थर्मोडायनामिक प्रक्रियाएं: प्रकार और उदाहरण - रसायन विज्ञान - 2025

Thermodynamic प्रक्रियाओं शारीरिक या रासायनिक गर्मी प्रवाह (ऊर्जा) या एक प्रणाली और उसके आसपास के बीच काम शामिल घटनाएं हैं। जब गर्मी के बारे में बात करते हैं, तो आग की छवि तर्कसंगत रूप से ध्यान में आती है, जो कि एक ऐसी प्रक्रिया की सर्वोत्कृष्ट अभिव्यक्ति है जो बहुत सारी तापीय ऊर्जा को छोड़ती है।

प्रणाली मैक्रोस्कोपिक (एक ट्रेन, एक रॉकेट, एक ज्वालामुखी) और सूक्ष्म (परमाणु, बैक्टीरिया, अणु, क्वांटम डॉट्स, आदि) दोनों हो सकती है। इसे गर्मी या उस काम पर विचार करने के लिए बाकी ब्रह्मांड से अलग किया जाता है जो इसमें प्रवेश करता है या छोड़ता है।

हालांकि, न केवल गर्मी प्रवाह मौजूद है, लेकिन सिस्टम भी माना वातावरण में एक प्रतिक्रिया के रूप में अपने वातावरण में कुछ चर में परिवर्तन उत्पन्न कर सकते हैं। थर्मोडायनामिक कानूनों के अनुसार, प्रतिक्रिया और गर्मी के बीच एक व्यापार-बंद होना चाहिए ताकि पदार्थ और ऊर्जा हमेशा संरक्षित रहें।

ऊपर मैक्रोस्कोपिक और माइक्रोस्कोपिक सिस्टम के लिए मान्य है। पहले और आखिरी के बीच का अंतर वे चर हैं जो उनकी ऊर्जा अवस्थाओं को परिभाषित करने के लिए माने जाते हैं (संक्षेप में, प्रारंभिक और अंतिम)।

हालांकि, थर्मोडायनेमिक मॉडल सिस्टम के दबाव, मात्रा और तापमान जैसे चर को नियंत्रित करके दोनों दुनिया को जोड़ना चाहते हैं, इनमें से कुछ को दूसरों के प्रभाव का अध्ययन करने के लिए स्थिर रखते हैं।

इस सन्निकटन की अनुमति देने वाला पहला मॉडल आदर्श गैसों (PV = nRT) का है, जहाँ n मोल्स की संख्या है, जो कि V द्वारा विभाजित होने पर मोलर वॉल्यूम देता है।

फिर, इन चरों के एक कार्य के रूप में सिस्टम-अराउंड के बीच के परिवर्तनों को व्यक्त करते हुए, अन्य को कार्य (पीवी = डब्ल्यू), मशीनों और औद्योगिक प्रक्रियाओं के लिए आवश्यक जैसे परिभाषित किया जा सकता है।

दूसरी ओर, रासायनिक घटनाओं के लिए, अन्य प्रकार के थर्मोडायनामिक चर अधिक रुचि रखते हैं। ये सीधे ऊर्जा के रिलीज या अवशोषण से संबंधित हैं, और अणुओं की आंतरिक प्रकृति पर निर्भर करते हैं: गठन और प्रकार के बंधन।

थर्मोडायनामिक प्रक्रियाओं में सिस्टम और घटनाएं

ऊपरी छवि में तीन प्रकार की प्रणालियों का प्रतिनिधित्व किया जाता है: बंद, खुला और एडियाबेटिक।

बंद प्रणाली में इसके और इसके आस-पास के बीच कोई हस्तांतरण नहीं होता है, जिससे कोई भी पदार्थ प्रवेश या छोड़ नहीं सकता है; हालाँकि, ऊर्जा बॉक्स की सीमाओं को पार कर सकती है। दूसरे शब्दों में: घटना F ऊर्जा को छोड़ या अवशोषित कर सकता है, इस प्रकार जो बॉक्स से परे है उसे संशोधित कर सकता है।

