्मोडायनामिक प्रणाली एक दूसरे के साथ और पर्यावरण के साथ बातचीत करने वाले भौतिक निकायों का एक समूह कहा जाता है. विचाराधीन प्रणाली की सीमाओं के बाहर के सभी निकायों को कहा जाता है वातावरण.

चूँकि एक और एक ही शरीर, एक और एक ही पदार्थ अलग-अलग परिस्थितियों में अलग-अलग अवस्थाओं में हो सकते हैं (उदाहरण: बर्फ v पानी v भाप, अलग-अलग तापमान पर एक पदार्थ), सुविधा के लिए, पदार्थ की स्थिति की विशेषताओं को पेश किया जाता है - तथाकथित राज्य पैरामीटर.

हम पदार्थ की स्थिति के मुख्य मापदंडों को सूचीबद्ध करते हैं:

शरीर का तापमान - निकायों के बीच संभावित सहज गर्मी हस्तांतरण की दिशा निर्धारित करता है.

वर्तमान में, दुनिया में कई तापमान पैमाने और तापमान माप की इकाइयाँ हैं। यूरोप में सबसे सामान्य सेल्सियस पैमाना, जहां शून्य तापमान वायुमंडलीय दबाव पर पानी का हिमांक होता है, और वायुमंडलीय दबाव पर पानी का क्वथनांक 100 डिग्री सेल्सियस (ºС) के रूप में लिया जाता है। उत्तरी अमेरिका में, फारेनहाइट पैमाने का उपयोग किया जाता है। थर्मोडायनामिक गणनाओं के लिए, निरपेक्ष पैमाना या केल्विन पैमाना बहुत सुविधाजनक है। इस पैमाने में परम शून्य का तापमान शून्य के रूप में लिया जाता है, इस तापमान पर पदार्थ में कोई भी तापीय गति रुक ​​जाती है। संख्यात्मक रूप से, एक डिग्री केल्विन एक डिग्री सेल्सियस के बराबर होता है।

निरपेक्ष पैमाने पर व्यक्त किए गए तापमान को कहा जाता है निरपेक्ष तापमान.

डिग्री सेल्सियस से डिग्री केल्विन तक जाने का अनुपात:

टी [के] = टी [º सी] + 273.15,

जहां टी केल्विन में तापमान है;

t डिग्री सेल्सियस में तापमान है।

दबाव शरीर की सतह पर सामान्य के साथ कार्य करने वाला बल है और इस सतह के इकाई क्षेत्र से संबंधित है.

दबाव मापने के लिए माप की विभिन्न इकाइयों का उपयोग किया जाता है। मानक SI प्रणाली में, इकाई पास्कल (Pa) है।

इकाइयों के बीच अनुपात:

1 बार = 10 5 पा

1 किग्रा / सेमी 2 (वायुमंडल) \u003d 9.8067 10 4 पा

1mmHg सेंट (पारा का मिलीमीटर) = 133 Pa

1 मिमी डब्ल्यू.सी. कला। (जल स्तंभ का मिलीमीटर) = 9.8067 Pa

घनत्व - किसी पदार्थ के द्रव्यमान का उसके द्वारा व्याप्त आयतन का अनुपात.

विशिष्ट आयतन - घनत्व का व्युत्क्रम अर्थात किसी पदार्थ द्वारा उसके द्रव्यमान के कब्जे वाले आयतन का अनुपात.

परिभाषा: यदि सिस्टम में प्रवेश करने वाले किसी भी शरीर के कम से कम एक पैरामीटर थर्मोडायनामिक सिस्टम में बदल जाता है, तो थर्मोडायनामिक प्रक्रिया .

