लंबे समय तक, भौतिकविदों और अन्य विज्ञानों के प्रतिनिधियों के पास अपने प्रयोगों के दौरान जो कुछ भी वे देखते हैं उसका वर्णन करने का एक तरीका था। सर्वसम्मति की कमी और "नीले रंग से बाहर" बड़ी संख्या में शब्दों की उपस्थिति ने सहयोगियों के बीच भ्रम और गलतफहमी पैदा की। समय के साथ, भौतिकी की प्रत्येक शाखा ने अपनी स्थापित परिभाषाएँ और माप की इकाइयाँ हासिल कर लीं। इस प्रकार थर्मोडायनामिक पैरामीटर सिस्टम में अधिकांश मैक्रोस्कोपिक परिवर्तनों की व्याख्या करते हुए दिखाई दिए।
परिभाषा
राज्य पैरामीटर, या थर्मोडायनामिक पैरामीटर, कई भौतिक मात्राएं हैं जो एक साथ और प्रत्येक अलग-अलग देखे गए सिस्टम को चिह्नित कर सकते हैं। इनमें अवधारणाएं शामिल हैं जैसे:
- तापमान और दबाव;
- एकाग्रता, चुंबकीय प्रेरण;
- एन्ट्रॉपी;
- एन्थैल्पी;
- गिब्स और हेल्महोल्ट्ज़ ऊर्जा और कई अन्य।
गहन और व्यापक मापदंडों का चयन करें। व्यापक वे हैं जो सीधे थर्मोडायनामिक प्रणाली के द्रव्यमान पर निर्भर हैं, औरगहन - जो अन्य मानदंडों द्वारा निर्धारित किया जाता है। सभी पैरामीटर समान रूप से स्वतंत्र नहीं हैं, इसलिए, सिस्टम की संतुलन स्थिति की गणना करने के लिए, कई मापदंडों को एक साथ निर्धारित करना आवश्यक है।
इसके अलावा, भौतिकविदों के बीच कुछ पारिभाषिक मतभेद हैं। एक ही भौतिक विशेषता को विभिन्न लेखकों द्वारा या तो एक प्रक्रिया, या एक समन्वय, या एक मात्रा, या एक पैरामीटर, या यहां तक कि सिर्फ एक संपत्ति कहा जा सकता है। यह सब उस सामग्री पर निर्भर करता है जिसमें वैज्ञानिक इसका उपयोग करता है। लेकिन कुछ मामलों में, मानकीकृत सिफारिशें होती हैं जिनका दस्तावेजों, पाठ्यपुस्तकों या आदेशों के मसौदे का पालन करना चाहिए।
वर्गीकरण
ऊष्मप्रवैगिकी मापदंडों के कई वर्गीकरण हैं। तो, पहले पैराग्राफ के आधार पर, यह पहले से ही ज्ञात है कि सभी मात्राओं को विभाजित किया जा सकता है:
- विस्तृत (योजक) - ऐसे पदार्थ योग के नियम का पालन करते हैं, अर्थात उनका मूल्य अवयवों की संख्या पर निर्भर करता है;
- तीव्र - वे इस बात पर निर्भर नहीं करते हैं कि प्रतिक्रिया के लिए कितना पदार्थ लिया गया था, क्योंकि वे बातचीत के दौरान संरेखित होते हैं।
उन परिस्थितियों के आधार पर जिनके तहत सिस्टम बनाने वाले पदार्थ स्थित हैं, मात्राओं को उन में विभाजित किया जा सकता है जो चरण प्रतिक्रियाओं और रासायनिक प्रतिक्रियाओं का वर्णन करते हैं। इसके अलावा, अभिकारकों के गुणों को ध्यान में रखा जाना चाहिए। वे हो सकते हैं:
- थर्मोमैकेनिकल;
- थर्मोफिजिकल;
- थर्मोकेमिकल।
इसके अलावा, कोई भी थर्मोडायनामिक सिस्टम एक निश्चित कार्य करता है, इसलिए पैरामीटर कर सकते हैंप्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप उत्पन्न कार्य या गर्मी को चिह्नित करें, और आपको कणों के द्रव्यमान को स्थानांतरित करने के लिए आवश्यक ऊर्जा की गणना करने की भी अनुमति दें।
राज्य चर
ऊष्मप्रवैगिकी सहित किसी भी प्रणाली की स्थिति, उसके गुणों या विशेषताओं के संयोजन से निर्धारित की जा सकती है। सभी चर जो पूरी तरह से केवल एक विशेष क्षण में निर्धारित होते हैं और इस पर निर्भर नहीं करते हैं कि सिस्टम इस स्थिति में कैसे आया, थर्मोडायनामिक राज्य पैरामीटर (चर) या राज्य फ़ंक्शन कहलाते हैं।
