ऊष्मागतिक तंत्र

एक ऊष्मप्रवैगिकी निकाय पदार्थ और/या विकिरण का एक पिंड है, जो परिभाषित पारगम्यताओं के साथ दीवारों द्वारा अंतरिक्ष में सीमित है, जो इसे अपने परिवेश से अलग करती है। परिवेश में अन्य ऊष्मप्रवैगिकी निकाय, या भौतिक निकाय शामिल हो सकते हैं जो ऊष्मप्रवैगिकी निकाय नहीं हैं। ऊष्मप्रवैगिकी निकाय की एक दीवार विशुद्ध रूप से काल्पनिक हो सकती है, जब इसे सभी पदार्थों, सभी विकिरणों और सभी बलों के लिए 'पारगम्य' के रूप में वर्णित किया जाता है। ऊष्मप्रवैगिकी अवस्था चर के कई अलग-अलग सेटों द्वारा ऊष्मप्रवैगिकी निकाय की एक स्थिति को कई अलग-अलग तरीकों से पूरी तरह से वर्णित किया जा सकता है।

विलगित, बंद और खुले ऊष्मप्रवैगिकी निकायों के बीच एक व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला अंतर है।

एक विलगित ऊष्मप्रवैगिकी निकाय में ऐसी दीवारें होती हैं जो गर्मी के गैर-प्रवाहकीय होती हैं और सभी विकिरणों को पूरी तरह से प्रतिबिंबित करती हैं, जो कठोर और अचल होती हैं, और जो सभी प्रकार के पदार्थों और सभी बलों के लिए अभेद्य होती हैं। (कुछ लेखक 'बंद' शब्द का प्रयोग तब करते हैं जब यहाँ 'विलगित' शब्द का प्रयोग किया जा रहा हो।)

एक बंद ऊष्मप्रवैगिकी निकाय दीवारों द्वारा सीमित होती है जो पदार्थ के लिए अभेद्य होती है, लेकिन, ऊष्मप्रवैगिकी संचालन द्वारा वैकल्पिक रूप से पारगम्य ('डायथर्मल' के रूप में वर्णित) या अभेद्य ('रुद्धोष्म') गर्मी के लिए बनाया जा सकता है, और ऊष्मप्रवैगिकी प्रक्रियाओं के लिए (आरंभ किया गया) और ऊष्मप्रवैगिकी संचालन द्वारा समाप्त), वैकल्पिक रूप से अनुमति दी जा सकती है या स्थानांतरित करने की अनुमति नहीं दी जा सकती है, निकाय सामग्री में आंतरिक घर्षण के साथ निकाय वॉल्यूम परिवर्तन या आंदोलन के साथ, जैसा कि जौल के गर्मी के यांत्रिक समकक्ष के मूल प्रदर्शन में, और वैकल्पिक रूप से खुरदरा या चिकना बनाया जा सकता है, ताकि इसकी सतह पर घर्षण द्वारा निकाय को गर्म होने दिया जाए या नहीं।

एक खुली ऊष्मप्रवैगिकी निकाय में कम से कम एक दीवार होती है जो इसे किसी अन्य ऊष्मप्रवैगिकी निकाय से अलग करती है, जिसे इस उद्देश्य के लिए खुले निकाय के परिवेश के भाग के रूप में गिना जाता है, दीवार कम से कम एक रासायनिक पदार्थ के साथ-साथ विकिरण के लिए पारगम्य होती है; ऐसी दीवार, जब खुली निकाय ऊष्मप्रवैगिकी साम्यावस्था में होती है, अपने आप में तापमान अंतर को बनाए नहीं रखती है।

एक ऊष्मप्रवैगिकी निकाय बाहरी हस्तक्षेपों के अधीन होती है जिसे ऊष्मप्रवैगिकी ऑपरेशन कहा जाता है; ये निकाय की दीवारों या उसके परिवेश को बदल देते हैं; नतीजतन, निकाय ऊष्मप्रवैगिकी के सिद्धांतों के अनुसार क्षणिक ऊष्मप्रवैगिकी प्रक्रियाओं से गुजरती है। इस तरह के संचालन और प्रक्रियाएं निकाय की ऊष्मप्रवैगिकी स्थिति में परिवर्तन को प्रभावित करती हैं।

