थर्मोडायनामिक चर: वे क्या हैं और हल किए गए अभ्यास हैं - शारीरिक - 2025

Thermodynamic चर या राज्य चर उन स्थूल एक ऊष्मागतिक निकाय, सबसे परिचित दबाव, मात्रा, तापमान और बड़े पैमाने पर की विशेषताओं मात्रा है। वे कई इनपुट और आउटपुट के साथ सिस्टम का वर्णन करने में बहुत उपयोगी हैं। कई समान रूप से महत्वपूर्ण राज्य चर हैं, इसके अलावा जो पहले से ही उल्लेख किया गया है। किया गया चयन प्रणाली और इसकी जटिलता पर निर्भर करता है।

यात्रियों या कार से भरे हवाई जहाज को सिस्टम और उनके चर के रूप में माना जा सकता है, जिसमें द्रव्यमान और तापमान के अलावा, ईंधन की मात्रा, भौगोलिक स्थिति, गति, त्वरण और निश्चित रूप से कई और अधिक शामिल हैं।

चित्र 1. एक हवाई जहाज को थर्मोडायनामिक प्रणाली के रूप में अध्ययन किया जा सकता है। स्रोत: पिक्साबे

यदि इतने सारे चर को परिभाषित किया जा सकता है, तो एक चर को राज्य कब माना जाता है? वे जिनमें प्रक्रिया जिसके द्वारा चर अपना मान प्राप्त करता है, कोई फर्क नहीं पड़ता।

दूसरी ओर, जब परिवर्तन की प्रकृति चर के अंतिम मूल्य को प्रभावित करती है, तो इसे अब राज्य चर के रूप में नहीं माना जाता है। इनमें से महत्वपूर्ण उदाहरण काम और गर्मी हैं।

राज्य चर के ज्ञान शारीरिक रूप से एक निश्चित समय टी में प्रणाली का वर्णन करने के लिए अनुमति देता है _ओ । अनुभव के लिए धन्यवाद, गणितीय मॉडल बनाए जाते हैं जो समय के साथ उनके विकास का वर्णन करते हैं और समय पर राज्य की भविष्यवाणी करते हैं t> t _o ।

गहन, व्यापक और विशिष्ट चर

गैस के मामले में, जो कि थर्मोडायनामिक्स में अक्सर अध्ययन की जाने वाली प्रणाली है, द्रव्यमान किसी भी प्रणाली के मुख्य राज्य और मूलभूत चर में से एक है। यह उस पदार्थ की मात्रा से संबंधित है जिसमें यह शामिल है। इंटरनेशनल सिस्टम में इसे किलो में मापा जाता है।

द्रव्यमान एक प्रणाली में बहुत महत्वपूर्ण है और थर्मोडायनामिक गुणों को इस पर निर्भर करता है कि वे इस पर निर्भर हैं या नहीं:

गहन: वे द्रव्यमान और आकार से स्वतंत्र होते हैं, उदाहरण के लिए तापमान, दबाव, चिपचिपापन और सामान्य तौर पर वे जो एक प्रणाली को दूसरे से अलग करते हैं।

-Extensive: वे जो सिस्टम के आकार और उसके द्रव्यमान के साथ भिन्न होते हैं, जैसे कि वजन, लंबाई और मात्रा।

-विशिष्ट: द्रव्यमान की प्रति यूनिट व्यापक गुण व्यक्त करके प्राप्त किया। उनमें से विशिष्ट गुरुत्व और विशिष्ट मात्रा हैं।

चर के प्रकारों के बीच अंतर करने के लिए, सिस्टम को दो समान भागों में विभाजित करने की कल्पना करें: यदि परिमाण प्रत्येक में समान रहता है, तो यह एक गहन चर है। यदि यह नहीं है, तो इसका मूल्य आधे में कट जाता है।

-प्रेस, वॉल्यूम और तापमान

आयतन

यह सिस्टम द्वारा कब्जा कर लिया गया स्थान है। इंटरनेशनल सिस्टम में वॉल्यूम की इकाई क्यूबिक मीटर: एम ^{3 है} । अन्य व्यापक रूप से इस्तेमाल की जाने वाली इकाइयों में क्यूबिक इंच, क्यूबिक फीट और लीटर शामिल हैं।

दबाव

यह शरीर और उसके क्षेत्र पर लागू बल के लंबवत घटक के बीच भागफल द्वारा दिया जाने वाला एक अदिश परिमाण है। इंटरनेशनल सिस्टम में दबाव की इकाई न्यूटन / एम ² या पास्कल (पा) है।