यदि समय के साथ परिवर्तनशील कार्य नहीं बदलते हैं तो सिस्टम को स्थिर माना जाता है। स्थिर अवस्था का एक संस्करण थर्मोडायनामिक संतुलन है। कोई भी, यहां तक कि प्रणाली में सबसे छोटा परिवर्तन, पहले से ही एक प्रक्रिया है, और इसमें एक से कई चर थर्मोडायनामिक राज्य पैरामीटर शामिल हो सकते हैं। जिस क्रम में सिस्टम की अवस्थाएं एक दूसरे में लगातार संक्रमण करती हैं, उसे "प्रोसेस पाथ" कहा जाता है।
दुर्भाग्य से, शर्तों के साथ अभी भी भ्रम है, क्योंकि एक ही चर स्वतंत्र और कई सिस्टम फ़ंक्शन जोड़ने का परिणाम हो सकता है। इसलिए, "स्टेट फंक्शन", "स्टेट पैरामीटर", "स्टेट वेरिएबल" जैसे शब्दों को समानार्थक शब्द माना जा सकता है।
तापमान
एक थर्मोडायनामिक प्रणाली की स्थिति के स्वतंत्र मापदंडों में से एक तापमान है। यह एक मान है जो कणों की प्रति इकाई गतिज ऊर्जा की मात्रा को दर्शाता हैसंतुलन में थर्मोडायनामिक प्रणाली।
यदि हम उष्मागतिकी के दृष्टिकोण से अवधारणा की परिभाषा पर पहुंचते हैं, तो तापमान प्रणाली में गर्मी (ऊर्जा) जोड़ने के बाद एन्ट्रापी में परिवर्तन के विपरीत आनुपातिक है। जब सिस्टम संतुलन में होता है, तो उसके सभी "प्रतिभागियों" के लिए तापमान मान समान होता है। यदि तापमान में अंतर होता है, तो ऊर्जा एक गर्म शरीर द्वारा छोड़ी जाती है और एक ठंडे शरीर द्वारा अवशोषित की जाती है।
ऊष्मागतिकी प्रणालियां हैं जिनमें ऊर्जा जोड़ने पर विकार (एंट्रॉपी) नहीं बढ़ता, बल्कि घटता है। इसके अलावा, यदि ऐसी प्रणाली किसी ऐसे पिंड के साथ परस्पर क्रिया करती है जिसका तापमान अपने से अधिक है, तो वह अपनी गतिज ऊर्जा इस पिंड को छोड़ देगा, न कि इसके विपरीत (ऊष्मप्रवैगिकी के नियमों के आधार पर)।
दबाव
दबाव एक मात्रा है जो किसी पिंड पर कार्य करने वाले बल की विशेषता है, जो इसकी सतह के लंबवत है। इस पैरामीटर की गणना करने के लिए, बल की पूरी मात्रा को वस्तु के क्षेत्र से विभाजित करना आवश्यक है। इस बल की इकाई पास्कल होगी।
थर्मोडायनामिक मापदंडों के मामले में, गैस उसके लिए उपलब्ध संपूर्ण मात्रा पर कब्जा कर लेती है, और इसके अलावा, इसे बनाने वाले अणु लगातार बेतरतीब ढंग से चलते हैं और एक दूसरे से और उस बर्तन से टकराते हैं जिसमें वे स्थित हैं. यह वे प्रभाव हैं जो बर्तन की दीवारों पर या गैस में रखे शरीर पर पदार्थ के दबाव को निर्धारित करते हैं। अप्रत्याशित के कारण बल सभी दिशाओं में समान रूप से फैलता हैआणविक आंदोलनों। दबाव बढ़ाने के लिए, आपको सिस्टम का तापमान बढ़ाना होगा, और इसके विपरीत।
आंतरिक ऊर्जा
मुख्य थर्मोडायनामिक पैरामीटर जो सिस्टम के द्रव्यमान पर निर्भर करते हैं, उनमें आंतरिक ऊर्जा शामिल है। इसमें किसी पदार्थ के अणुओं की गति के कारण गतिज ऊर्जा होती है, साथ ही संभावित ऊर्जा जो तब प्रकट होती है जब अणु एक दूसरे के साथ बातचीत करते हैं।
यह पैरामीटर स्पष्ट है। यानी, जब भी सिस्टम वांछित स्थिति में होता है, आंतरिक ऊर्जा का मूल्य स्थिर रहता है, भले ही वह (राज्य) किसी भी तरह से पहुंचा हो।
आंतरिक ऊर्जा को बदलना असंभव है। यह सिस्टम द्वारा दी गई गर्मी और उसके द्वारा उत्पादित कार्य का योग है। कुछ प्रक्रियाओं के लिए, अन्य मापदंडों को ध्यान में रखा जाता है, जैसे तापमान, एन्ट्रापी, दबाव, क्षमता और अणुओं की संख्या।
एंट्रॉपी
ऊष्मप्रवैगिकी का दूसरा नियम कहता है कि एक पृथक प्रणाली की एन्ट्रापी कम नहीं होती है। एक अन्य सूत्रीकरण यह मानता है कि ऊर्जा कम तापमान वाले शरीर से गर्म शरीर में कभी नहीं जाती है। यह, बदले में, एक सतत गति मशीन बनाने की संभावना से इनकार करता है, क्योंकि शरीर को उपलब्ध सभी ऊर्जा को काम में स्थानांतरित करना असंभव है।