दूसरी ओर, खुले सिस्टम में सिस्टम के क्षितिज में अपनी बिंदीदार रेखाएं होती हैं, जिसका मतलब है कि ऊर्जा और पदार्थ दोनों इसके और आसपास के बीच आ सकते हैं।

अंत में, एक अलग प्रणाली में पदार्थ और उसके और आसपास के बीच ऊर्जा का आदान-प्रदान शून्य है; इस कारण से, छवि में तीसरा बॉक्स एक बुलबुले में संलग्न है। यह स्पष्ट करना आवश्यक है कि परिवेश ब्रह्मांड का बाकी हिस्सा हो सकता है, और यह अध्ययन वह है जो सिस्टम के दायरे पर विचार करने के लिए कितनी दूर परिभाषित करता है।

भौतिक और रासायनिक घटनाएं

क्या विशेष रूप से घटना एफ है? F अक्षर से संकेतित और एक पीले वृत्त के भीतर, घटना एक परिवर्तन है जो जगह लेता है और पदार्थ का भौतिक संशोधन, या इसका परिवर्तन हो सकता है।

अंतर क्या है? संक्षिप्त रूप से: पहला नया लिंक नहीं तोड़ता या बनाता नहीं है, जबकि दूसरा करता है।

इस प्रकार, एक थर्मोडायनामिक प्रक्रिया पर विचार किया जा सकता है कि क्या घटना भौतिक या रासायनिक है। हालांकि, दोनों में कुछ आणविक या परमाणु संपत्ति में आम बदलाव है।

शारीरिक घटनाओं के उदाहरण

मटके में पानी गर्म करने से इसके अणुओं के बीच टकराव में वृद्धि होती है, उस बिंदु तक जहां इसके वाष्प का दबाव वायुमंडलीय दबाव के बराबर होता है, और फिर तरल से गैस में चरण परिवर्तन होता है। दूसरे शब्दों में: पानी वाष्पित हो जाता है।

यहां पानी के अणु उनके किसी भी बंधन को नहीं तोड़ रहे हैं, लेकिन वे ऊर्जावान परिवर्तनों से गुजर रहे हैं; या जो समान है, पानी की आंतरिक ऊर्जा यू को संशोधित किया जाता है।

इस मामले के लिए थर्मोडायनामिक चर क्या हैं? वायुमंडलीय दबाव पी _{पूर्व}, खाना पकाने गैस के दहन का तापमान उत्पाद और पानी की मात्रा।

वायुमंडलीय दबाव स्थिर है, लेकिन पानी का तापमान नहीं है, क्योंकि यह गर्म होता है; न ही आयतन, क्योंकि इसके अणु अंतरिक्ष में विस्तार करते हैं। यह एक आइसोबैरिक प्रक्रिया के भीतर एक शारीरिक घटना का एक उदाहरण है; वह है, निरंतर दबाव पर एक थर्मोडायनामिक प्रणाली।

यदि आप प्रेशर कुकर में कुछ फलियों के साथ पानी डालते हैं तो क्या होगा? इस मामले में, मात्रा स्थिर रहती है (जब तक कि बीन्स पकने पर दबाव जारी नहीं होता है), लेकिन दबाव और तापमान बदल जाता है।

ऐसा इसलिए है क्योंकि उत्पादित गैस बच नहीं सकती और बर्तन की दीवारों और तरल की सतह से उछल जाती है। हम फिर एक और शारीरिक घटना के बारे में बोलते हैं लेकिन एक इज़ोकोरिक प्रक्रिया के भीतर।

रासायनिक घटना के उदाहरण हैं

यह उल्लेख किया गया था कि आणविक या परमाणु संरचना जैसे सूक्ष्म कारकों में निहित थर्मोडायनामिक चर हैं। ये चर क्या हैं? एंथेल्पी (एच), एन्ट्रॉपी (एस), आंतरिक ऊर्जा (यू), और गिब्स मुक्त ऊर्जा (एस)।

