ए ऊष्मागतिकी का दूसरा नियम यह निर्देशित करता है कि इसके लिए क्या स्थितियाँ मौजूद हैं गर्मी ताप इंजन और रेफ्रिजरेटर में काम में परिवर्तित किया जा सकता है। यह की परिभाषा को भी संबोधित करता है एन्ट्रापी भौतिक प्रणालियों में कणों की अव्यवस्था को मापने में सक्षम एक घटना के रूप में।
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ऊष्मागतिकी के दूसरे नियम पर सारांश
ऊष्मागतिकी का दूसरा नियम क्लॉसियस और केल्विन-प्लैंक कथनों द्वारा दर्शाया गया है।
क्लॉसियस का कथन गर्म पिंड से ठंडे पिंड की ओर ऊष्मा के प्रवाह से संबंधित है।
केल्विन-प्लैंक कथन थर्मल उपकरणों की उनकी सारी गर्मी को परिवर्तित करने में असमर्थता को संबोधित करता है काम.
ऊष्मागतिकी का दूसरा नियम ताप इंजन और रेफ्रिजरेटर पर लागू होता है।
कार्नोट चक्र ऊष्मा इंजनों द्वारा प्राप्त अधिकतम दक्षता चक्र है।
कार्नोट चक्र के चार चरण हैं, एक प्रतिवर्ती इज़ोटेर्मल विस्तार, एक प्रतिवर्ती रुद्धोष्म विस्तार, एक प्रतिवर्ती इज़ोटेर्मल संपीड़न और एक प्रतिवर्ती रुद्धोष्म संपीड़न।
कार्नोट का प्रमेय किसकी उपज को संदर्भित करता है? कार्नोट मशीनें.
ऊष्मागतिकी का दूसरा नियम क्या है?
ऊष्मागतिकी का दूसरा नियम है a वह कानून जो थर्मोडायनामिक प्रक्रियाओं में आने वाली बाधाओं को संबोधित करता है. इसे भौतिकविदों रुडोल्फ क्लॉसियस (1822-1888), लॉर्ड केल्विन (1824-1907) और मैक्स प्लैंक (1858-1947) द्वारा प्रतिपादित किया गया था, जैसा कि हम नीचे देखेंगे:
भौतिक विज्ञानी और गणितज्ञ रुडोल्फ क्लॉसियस ने कहा कि ऊष्मा का चालन प्रवाह उच्च तापमान वाले शरीर से निम्न तापमान वाले शरीर की ओर होता है। कम तापमान, इसलिए, विपरीत प्रक्रिया का घटित होना स्वाभाविक नहीं है, इसलिए, इस पर काम करना आवश्यक है प्रणाली। इसके साथ ही उन्होंने कहा:
ऐसी प्रक्रिया को अंजाम देना असंभव है जिसका एकमात्र प्रभाव गर्मी को ठंडे शरीर से गर्म शरीर में स्थानांतरित करना है।|1|
गणितीय भौतिक विज्ञानी विलियम थॉमसन, जिन्हें लॉर्ड केल्विन के नाम से जाना जाता है, भौतिक विज्ञानी मैक्स प्लैंक के योगदान के साथ, 100% दक्षता वाले तापीय उपकरणों की असंभवता बताई गई, क्योंकि हमेशा गर्मी का नुकसान होता रहेगा।
ऊष्मागतिकी के दूसरे नियम के अनुप्रयोग
ऊष्मागतिकी का दूसरा नियम ताप इंजन और रेफ्रिजरेटर पर लागू होता है।
मशीनों में ऊष्मागतिकी का दूसरा नियम थर्मल
तक थर्मल मशीनें ऊष्मा को कार्य में परिवर्तित करने में सक्षम हैं। एक गर्म स्रोत ताप इंजन को गर्मी की आपूर्ति करता है, जो इसे काम में बदल देता है। बाकी गर्मी यह ठंडे स्रोत को भेजता है, जैसा कि नीचे दी गई छवि में दर्शाया गया है:
थर्मल मशीनों के कुछ उदाहरण हैं: जेट विमानों में भाप और केरोसिन टर्बाइन, दहन इंजन, थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर।
रेफ्रिजरेटर में ऊष्मागतिकी का दूसरा नियम