19वीं शताब्दी के मध्य में "एन्ट्रॉपी" की अवधारणा को प्रयोग में लाया गया था। तब इसे सिस्टम के तापमान में गर्मी की मात्रा में बदलाव के रूप में माना जाता था। लेकिन यह परिभाषा केवल पर लागू होती हैऐसी प्रक्रियाएं जो लगातार संतुलन में हैं। इससे हम निम्नलिखित निष्कर्ष निकाल सकते हैं: यदि सिस्टम बनाने वाले पिंडों का तापमान शून्य हो जाता है, तो एन्ट्रापी भी शून्य के बराबर होगी।
गैस अवस्था के थर्मोडायनामिक पैरामीटर के रूप में एन्ट्रॉपी का उपयोग कण गति की यादृच्छिकता, यादृच्छिकता के माप के संकेत के रूप में किया जाता है। इसका उपयोग एक निश्चित क्षेत्र और पोत में अणुओं के वितरण को निर्धारित करने के लिए किया जाता है, या किसी पदार्थ के आयनों के बीच बातचीत के विद्युत चुम्बकीय बल की गणना करने के लिए किया जाता है।
एन्थैल्पी
एन्थैल्पी वह ऊर्जा है जिसे निरंतर दबाव पर ऊष्मा (या कार्य) में परिवर्तित किया जा सकता है। यह एक प्रणाली की क्षमता है जो संतुलन में है यदि शोधकर्ता एन्ट्रापी स्तर, अणुओं की संख्या और दबाव जानता है।
यदि एक आदर्श गैस के थर्मोडायनामिक पैरामीटर को इंगित किया जाता है, तो एन्थैल्पी के बजाय, "विस्तारित प्रणाली की ऊर्जा" शब्द का उपयोग किया जाता है। इस मूल्य को अपने आप को समझाना आसान बनाने के लिए, हम गैस से भरे एक बर्तन की कल्पना कर सकते हैं, जो समान रूप से एक पिस्टन द्वारा संकुचित होता है (उदाहरण के लिए, एक आंतरिक दहन इंजन)। इस मामले में, एन्थैल्पी न केवल पदार्थ की आंतरिक ऊर्जा के बराबर होगी, बल्कि उस कार्य के लिए भी होगी जो सिस्टम को आवश्यक स्थिति में लाने के लिए किया जाना चाहिए। इस पैरामीटर को बदलना केवल सिस्टम की प्रारंभिक और अंतिम स्थिति पर निर्भर करता है, और इसे प्राप्त करने का तरीका कोई मायने नहीं रखता।
गिब्स एनर्जी
थर्मोडायनामिक पैरामीटर और प्रक्रियाएं, अधिकांश भाग के लिए, सिस्टम को बनाने वाले पदार्थों की ऊर्जा क्षमता से जुड़े होते हैं। इस प्रकार, गिब्स ऊर्जा प्रणाली की कुल रासायनिक ऊर्जा के बराबर है। यह दर्शाता है कि रासायनिक प्रतिक्रियाओं के दौरान क्या परिवर्तन होंगे और क्या पदार्थ परस्पर क्रिया करेंगे।
प्रतिक्रिया के दौरान सिस्टम की ऊर्जा और तापमान की मात्रा में परिवर्तन, एन्थैल्पी और एन्ट्रॉपी जैसी अवधारणाओं को प्रभावित करता है। इन दो मापदंडों के बीच के अंतर को गिब्स ऊर्जा या आइसोबैरिक-आइसोथर्मल क्षमता कहा जाएगा।
इस ऊर्जा का न्यूनतम मान तब देखा जाता है जब सिस्टम संतुलन में हो, और इसका दबाव, तापमान और पदार्थ की मात्रा अपरिवर्तित रहे।
हेल्महोल्ट्ज़ एनर्जी
हेल्महोल्ट्ज़ ऊर्जा (अन्य स्रोतों के अनुसार - केवल मुक्त ऊर्जा) ऊर्जा की संभावित मात्रा है जो इसमें शामिल नहीं किए गए निकायों के साथ बातचीत करते समय सिस्टम द्वारा खो जाएगी।
हेल्महोल्ट्ज़ मुक्त ऊर्जा की अवधारणा का उपयोग अक्सर यह निर्धारित करने के लिए किया जाता है कि एक प्रणाली कितना अधिकतम कार्य कर सकती है, अर्थात जब पदार्थ एक अवस्था से दूसरी अवस्था में बदलते हैं तो कितनी ऊष्मा निकलती है।
यदि सिस्टम थर्मोडायनामिक संतुलन की स्थिति में है (अर्थात यह कोई काम नहीं करता है), तो मुक्त ऊर्जा का स्तर न्यूनतम होता है। इसका मतलब है कि तापमान जैसे अन्य मापदंडों को बदलना,दबाव, कणों की संख्या भी नहीं होती है।
