थर्मोडायनामिक संतुलन: कक्षाएं और अनुप्रयोग - शारीरिक - 2025

Thermodynamic संतुलन एक अलग प्रणाली की, संतुलन, जिसमें चर है कि यह विशेषताएँ और कहा कि या मापा जा सकता है की गणना नहीं कर परिवर्तन के एक राज्य के रूप में परिभाषित यह देखते हुए कि अपने अलगाव के कारण वहाँ कोई बाहरी ताकतों कि कि राज्य को संशोधित करने के लिए करते हैं कर रहे हैं है। ।

दोनों प्रणालियों और संतुलन के वर्गों पर विचार किया जाना बहुत विविध हैं। एक प्रणाली एक सेल, एक आइस-कोल्ड ड्रिंक, यात्रियों से भरा एक विमान, एक व्यक्ति या मशीनरी का एक टुकड़ा हो सकता है, बस कुछ उदाहरणों को नाम देने के लिए। उन्हें अलग-थलग, बंद या खुला भी किया जा सकता है, यह इस बात पर निर्भर करता है कि वे अपने परिवेश के साथ ऊर्जा और पदार्थ का आदान-प्रदान कर सकते हैं या नहीं।

कॉकटेल के घटक थर्मल संतुलन में हैं। स्रोत: Pexels

एक पृथक प्रणाली पर्यावरण के साथ बातचीत नहीं करती है, कुछ भी प्रवेश नहीं करती है या इसे छोड़ देती है। एक बंद प्रणाली ऊर्जा का आदान-प्रदान कर सकती है लेकिन आसपास के वातावरण के साथ कोई फर्क नहीं पड़ता। अंत में, खुली व्यवस्था पर्यावरण के साथ आदान-प्रदान करने के लिए स्वतंत्र है।

खैर, एक पृथक प्रणाली जिसे लंबे समय तक विकसित करने की अनुमति है, थर्मोनैनामिक संतुलन को सहजता से देता है जिसमें इसके चर अनिश्चित काल तक अपने मूल्य को बनाए रखेंगे। और जब यह एक खुली व्यवस्था है, तो इसका मूल्य पर्यावरण के समान होना चाहिए।

यह तब तक प्राप्त किया जाएगा जब तक कि प्रत्येक विशेष प्रकार द्वारा लगाए गए सभी संतुलन की स्थिति संतुष्ट न हो जाए।

शेष वर्ग

थर्मल संतुलन

एक प्रकार का मौलिक संतुलन थर्मल संतुलन है, जो कई रोज़मर्रा की स्थितियों में मौजूद है, जैसे कि एक गर्म कप कॉफी और चम्मच जिसके साथ चीनी को उभारा जाता है।

इस तरह की प्रणाली अनायास एक निश्चित समय के बाद समान तापमान प्राप्त करने के लिए जाती है, जिसके बाद संतुलन आता है क्योंकि सभी हिस्से समान तापमान पर होते हैं।

जैसा कि होता है, एक तापमान अंतर होता है जो पूरे सिस्टम में हीट एक्सचेंज चलाता है। प्रत्येक प्रणाली में थर्मल संतुलन प्राप्त करने और सभी बिंदुओं पर समान तापमान तक पहुंचने का समय होता है, जिसे विश्राम का समय कहा जाता है।

यांत्रिक संतुलन

जब किसी प्रणाली में सभी बिंदुओं पर दबाव स्थिर होता है, तो यह यांत्रिक संतुलन में होता है।

रासायनिक संतुलन

रासायनिक संतुलन, जिसे कभी-कभी सामग्री संतुलन भी कहा जाता है, तब पहुंच जाता है जब किसी प्रणाली की रासायनिक संरचना समय के साथ अपरिवर्तित रहती है।

सामान्य तौर पर, एक प्रणाली को थर्मोडायनामिक संतुलन में माना जाता है जब यह थर्मल और मैकेनिकल संतुलन में एक साथ होता है।

थर्मोडायनामिक चर और राज्य का समीकरण

एक प्रणाली के थर्मोडायनेमिक संतुलन का विश्लेषण करने के लिए जिन चर का अध्ययन किया जाता है, वे विविध हैं, सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला दबाव, मात्रा, द्रव्यमान और तापमान। अन्य चर में स्थिति, गति और अन्य शामिल हैं जिनका चयन अध्ययन के तहत प्रणाली पर निर्भर करता है।

इस प्रकार, एक बिंदु के निर्देशांक को इंगित करने के रूप में इसके सटीक स्थान को जानना संभव बनाता है, थर्मोडायनामिक चर को असमान रूप से जानना एक प्रणाली की स्थिति को निर्धारित करता है। एक बार प्रणाली संतुलन में होने के बाद, ये चर राज्य के समीकरण के रूप में जाने जाने वाले रिश्ते को संतुष्ट करते हैं।

राज्य का समीकरण थर्मोडायनामिक चर का एक कार्य है जिसका सामान्य रूप है:

जहां पी दबाव है, वी मात्रा है, और टी तापमान है। स्वाभाविक रूप से राज्य के समीकरण को अन्य चर के संदर्भ में व्यक्त किया जा सकता है, लेकिन जैसा कि पहले कहा गया था, ये चर सबसे अधिक थे जिनका उपयोग थर्मोडायनामिक प्रणालियों को चिह्नित करने के लिए किया जाता है।

