ऊष्मप्रवैगिकी भौतिकी की एक महत्वपूर्ण शाखा है जो संतुलन में थर्मोडायनामिक प्रणालियों का अध्ययन और उनका वर्णन करती है। थर्मोडायनामिक्स के समीकरणों का उपयोग करके कुछ प्रारंभिक अवस्था से अंतिम अवस्था में संक्रमण का वर्णन करने में सक्षम होने के लिए, एक अर्ध-स्थैतिक प्रक्रिया का अनुमान लगाना आवश्यक है। यह सन्निकटन क्या है, और ये प्रक्रियाएँ किस प्रकार की हैं, हम इस लेख में विचार करेंगे।
अर्ध-स्थिर प्रक्रिया का क्या अर्थ है?
जैसा कि आप जानते हैं, सिस्टम की स्थिति का वर्णन करने के लिए थर्मोडायनामिक्स मैक्रोस्कोपिक विशेषताओं के एक सेट का उपयोग करता है जिसे प्रयोगात्मक रूप से मापा जा सकता है। इनमें दबाव P, आयतन V, और पूर्ण तापमान T शामिल हैं। यदि किसी निश्चित समय पर अध्ययन के तहत सिस्टम के लिए तीनों मात्राएं ज्ञात हैं, तो वे कहते हैं कि इसकी स्थिति निर्धारित की गई है।
अर्ध-स्थिर प्रक्रिया की अवधारणा का तात्पर्य दो राज्यों के बीच संक्रमण से है। इस संक्रमण के दौरान,स्वाभाविक रूप से, सिस्टम की थर्मोडायनामिक विशेषताओं में परिवर्तन होता है। यदि उस समय के प्रत्येक क्षण में, जिसके दौरान संक्रमण जारी रहता है, T, P और V प्रणाली के लिए जाने जाते हैं, और यह अपनी संतुलन अवस्था से दूर नहीं है, तो हम कहते हैं कि एक अर्ध-स्थिर प्रक्रिया होती है। दूसरे शब्दों में, यह प्रक्रिया संतुलन राज्यों के एक समूह के बीच एक क्रमिक संक्रमण है। वह मानता है कि प्रणाली पर बाहरी प्रभाव नगण्य है ताकि उसके पास जल्दी से संतुलन में आने का समय हो।
वास्तविक प्रक्रियाएं अर्ध-स्थिर नहीं हैं, इसलिए विचाराधीन अवधारणा को आदर्श बनाया जाएगा। उदाहरण के लिए, जब किसी गैस का विस्तार या संपीड़ित किया जाता है, तो उसमें अशांत परिवर्तन और तरंग प्रक्रियाएं होती हैं, जिनके क्षीणन के लिए कुछ समय की आवश्यकता होती है। फिर भी, कई व्यावहारिक मामलों में, गैसों के लिए जिनमें कण उच्च गति से चलते हैं, संतुलन जल्दी से सेट हो जाता है, इसलिए उनमें राज्यों के बीच विभिन्न संक्रमणों को उच्च सटीकता के साथ अर्ध-स्थैतिक माना जा सकता है।
राज्य का समीकरण और गैसों में प्रक्रियाओं के प्रकार
गैस ऊष्मप्रवैगिकी में अध्ययन के लिए पदार्थ की एक सुविधाजनक समग्र अवस्था है। यह इस तथ्य के कारण है कि इसके विवरण के लिए एक सरल समीकरण है जो उपरोक्त तीनों थर्मोडायनामिक मात्राओं से संबंधित है। इस समीकरण को क्लैपेरॉन-मेंडेलीव नियम कहा जाता है। यह इस तरह दिखता है:
पीवी=एनआरटी
इस समीकरण का उपयोग करते हुए, सभी प्रकार की आइसोप्रोसेस और रुद्धोष्म संक्रमण औरसमद्विबाहु, समतापी, समस्थानिक और रूद्धोष्म के आलेखों का निर्माण किया जाता है। समानता में, n निकाय में पदार्थ की मात्रा है, R सभी गैसों के लिए एक स्थिरांक है। नीचे हम सभी विख्यात प्रकार की अर्ध-स्थिर प्रक्रियाओं पर विचार करते हैं।