रेफ्रिजरेटर ऐसी मशीनें हैं वे ऊष्मा इंजनों के विपरीत कार्य करते हैं।, जहां वे एक क्षेत्र से गर्मी को दूर करते हैं तापमान कम तापमान और उच्च तापमान वाले क्षेत्र में इसकी आपूर्ति करें। चूँकि यह प्राकृतिक नहीं है, मशीन के लिए विद्युत ऊर्जा का उपयोग करके कार्य करना आवश्यक है, जैसा कि नीचे दी गई छवि में वर्णित है:
रेफ्रिजरेटर के कुछ उदाहरण रेफ्रिजरेटर और एयर कंडीशनर हैं।
एन्ट्रापी और ऊष्मागतिकी का दूसरा नियम
ए ऊष्मागतिकी का दूसरा नियम एन्ट्रापी के अस्तित्व का प्रस्ताव करता है, एक भौतिक मात्रा किसी भौतिक प्रणाली में कणों के अव्यवस्था की डिग्री या अपरिवर्तनीयता की डिग्री को मापने के लिए जिम्मेदार ताप इंजनों में शामिल थर्मोडायनामिक प्रक्रियाएं, सहज, अपरिहार्य, अपरिवर्तनीय और होती हैं विस्तृत. इसके साथ, केवल प्रक्रियाओं की अस्थिरता की डिग्री का निरीक्षण करना और उसे नियंत्रित करना संभव है। जैसे-जैसे एन्ट्रापी बढ़ती है, सिस्टम में विकार की डिग्री भी बढ़ती है।
ए एन्ट्रॉपी नामकरण ग्रीक मूल का है और इसका अर्थ है "परिवर्तन"।, "परिवर्तन", इस प्रकार उपयोग किया जा रहा है भौतिक यादृच्छिकता और अव्यवस्था को इंगित करने के लिए। एन्ट्रॉपी की गणना सूत्र का उपयोग करके की जा सकती है:
\(∆S=\frac{∆U}T\)
\(∆S\) एन्ट्रापी परिवर्तन है, जिसे [J/K] में मापा जाता है।
\(∆U\) आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन है, जिसे जूल [जे] में मापा जाता है।
टी तापमान है, जिसे केल्विन [के] में मापा जाता है।
सांख्यिकीय दृष्टिकोण से, एन्ट्रापी की गणना सूत्र द्वारा की जाती है:
\(S=k\cdot ln\ Ω\)
एस एन्ट्रापी है, जिसे [जे/के] में मापा जाता है।
k बोल्ट्ज़मान स्थिरांक है, इसका मूल्य है \(1,4\cdot 10^{-23}\ J/K\).
Ω सिस्टम के लिए संभावित माइक्रोस्टेट्स की संख्या है।
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ऊष्मागतिकी के दूसरे नियम के सूत्र
थर्मल मशीनें और रेफ्रिजरेटर
\(Q_Q=W+Q_F\)
\(Q_Q\) गर्म स्रोत की ऊष्मा है, जिसे जूल [जे] में मापा जाता है।
W ऊष्मा इंजन द्वारा किया गया कार्य है, जिसे जूल [J] में मापा जाता है।
\(Q_F\) ठंडे स्रोत से निकलने वाली गर्मी है, जिसे जूल [जे] में मापा जाता है।
इसका प्रतिनिधित्व इस प्रकार किया जा सकता है:
\(W=Q_Q-Q_F\)
W ऊष्मा इंजन द्वारा किया गया कार्य है, जिसे जूल [J] में मापा जाता है।
\(Q_Q\) गर्म स्रोत की ऊष्मा है, जिसे जूल [जे] में मापा जाता है।
\(Q_F\) ठंडे स्रोत से निकलने वाली गर्मी है, जिसे जूल [जे] में मापा जाता है।
रेफ्रिजरेटर
\(η=\frac{Q_F}{Q_Q-Q_F}\)
\(η\) रेफ्रिजरेटर की दक्षता है.
\(Q_F\) ठंडे स्रोत से निकलने वाली गर्मी है, जिसे जूल [जे] में मापा जाता है।
\(Q_Q\) गर्म स्रोत की ऊष्मा है, जिसे जूल [जे] में मापा जाता है।
इसे इस प्रकार दर्शाया जा सकता है:
\(η=\frac{Q_F}W\)
\(η\) रेफ्रिजरेटर की दक्षता है.