चयनित गणितीय मॉडल (आमतौर पर आदर्श गैसों) के अनुसार पदार्थ के इन आंतरिक चर को मैक्रोस्कोपिक थर्मोडायनामिक चर (पी, टी और वी) के संदर्भ में परिभाषित और व्यक्त किया जाता है। इस थर्मोडायनामिक अध्ययन के लिए धन्यवाद रासायनिक घटनाओं पर किया जा सकता है।

उदाहरण के लिए, आप ए + बी => सी प्रकार की रासायनिक प्रतिक्रिया का अध्ययन करना चाहते हैं, लेकिन प्रतिक्रिया केवल 70 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर होती है। इसके अलावा, सी के उत्पादन के बजाय 100,C से ऊपर के तापमान पर, डी।

इन शर्तों के तहत, रिएक्टर (विधानसभा जहां प्रतिक्रिया होती है) को 70 डिग्री सेल्सियस के आसपास एक निरंतर तापमान की गारंटी देनी चाहिए, इसलिए प्रक्रिया इज़ोटेर्माल है।

थर्मोडायनामिक प्रक्रियाओं के प्रकार और उदाहरण

एडियाबेटिक प्रक्रियाएं

वे वे हैं जिनमें सिस्टम और उसके आस-पास कोई शुद्ध अंतरण नहीं है। लंबी अवधि में यह एक अलग प्रणाली (बुलबुले के अंदर बॉक्स) द्वारा गारंटी दी जाती है।

उदाहरण

इसका एक उदाहरण कैलोरीमीटर है, जो रासायनिक प्रतिक्रिया (दहन, विघटन, ऑक्सीकरण, आदि) से जारी या अवशोषित गर्मी की मात्रा निर्धारित करता है।

भौतिक घटनाओं के भीतर पिस्टन पर दबाव डाले जाने के कारण गर्म गैस द्वारा उत्पन्न गति होती है। इसी तरह, जब एक वायु धारा एक स्थलीय सतह पर दबाव डालती है, तो इसका तापमान बढ़ जाता है क्योंकि यह विस्तार करने के लिए मजबूर होता है।

दूसरी ओर, यदि दूसरी सतह गैसीय है और इसका घनत्व कम है, तो उच्च दबाव महसूस होने पर इसका तापमान घट जाएगा, जिससे इसके कण संघनित हो जाएंगे।

एडियाबेटिक प्रक्रिया कई औद्योगिक प्रक्रियाओं के लिए आदर्श होती है, जहां कम गर्मी का नुकसान कम प्रदर्शन का मतलब है जो लागत में परिलक्षित होता है। इस तरह से विचार करने के लिए, गर्मी का प्रवाह शून्य होना चाहिए या सिस्टम में प्रवेश करने वाली गर्मी की मात्रा सिस्टम में प्रवेश करने के बराबर होनी चाहिए।

इज़ोटेर्मल प्रक्रियाएं

इज़ोटेर्मल प्रक्रियाएं वे सभी हैं जिनमें सिस्टम का तापमान स्थिर रहता है। यह काम करके ऐसा करता है, ताकि समय के साथ अन्य चर (पी और वी) अलग-अलग हों।

उदाहरण

इस प्रकार की थर्मोडायनामिक प्रक्रिया के उदाहरण असंख्य हैं। संक्षेप में, कोशिका की अधिकांश गतिविधि निरंतर तापमान (कोशिका झिल्ली पर आयनों और पानी के आदान-प्रदान) में होती है। रासायनिक प्रतिक्रियाओं के भीतर, थर्मल संतुलन स्थापित करने वाले सभी को इज़ोटेर्माल प्रक्रिया माना जाता है।