एक सजातीय शरीर के राज्य पी, वी, टी के मुख्य थर्मोडायनामिक पैरामीटर एक दूसरे पर निर्भर करते हैं और राज्य के समीकरण से परस्पर संबंधित होते हैं:

एक आदर्श गैस के लिए, अवस्था का समीकरण इस प्रकार लिखा जाता है:

पी - दबाव

वी - विशिष्ट मात्रा

टी - तापमान

आर - गैस स्थिरांक (प्रत्येक गैस का अपना मूल्य होता है)

यदि राज्य का समीकरण ज्ञात है, तो सरलतम प्रणालियों की स्थिति निर्धारित करने के लिए, 3 से दो स्वतंत्र चर जानने के लिए पर्याप्त है

पी \u003d f1 (वी, टी); वी = एफ 2 (पी, टी); टी = f3 (वी, पी)

थर्मोडायनामिक प्रक्रियाओं को अक्सर राज्य के रेखांकन पर दर्शाया जाता है, जहां राज्य के मापदंडों को कुल्हाड़ियों के साथ प्लॉट किया जाता है। इस तरह के ग्राफ के विमान पर बिंदु सिस्टम की एक निश्चित स्थिति के अनुरूप होते हैं, ग्राफ पर रेखाएं थर्मोडायनामिक प्रक्रियाओं से मेल खाती हैं जो सिस्टम को एक राज्य से दूसरे राज्य में स्थानांतरित करती हैं।

एक थर्मोडायनामिक प्रणाली पर विचार करें जिसमें एक पिस्टन के साथ एक बर्तन में कुछ गैस का एक शरीर वी होता है, और इस मामले में पोत और पिस्टन बाहरी वातावरण होते हैं। मान लीजिए, उदाहरण के लिए, बर्तन में गैस गर्म हो जाती है, दो मामले संभव हैं:

1) यदि पिस्टन स्थिर है और आयतन नहीं बदलता है, तो बर्तन में दबाव में वृद्धि होगी। ऐसी प्रक्रिया कहलाती है आइसोकोरिक(v=const) स्थिर आयतन पर चल रहा है;

पी - टी निर्देशांक में आइसोकोरिक प्रक्रियाएं:

v1 >v2 >v3

2) यदि पिस्टन मुक्त है, तो गर्म गैस का विस्तार होगा, स्थिर दबाव पर, इस प्रक्रिया को कहा जाता है समदाब रेखीय(पी = स्थिरांक) लगातार दबाव में चल रहा है।

वी - टी निर्देशांक में आइसोबैरिक प्रक्रियाएं

P1>P2>P3

यदि पिस्टन को हिलाने से आप बर्तन में गैस का आयतन बदलते हैं, तो गैस का तापमान भी बदल जाएगा, हालांकि, गैस के संपीड़न के दौरान बर्तन को ठंडा करके और विस्तार के दौरान गर्म करके, आप यह प्राप्त कर सकते हैं कि तापमान में वृद्धि होगी आयतन और दबाव में परिवर्तन के साथ स्थिर रहें, ऐसी प्रक्रिया कहलाती है इज़ोटेर्माल(टी = स्थिरांक)।

पी-वी निर्देशांक में इज़ोटेर्मल प्रक्रियाएं

वह प्रक्रिया जिसमें निकाय और पर्यावरण के बीच कोई ऊष्मा विनिमय नहीं होता है, कहलाती है स्थिरोष्म, जबकि निकाय में ऊष्मा की मात्रा स्थिर रहती है (Q=const)। वास्तविक जीवन में, रुद्धोष्म प्रक्रियाएं मौजूद नहीं होती हैं, क्योंकि सिस्टम को पर्यावरण से पूरी तरह से अलग करना संभव नहीं है। हालांकि, अक्सर ऐसी प्रक्रियाएं होती हैं जिनमें पर्यावरण के साथ गर्मी का आदान-प्रदान बहुत छोटा होता है, उदाहरण के लिए, पिस्टन द्वारा एक बर्तन में गैस का तेजी से संपीड़न, जब पिस्टन और बर्तन के गर्म होने के कारण गर्मी को निकालने का समय नहीं होता है।

पी - वी निर्देशांक में एक रुद्धोष्म प्रक्रिया का अनुमानित ग्राफ

परिभाषा: परिपत्र प्रक्रिया (साइकिल) - प्रक्रियाओं का एक समूह है जो सिस्टम को उसकी मूल स्थिति में लौटाता है. अलग-अलग प्रक्रियाओं की संख्या एक चक्र में कोई भी संख्या हो सकती है।