पास्कल के अलावा, दबाव में कई इकाइयां हैं जो क्षेत्र के अनुसार उपयोग की जाती हैं। इनमें साई, वायुमंडल (एटम), बार और पारा के मिलीमीटर (एमएमएचजी) शामिल हैं।

तापमान

सूक्ष्म स्तर पर इसकी व्याख्या में, तापमान अणुओं की गतिज ऊर्जा का माप है जो अध्ययन के तहत गैस बनाते हैं। और मैक्रोस्कोपिक स्तर पर यह संपर्क में दो प्रणालियों को डालते समय गर्मी के प्रवाह की दिशा को इंगित करता है।

अंतर्राष्ट्रीय प्रणाली में तापमान इकाई केल्विन (K) है और वहां सेल्सियस ()C) और फारेनहाइट (heF) तराजू भी हैं।

हल किया अभ्यास

इस खंड में, सिस्टम के किसी विशेष स्थिति में होने पर चर के मूल्यों को प्राप्त करने के लिए समीकरणों का उपयोग किया जाएगा। यह राज्य के समीकरणों के बारे में है।

राज्य का एक समीकरण एक गणितीय मॉडल है जो राज्य के चर का उपयोग करता है और सिस्टम के व्यवहार को मॉडल करता है। एक आदर्श गैस को अध्ययन के उद्देश्य के रूप में प्रस्तावित किया जाता है, जिसमें अणुओं का एक सेट होता है जो स्वतंत्र रूप से चलने में सक्षम होते हैं लेकिन एक दूसरे के साथ बातचीत किए बिना।

आदर्श गैसों के लिए राज्य का प्रस्तावित समीकरण है:

जहां पी दबाव है, वी मात्रा है, एन अणुओं की संख्या है, और के बोल्ट्जमान स्थिरांक है।

-अभ्यास 1

आपने अपनी कार के टायरों को निर्माता के 3.21 × 10 ⁵ Pa के अनुशंसित दबाव में फुलाया, उस स्थान पर जहाँ तापमान -5.00 ° C था, लेकिन अब आप समुद्र तट पर जाना चाहते हैं, जहाँ यह 28 ° C है। तापमान में वृद्धि के साथ, एक टायर की मात्रा में 3% की वृद्धि हुई है।

चित्रा 2. जब तापमान -5ºC से बढ़कर 28,C हो जाता है, तो टायर में हवा फैल जाती है और अगर कोई नुकसान नहीं होता है। दबाव बढ़ जाता है। स्रोत: पिक्साबे

टायर में अंतिम दबाव ढूंढें और इंगित करें कि क्या यह निर्माता द्वारा दी गई सहनशीलता से अधिक है, जो अनुशंसित दबाव के 10% से अधिक नहीं है।

उपाय

आदर्श गैस मॉडल उपलब्ध है, इसलिए दिए गए समीकरण का पालन करने के लिए टायरों में हवा को ग्रहण किया जाएगा। यह भी मान लिया जाएगा कि टायरों में कोई हवा का रिसाव नहीं है, इसलिए मोल्स की संख्या स्थिर है:

अंतिम वॉल्यूम में 3% की वृद्धि की स्थिति शामिल है:

ज्ञात डेटा को प्रतिस्थापित किया जाता है और अंतिम दबाव को साफ किया जाता है। महत्वपूर्ण: तापमान केल्विन में व्यक्त किया जाना चाहिए: टी (के) = टी (डिग्री सेल्सियस) + 273.15

निर्माता ने संकेत दिया है कि सहनशीलता 10% है, इसलिए दबाव का अधिकतम मूल्य है:

आप सुरक्षित रूप से समुद्र तट की यात्रा कर सकते हैं, कम से कम जहां तक ​​टायर का संबंध है, क्योंकि आपने स्थापित दबाव की सीमा को पार नहीं किया है।

व्यायाम २

एक आदर्श गैस में 27 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर 30 लीटर की मात्रा और 2 एटीएम का दबाव होता है। दबाव को स्थिर रखते हुए, तापमान -13 findC पास होने पर इसकी मात्रा ज्ञात करें।

उपाय

यह एक निरंतर दबाव प्रक्रिया (आइसोबैरिक प्रक्रिया) है। ऐसे मामले में राज्य का आदर्श गैस समीकरण सरल हो जाता है:

इस परिणाम को चार्ल्स के नियम के रूप में जाना जाता है। उपलब्ध डेटा हैं:

के लिए समाधान और प्रतिस्थापन:

संदर्भ

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