\(Q_F\) ठंडे स्रोत से निकलने वाली गर्मी है, जिसे जूल [जे] में मापा जाता है।
W ऊष्मा इंजन द्वारा किया गया कार्य है, जिसे जूल [J] में मापा जाता है।
उदाहरण सूत्रों के अनुप्रयोग की
उदाहरण 1: उस कार्य की गणना करें जो एक ऊष्मा इंजन एक चक्र के दौरान करता है जो गर्म स्रोत से 500 J ऊष्मा प्राप्त करता है और केवल 400 J ऊष्मा को ठंडे स्रोत में स्थानांतरित करता है।
ऊष्मा इंजन के कार्य की गणना करने के लिए, हम सूत्र का उपयोग करेंगे:
\(W=Q_Q-Q_F\)
कथन में दर्शाए गए मानों को प्रतिस्थापित करना:
\(W=500-400\)
\(W=100\ J\)
ऊष्मा इंजन का कार्य 100 जूल था।
उदाहरण 2: एक रेफ्रिजरेटर की दक्षता क्या है जो गर्म स्रोत से 150 J ऊष्मा प्राप्त करता है और 50 J ऊष्मा को ठंडे स्रोत में स्थानांतरित करता है?
रेफ्रिजरेटर की दक्षता की गणना करने के लिए, हम सूत्र का उपयोग करेंगे:
\(η=\frac{Q_F}{Q_Q-Q_F}\)
कथन में दिए गए मानों को प्रतिस्थापित करने पर, हमें प्राप्त होता है:
\(η=\frac{50}{150-50}\)
\(η=\frac{50}{100}\)
\(η=0,5\)
उपज को 100% से गुणा करना:
\(η=0.5\cdot100%\)
\(η=50\%\)
रेफ्रिजरेटर की दक्षता 50% है।
कार्नोट साइकिल
कार्नोट चक्र था वैज्ञानिक सादी कार्नोट (1796-1832) द्वारा विकसित, एक गर्म स्रोत और एक ठंडे स्रोत के बीच संचालित होने वाले थर्मल इंजन द्वारा प्राप्त की जा सकने वाली अधिकतम दक्षता की पहचान करने के उद्देश्य से।
अपने अध्ययन के आधार पर, कार्नोट ने पहचाना कि, ऊष्मा इंजन से अधिकतम दक्षता प्राप्त करने के लिए, यह है उनकी प्रक्रिया का प्रतिवर्ती होना आवश्यक था, इसलिए उन्होंने अधिकतम उपज चक्र विकसित किया जिसे चक्र कहा जाता है कार्नोट, और इसके माध्यम से काम करने वाले ताप इंजन को कार्नोट ताप इंजन कहा जाता है।. चूंकि कार्नोट चक्र प्रतिवर्ती है, इसलिए इसे उलटा किया जा सकता है, इसी तरह रेफ्रिजरेटर विकसित किए गए थे।
कार्नोट चक्र, उपयोग किए गए पदार्थ की परवाह किए बिना, मात्रा (पी × वी) द्वारा दबाव के ग्राफ में वर्णित चार प्रक्रियाओं से बना है, जैसा कि हम नीचे दी गई छवि में देख सकते हैं:
पहली प्रक्रिया, बिंदु 1 → 2 से: एक प्रतिवर्ती इज़ोटेर्मल विस्तार (प्रक्रिया जिसमें तापमान स्थिर रहता है) होता है, जिसमें गैस (या सिस्टम) काम करती है और गर्म स्रोत से गर्मी की मात्रा प्राप्त करती है।
दूसरी प्रक्रिया, बिंदु 2 → 3 से: एक रुद्धोष्म विस्तार (वह प्रक्रिया जिसमें बाहरी वातावरण के साथ ऊष्मा का आदान-प्रदान होता है) प्रतिवर्ती है, जिसमें ऊष्मा का कोई आदान-प्रदान नहीं होता है थर्मल स्रोतों के साथ गर्मी, लेकिन गैस काम करती है और इसकी आंतरिक ऊर्जा में कमी होती है, जिससे कमी आती है तापमान।
तीसरी प्रक्रिया, बिंदु 3 → 4 से: एक प्रतिवर्ती इज़ोटेर्मल संपीड़न होता है, जिसमें गैस काम प्राप्त करती है और ठंडे स्रोत को गर्मी की मात्रा छोड़ती है।
चौथी प्रक्रिया, बिंदु 4 → 1 से: एक प्रतिवर्ती एडिबैटिक संपीड़न होता है, जिसमें थर्मल स्रोतों के साथ कोई ताप विनिमय नहीं होता है और गैस होती है इसे गर्म स्रोत के तापमान तक पहुंचने तक गर्म किया जाता है, और इस प्रकार इसके संपर्क में रखा जाता है, जिससे समाप्त हो जाता है चक्र।