समतापी संक्रमण
इसका पहली बार 17वीं शताब्दी के अंत में विभिन्न गैसों का उदाहरण के रूप में अध्ययन किया गया था। इसी प्रयोग रॉबर्ट बॉयल और एडम मारियोट द्वारा किए गए थे। वैज्ञानिक निम्नलिखित परिणाम लेकर आए:
PV=const जब T=const
यदि आप सिस्टम में दबाव बढ़ाते हैं, तो इस वृद्धि के अनुपात में इसकी मात्रा घट जाएगी, यदि सिस्टम एक स्थिर तापमान बनाए रखता है। इस नियम को स्वयं राज्य के समीकरण से निकालना आसान है।
ग्राफ पर इज़ोटेर्म एक अतिपरवलय है जो P और V अक्षों तक पहुंचता है।
आइसोबैरिक और आइसोकोरिक संक्रमण
आइसोबैरिक (निरंतर दबाव पर) और आइसोकोरिक (स्थिर आयतन पर) गैसों में संक्रमण का अध्ययन 19वीं शताब्दी की शुरुआत में किया गया था। उनके अध्ययन और प्रासंगिक कानूनों की खोज में महान योग्यता फ्रांसीसी जैक्स चार्ल्स और गे-लुसाक की है। दोनों प्रक्रियाओं को गणितीय रूप से निम्नानुसार दर्शाया गया है:
V/T=const जब P=const;
पी/टी=स्थिरांक जब वी=स्थिरांक
दोनों भाव राज्य के समीकरण से अनुसरण करते हैं यदि हम संबंधित पैरामीटर स्थिरांक सेट करते हैं।
हमने इन बदलावों को लेख के एक पैराग्राफ के तहत जोड़ दिया है क्योंकि उनका एक ही चित्रमय प्रतिनिधित्व है। इज़ोटेर्म के विपरीत, आइसोबार और आइसोकोर सीधी रेखाएं हैं जोक्रमशः आयतन और तापमान और दबाव और तापमान के बीच प्रत्यक्ष आनुपातिकता दिखाते हैं।
रुद्धोष्म प्रक्रिया
यह वर्णित आइसोप्रोसेसेस से अलग है कि यह पर्यावरण से पूर्ण थर्मल अलगाव में आगे बढ़ता है। रुद्धोष्म संक्रमण के परिणामस्वरूप, गैस पर्यावरण के साथ ऊष्मा विनिमय के बिना फैलती या सिकुड़ती है। इस मामले में, इसकी आंतरिक ऊर्जा में एक समान परिवर्तन होता है, जो है:
डीयू=- पीडीवी
एक रुद्धोष्म अर्ध-स्थिर प्रक्रिया का वर्णन करने के लिए, दो मात्राओं को जानना महत्वपूर्ण है: समदाब रेखीय CP और समद्विबाहु CVताप क्षमता। मान CP बताता है कि सिस्टम को कितनी गर्मी प्रदान की जानी चाहिए ताकि यह आइसोबैरिक विस्तार के दौरान अपना तापमान 1 K बढ़ा दे। मान CV का अर्थ वही है, केवल निरंतर वॉल्यूम हीटिंग के लिए।
एक आदर्श गैस के लिए इस प्रक्रिया के समीकरण को पॉइसन समीकरण कहा जाता है। यह पैरामीटर पी और वी में निम्नानुसार लिखा गया है:
पीवीγ=कास्ट
यहाँ पैरामीटर को रुद्धोष्म घातांक कहा जाता है। यह CP और CV के अनुपात के बराबर है। एक परमाणु गैस के लिए γ=1.67, एक द्विपरमाणुक गैस के लिए - 1.4, यदि गैस अधिक जटिल अणुओं द्वारा बनाई जाती है, तो γ=1.33.
चूंकि रुद्धोष्म प्रक्रिया पूरी तरह से अपने स्वयं के आंतरिक ऊर्जा संसाधनों के कारण होती है, पी-वी अक्षों में रुद्धोष्म ग्राफ समतापी ग्राफ की तुलना में अधिक तीव्र व्यवहार करता है(अतिशयोक्ति)।