ऊष्मप्रवैगिकी में हमारे लिए एक परिपत्र प्रक्रिया की अवधारणा महत्वपूर्ण है, क्योंकि परमाणु ऊर्जा संयंत्र का संचालन भाप-पानी चक्र पर आधारित है, दूसरे शब्दों में, हम पानी के वाष्पीकरण को कोर में, टरबाइन के रोटेशन पर विचार कर सकते हैं। एक प्रकार की बंद थर्मोडायनामिक प्रक्रिया या चक्र के रूप में भाप द्वारा रोटर, भाप का संघनन और कोर में पानी का प्रवाह।

गर्मजोशी और काम.

प्रक्रिया में भाग लेने वाले निकाय एक दूसरे के साथ ऊर्जा का आदान-प्रदान करते हैं। कुछ निकायों की ऊर्जा बढ़ जाती है, अन्य - घट जाती है। एक शरीर से दूसरे शरीर में ऊर्जा का स्थानांतरण 2 प्रकार से होता है:

संपर्क निकायों के अणुओं (या विद्युत चुम्बकीय तरंगों का उपयोग करके उज्ज्वल स्थानांतरण) के बीच गतिज ऊर्जा के आदान-प्रदान के माध्यम से विभिन्न तापमान वाले निकायों के सीधे संपर्क में ऊर्जा हस्तांतरण की पहली विधि।

ऊर्जा को गर्म शरीर से ठंडे शरीर में स्थानांतरित किया जाता है।

अणुओं की गतिज गति की ऊर्जा को ऊष्मीय कहा जाता है, इसलिए ऊर्जा को स्थानांतरित करने के इस तरीके को ऊर्जा को गर्मी के रूप में स्थानांतरित करना कहा जाता है। किसी पिंड द्वारा ऊष्मा के रूप में प्राप्त ऊर्जा की मात्रा कहलाती है आपूर्ति की गई गर्मी(संचारित), और ऊष्मा के रूप में शरीर द्वारा दी गई ऊर्जा की मात्रा - हटाई गई गर्मी(दूर ले जाया गया)।

ऊष्मा का सामान्य पदनाम Q है, आयाम J है। व्यावहारिक गणनाओं में, ऊष्मा का द्रव्यमान का अनुपात महत्वपूर्ण हो जाता है - विशिष्ट ऊष्मा को निरूपित किया जाता है क्यूयूनिट जे / किग्रा।

हीट इनपुट पॉजिटिव है, हीट रिमूवल नेगेटिव है।

ऊर्जा हस्तांतरण का दूसरा तरीका बल क्षेत्रों या बाहरी दबाव की उपस्थिति से जुड़ा है। इस तरह से ऊर्जा स्थानांतरित करने के लिए, शरीर को या तो एक बल क्षेत्र में जाना चाहिए, या बाहरी दबाव के प्रभाव में इसकी मात्रा को बदलना चाहिए।

इस विधि को कहा जाता है कार्य के रूप में ऊर्जा का स्थानांतरण.

यदि, एक पिंड के उदाहरण के रूप में, हम एक पिस्टन के साथ एक बर्तन में गैस पर विचार करते हैं, तो पिस्टन पर बाहरी बल लागू होने की स्थिति में, गैस संपीड़ित होती है - शरीर पर काम किया जाता है, और के मामले में बर्तन में गैस का विस्तार, पिस्टन को हिलाने का कार्य, शरीर (गैस) द्वारा ही किया जाता है।

किसी पिंड द्वारा कार्य के रूप में प्राप्त ऊर्जा की मात्रा कहलाती है शरीर पर किया गया कार्य, और दिया गया - शरीर द्वारा किया गया कार्य.

कार्य के रूप में ऊर्जा की मात्रा को आमतौर पर निरूपित किया जाता है लीआयाम जे. विशिष्ट कार्य- शरीर के वजन के लिए काम के अनुपात को दर्शाया गया है मैंआयाम - जे / किग्रा।

परिभाषा: कार्यशील निकाय - किसी पदार्थ की एक निश्चित मात्रा, जो थर्मोडायनामिक चक्र में भाग लेते हुए, उपयोगी कार्य करता है.