ऊष्मप्रवैगिकी के नियम
ऊष्मागतिकी के नियम चार नियम हैं जो संपूर्ण अध्ययन को नियंत्रित करते हैं ऊष्मप्रवैगिकी, आयतन, तापमान और दबाव और अन्य भौतिक मात्राओं, जैसे ऊष्मा और ऊर्जा के बीच संबंधों का अध्ययन करें।
ऊष्मागतिकी का शून्य नियम: का कानून है थर्मल संतुलन, यह विभिन्न तापमान वाले पिंडों के बीच ऊष्मा के आदान-प्रदान का अध्ययन करता है।
ऊष्मागतिकी का पहला नियम: थर्मोडायनामिक प्रणालियों में ऊर्जा के संरक्षण का नियम है, यह गर्मी के कार्य और/या आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन का अध्ययन करता है।
ऊष्मागतिकी का दूसरा नियम: यह वह कानून है जो ऊष्मा इंजन, रेफ्रिजरेटर और एन्ट्रापी से संबंधित है।
ऊष्मागतिकी का तीसरा नियम: का कानून है परम शून्य, वह इस तापमान के प्रभावों का अध्ययन करती है।
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ऊष्मागतिकी के दूसरे नियम पर हल किए गए अभ्यास
प्रश्न 1 कार्नोट इंजन के गर्म स्रोत का तापमान निर्धारित करें, यह जानते हुए कि ठंडे स्रोत का तापमान 450 K है और इसकी दक्षता 80% है।
ए) 2250 कि
बी) 450K
ग) 1500K
घ) 900K
ई) 3640K
संकल्प:
वैकल्पिक ए. हम कार्नोट इंजन के दक्षता सूत्र के आधार पर गर्म स्रोत के तापमान की गणना करेंगे:
\(η=1-\frac{T_F}{T_Q} \)
\(80 \%=1-\frac{450}{T_Q} \)
\(\frac{80}{100}=1-\frac{450}{T_Q} \)
\(0,8=1-\frac{450}{T_Q} \)
\(0,8-1=-\frac{450}{T_Q} \)
\(-0,2=-\frac{450}{T_Q} \)
\(0,2=\frac{450}{T_Q} \)
\(T_Q=\frac{450}{0,2}\)
\(T_Q=2250\ K\)
प्रश्न 2 (सीफेट-पीआर) थर्मोडायनामिक्स के दूसरे सिद्धांत को इस प्रकार कहा जा सकता है: "एक मशीन बनाना असंभव है चक्रों में चलने वाली तापीय ऊर्जा, जिसका एकमात्र प्रभाव किसी स्रोत से ऊष्मा को हटाना और उसे समग्र रूप से परिवर्तित करना है काम"। विस्तार से, यह सिद्धांत हमें इस निष्कर्ष पर ले जाता है कि:
a) थर्मल मशीनें बनाना हमेशा संभव होता है जिनकी दक्षता 100% हो।
बी) किसी भी ताप इंजन को केवल एक ताप स्रोत की आवश्यकता होती है।
ग) ऊष्मा और कार्य सजातीय मात्राएँ नहीं हैं।
घ) कोई भी ऊष्मा इंजन गर्म स्रोत से ऊष्मा खींचता है और उस ऊष्मा के कुछ भाग को ठंडे स्रोत में अस्वीकार कर देता है।
ई) केवल एक ठंडे स्रोत के साथ, जिसे हमेशा 0 डिग्री सेल्सियस पर बनाए रखा जाता है, क्या एक निश्चित ताप इंजन के लिए गर्मी को पूरी तरह से काम में परिवर्तित करना संभव होगा।
संकल्प:
वैकल्पिक डी. यह सिद्धांत हमें सूचित करता है कि गर्म स्रोत से सारी गर्मी को हटाकर ठंडे स्रोत में स्थानांतरित करना असंभव है।
टिप्पणी
|1| बुनियादी भौतिकी पाठ्यक्रम: तरल पदार्थ, दोलन और तरंगें, ऊष्मा (वॉल्यूम। 2).
पामेला राफेला मेलो द्वारा
भौतिक विज्ञान के अध्यापक
स्रोत: ब्राज़ील स्कूल - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/segunda-lei-da-termodinamica.htm