मानव चयापचय रासायनिक प्रतिक्रियाओं की एक विस्तृत श्रृंखला के माध्यम से एक निरंतर शरीर का तापमान (लगभग 37)C) बनाए रखने का प्रबंधन करता है। यह भोजन से प्राप्त ऊर्जा के लिए धन्यवाद प्राप्त किया जाता है।

चरण परिवर्तन भी इज़ोटेर्मल प्रक्रियाएं हैं। उदाहरण के लिए, जब एक तरल जमा होता है, तो यह गर्मी को छोड़ देता है, जिससे तापमान को कम होने से रोका जा सकता है जब तक कि यह पूरी तरह से ठोस चरण में न हो। एक बार ऐसा होने के बाद, तापमान में कमी जारी रह सकती है, क्योंकि ठोस अब ऊर्जा जारी नहीं करता है।

उन प्रणालियों में जो आदर्श गैसों को शामिल करते हैं, आंतरिक ऊर्जा यू में परिवर्तन शून्य है, इसलिए सभी गर्मी का उपयोग काम करने के लिए किया जाता है।

आइसोबैरिक प्रक्रियाएं

इन प्रक्रियाओं में सिस्टम में दबाव स्थिर रहता है, इसकी मात्रा और तापमान अलग-अलग होते हैं। सामान्य तौर पर, वे वातावरण के लिए खुली प्रणालियों में हो सकते हैं, या बंद प्रणालियों में जिनकी सीमाओं को मात्रा में वृद्धि से विकृत किया जा सकता है, एक तरह से दबाव में वृद्धि का प्रतिकार करता है।

उदाहरण

इंजनों के अंदर सिलेंडर में, जब गैस गरम होती है, तो यह पिस्टन को धकेलता है, जिससे सिस्टम का आयतन बदल जाता है।

यदि ऐसा नहीं होता, तो दबाव बढ़ जाता, क्योंकि सिस्टम में सिलेंडर की दीवारों पर गैसीय प्रजातियों के टकराव को कम करने का कोई तरीका नहीं है।

Isochoric प्रक्रियाओं

समस्थानिक प्रक्रियाओं में आयतन स्थिर रहता है। इसे उन लोगों के रूप में भी माना जा सकता है जिनमें सिस्टम कोई काम नहीं करता है (W = 0)।

मूल रूप से, वे भौतिक या रासायनिक घटनाएं हैं जो किसी भी कंटेनर के अंदर अध्ययन की जाती हैं, चाहे वह आंदोलन के साथ हो या नहीं।

उदाहरण

इन प्रक्रियाओं के उदाहरण हैं- भोजन पकाना, कॉफी तैयार करना, आइसक्रीम की बोतल का ठंडा होना, चीनी का क्रिस्टलीकरण, खराब घुलनशील अवक्षेपण का विघटन, आयन एक्सचेंज क्रोमैटोग्राफी, अन्य।

संदर्भ

1. जोन्स, एंड्रयू ज़िमरमैन। (2016, 17 सितंबर)। एक थर्मोडायनामिक प्रक्रिया क्या है? से लिया: सोचाco.com
2. जे। विल्केस। (2014)। थर्मोडायनामिक प्रक्रियाएं। । से लिया गया: courses.washington.edu
3. अध्ययन (9 अगस्त, 2016)। थर्मोडायनामिक प्रक्रियाएँ: आइसोबैरिक, इओस्चोरिक, इज़ोथर्मल और एडियाबेटिक। से लिया गया: study.com
4. केविन वंद्रेई। (2018)। ऊष्मप्रवैगिकी के पहले और दूसरे कानूनों के कुछ हर दिन के उदाहरण क्या हैं? हर्स्ट सिएटल मीडिया, एलएलसी। से लिया गया: education.seattlepi.com
5. लैम्बर्ट। (2006)। उष्मागतिकी का दूसरा नियम। से लिया गया: entropysite.oxy.edu
6. 15 ऊष्मप्रवैगिकी। । से लिया गया: wright.edu