राज्य के सर्वश्रेष्ठ ज्ञात समीकरणों में से एक आदर्श गैसों PV = nRT है। यहाँ n मोल्स, परमाणुओं या अणुओं की संख्या है और R बोल्ट्जमैन का स्थिरांक है: 1.30 x 10 ^-23 J / K (जूल / केल्विन)।

थर्मोडायनामिक संतुलन और थर्मोडायनामिक्स का शून्य नियम

मान लीजिए कि हमारे पास थर्मामीटर के साथ दो थर्मोडायनामिक सिस्टम ए और बी हैं जिन्हें हम टी कहेंगे, जो कि ए और टी के एक ही तापमान तक पहुंचने के लिए सिस्टम ए के साथ संपर्क में लंबे समय तक रखा जाता है। इस मामले में यह सुनिश्चित किया जा सकता है कि ए और टी थर्मल संतुलन में हैं।

थर्मामीटर की मदद से थर्मोडायनामिक्स के शून्य कानून को सत्यापित किया जाता है। स्रोत: Pexels

उसी प्रक्रिया को सिस्टम B और T के साथ दोहराया जाता है। यदि B का तापमान A के समान है, तो A और B थर्मल संतुलन में हैं। इस परिणाम को शून्य कानून या थर्मोडायनामिक्स के शून्य सिद्धांत के रूप में जाना जाता है, जिसे औपचारिक रूप से निम्नानुसार बताया गया है:

और इस सिद्धांत से निम्नलिखित निष्कर्ष निकाला गया है:

इसलिए, थर्मल संपर्क में दो शरीर जो एक ही तापमान पर नहीं हैं, उन्हें थर्मोडायनामिक संतुलन में नहीं माना जा सकता है।

एन्ट्रॉपी और थर्मोडायनामिक संतुलन

थर्मल संतुलन हासिल करने के लिए एक प्रणाली क्या ड्राइव करती है, यह एक विकार है जो इंगित करता है कि संतुलन के लिए सिस्टम कितना करीब है, इसके विकार की स्थिति का संकेत है। अधिक विकार, जितना अधिक एन्ट्रापी होता है, बस विपरीत होता है अगर एक प्रणाली बहुत आदेश दी जाती है, तो इस मामले में एन्ट्रापी कम हो जाती है।

थर्मल संतुलन की स्थिति ठीक से अधिकतम एन्ट्रॉपी की स्थिति है, जिसका अर्थ है कि कोई भी पृथक प्रणाली अनायास अधिक से अधिक विकार की स्थिति में जाती है।

अब, सिस्टम में तापीय ऊर्जा का हस्तांतरण इसकी एन्ट्रापी में परिवर्तन से नियंत्रित होता है। S को एन्ट्रापी मान लें और हमें ग्रीक अक्षर "डेल्टा" के साथ निरूपित करें जिसमें परिवर्तन है: ropS। प्रारंभिक अवस्था से सिस्टम को अंतिम अवस्था तक ले जाने वाले परिवर्तन को इस प्रकार परिभाषित किया गया है:

यह समीकरण केवल प्रतिवर्ती प्रक्रियाओं के लिए मान्य है। प्रक्रिया जिसमें सिस्टम पूरी तरह से अपनी प्रारंभिक स्थितियों में लौट सकता है और रास्ते में प्रत्येक बिंदु पर थर्मोडायनामिक संतुलन में है।

बढ़ती एंट्रोपी के साथ सिस्टम के उदाहरण

- एक गर्म शरीर से एक ठंडा एक तक गर्मी के हस्तांतरण में, एन्ट्रापी बढ़ जाती है जब तक कि दोनों का तापमान समान नहीं होता है, जिसके बाद सिस्टम अलग-थलग होने पर इसका मूल्य स्थिर रहता है।

- बढ़ती एन्ट्रापी का एक अन्य उदाहरण पानी में सोडियम क्लोराइड का विघटन है, जब तक कि नमक पूरी तरह से भंग नहीं हो जाता है।

- एक ठोस में जो पिघलता है, एन्ट्रॉपी भी बढ़ रही है, क्योंकि अणुओं को अधिक व्यवस्थित स्थिति से स्थानांतरित किया जा रहा है, जो एक ठोस है, तरल के रूप में अधिक अव्यवस्थित है।

- कुछ प्रकार के सहज रेडियोधर्मी क्षय में, जिसके परिणामस्वरूप कणों की संख्या बढ़ जाती है और इसके साथ प्रणाली का एन्ट्रॉपी होता है। दूसरे ऐसे क्षय में, जिनमें कण का विनाश होता है, द्रव्यमान से गतिज ऊर्जा में परिवर्तन होता है जो अंततः गर्मी को नष्ट कर देता है, और एन्ट्रापी भी बढ़ जाती है।

इस तरह के उदाहरण इस तथ्य को उजागर करते हैं कि थर्मोडायनामिक संतुलन सापेक्ष है: एक प्रणाली स्थानीय रूप से थर्मोडायनामिक संतुलन में हो सकती है, उदाहरण के लिए यदि कॉफी + चम्मच प्रणाली का कप माना जाता है।

हालांकि, कॉफी कप + चम्मच + पर्यावरण प्रणाली थर्मल संतुलन में नहीं हो सकती है जब तक कि कॉफी पूरी तरह से ठंडा न हो जाए।

संदर्भ

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