RBMK रिएक्टर प्लांट में काम करने वाला द्रव पानी है, जो भाप के रूप में कोर में वाष्पीकरण के बाद, रोटर को घुमाते हुए टरबाइन में काम करता है।

परिभाषा: एक थर्मोडायनामिक प्रक्रिया में एक शरीर से दूसरे शरीर में ऊर्जा का स्थानांतरण, काम कर रहे तरल पदार्थ के आयतन में बदलाव के साथ, बाहरी अंतरिक्ष में इसकी गति के साथ या इसकी स्थिति में बदलाव के साथ कहा जाता है प्रक्रिया कार्य .

ऊष्मप्रवैगिकी का पहला नियम।

निरूपण: एक पृथक थर्मोडायनामिक प्रणाली में, सभी प्रकार की ऊर्जा का योग एक स्थिर मान होता है.

यह नियम ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन के सार्वभौमिक नियम का एक विशेष मामला है, जिसमें कहा गया है कि ऊर्जा प्रकट या गायब नहीं होती है, बल्कि केवल एक रूप से दूसरे रूप में जाती है।

यह इस कानून से निम्नानुसार है कि एक या कई निकायों से युक्त एक प्रणाली में कुल ऊर्जा में कमी के साथ-साथ निकायों की दूसरी प्रणाली में ऊर्जा में वृद्धि होनी चाहिए।

इस कानून के अन्य सूत्र हैं:

1. ऊर्जा का आविर्भाव या विनाश संभव नहीं है (यह सूत्रीकरण ऊर्जा के शून्य से आविर्भाव और उसके नाश में विनाश की असंभवता की बात करता है);

2. आंदोलन का कोई भी रूप सक्षम है और इसे किसी अन्य प्रकार के आंदोलन में परिवर्तित किया जाना चाहिए (यह दार्शनिक सूत्रीकरण ऊर्जा की अविनाशीता और किसी भी अन्य प्रकार की ऊर्जा में पारस्परिक रूप से बदलने की क्षमता पर जोर देता है);

3. पहली तरह की एक सतत गति मशीन असंभव है। (पहली तरह की एक सतत गति मशीन को एक ऐसी मशीन के रूप में समझा जाता है जो ऊर्जा के किसी भी स्रोत का उपयोग किए बिना काम करने में सक्षम हो);

4. एक शरीर से दूसरे शरीर में ऊर्जा हस्तांतरण के केवल दो संभावित रूप गर्मी और कार्य हैं।

तापीय धारिता।

पिछली शताब्दी में, गिब्स ने थर्मल गणना के अभ्यास में एक नया कार्य पेश किया - थैलेपी।

परिभाषा: एन्थैल्पी - शरीर की आंतरिक ऊर्जा और दबाव और आयतन के गुणनफल का योग है.

मैं = यू + पीवी

मैं - थैलेपी; यू - आंतरिक ऊर्जा; पी - दबाव; वी - मात्रा।

विशिष्ट थैलेपी मैंकिसी पिंड की एन्थैल्पी और उसके द्रव्यमान का अनुपात है।

विशिष्ट एन्थैल्पी एक अवस्था पैरामीटर है।

एक निश्चित दबाव और तापमान पर भाप और पानी की विशिष्ट थैलीपी का मूल्य संदर्भ पुस्तक में पाया जा सकता है। इन आंकड़ों का उपयोग करके, प्रक्रिया या प्रक्रिया के काम में शामिल गर्मी की मात्रा निर्धारित करना संभव है।

एन्ट्रापी

तपिश क्यूएक राज्य कार्य नहीं है, प्रक्रिया में जारी या अवशोषित गर्मी की मात्रा प्रक्रिया पर ही निर्भर करती है। राज्य का कार्य एन्ट्रापी निरूपित है एसइकाई जम्मू/कश्मीर

डीएस = डीक्यू/टी

डीएस - एन्ट्रापी अंतर; डीक्यू - गर्मी अंतर; टी परम तापमान है;