जब इसकी सामग्री के गहन अवस्था चर अंतरिक्ष में भिन्न होते हैं, तो एक ऊष्मप्रवैगिकी निकाय को एक दूसरे के साथ कई निकायों के रूप में माना जा सकता है, प्रत्येक एक अलग ऊष्मप्रवैगिकील निकाय है।

एक ऊष्मप्रवैगिकी निकाय में कई चरण शामिल हो सकते हैं, जैसे कि बर्फ, तरल पानी और जल वाष्प, आपसी ऊष्मप्रवैगिकी साम्यावस्था में, किसी भी दीवार से पारस्परिक रूप से अविभाजित; या यह सजातीय हो सकता है। ऐसी निकायों को 'सरल' माना जा सकता है।

एक 'यौगिक' ऊष्मप्रवैगिकी निकाय में कई सरल ऊष्मप्रवैगिकी उप-प्रणालियां शामिल हो सकती हैं, जो पारस्परिक रूप से निश्चित संबंधित पारगम्यता की एक या कई दीवारों से अलग होती हैं। प्रारंभिक रूप से ऊष्मप्रवैगिकी साम्यावस्था की स्थिति में इस तरह की एक यौगिक निकाय पर विचार करना अक्सर सुविधाजनक होता है, फिर एक क्षणिक ऊष्मप्रवैगिकी प्रक्रिया शुरू करने के लिए कुछ अंतर-उप-निकाय दीवार पारगम्यता में वृद्धि के ऊष्मप्रवैगिकी ऑपरेशन से प्रभावित होता है, ताकि एक अंतिम उत्पन्न हो सके ऊष्मप्रवैगिकी साम्यावस्था की नई स्थिति। कैराथोडोरी द्वारा इस विचार का उपयोग किया गया था, और शायद पेश किया गया था। एक यौगिक निकाय में, प्रारंभिक रूप से ऊष्मप्रवैगिकी साम्यावस्था की स्थिति में विलगित, दीवार पारगम्यता में कमी से ऊष्मप्रवैगिकी प्रक्रिया प्रभावित नहीं होती है, न ही ऊष्मप्रवैगिकी स्थिति में परिवर्तन होता है। यह अंतर ऊष्मप्रवैगिकी के दूसरे नियम को व्यक्त करता है। यह दर्शाता है कि माइक्रोस्टेट्स की पहुंच में वृद्धि के कारण एंट्रॉपी (ऊर्जा फैलाव) एन्ट्रापी उपायों में वृद्धि ऊर्जा के फैलाव में वृद्धि करती है।

साम्यावस्था ऊष्मप्रवैगिकी में, एक ऊष्मप्रवैगिकी निकाय की स्थिति ऊष्मागतिक साम्यावस्था की स्थिति है, जो एक गैर-साम्यावस्था अवस्था के विपरीत है।

एक निकाय की दीवारों की पारगम्यता के अनुसार, इसके और इसके परिवेश के बीच ऊर्जा और पदार्थ का स्थानांतरण होता है, जो समय के साथ अपरिवर्तित माना जाता है, जब तक ऊष्मप्रवैगिकी साम्यावस्था की स्थिति प्राप्त नहीं हो जाती। साम्यावस्था ऊष्मप्रवैगिकी में माना जाने वाला एकमात्र अवस्था साम्यावस्था अवस्था हैं। शास्त्रीय ऊष्मप्रवैगिकी में शामिल हैं (ए) साम्यावस्था ऊष्मप्रवैगिकी; (बी) निकाय के अवस्थाओं के बजाय प्रक्रियाओं के चक्रीय अनुक्रमों के संदर्भ में माना जाने वाला निकाय; विषय के वैचारिक विकास में ये ऐतिहासिक रूप से महत्वपूर्ण थे। इंजीनियरिंग में स्थिर प्रवाह द्वारा वर्णित निरंतर सतत प्रक्रियाओं के संदर्भ में मानी जाने वाली निकाय महत्वपूर्ण हैं।

ऊष्मप्रवैगिकी साम्यावस्था का अस्तित्व, ऊष्मप्रवैगिकी निकाय के अवस्थाओं को परिभाषित करना, ऊष्मप्रवैगिकी्स का आवश्यक, विशेषता और सबसे मौलिक आधार है, हालांकि यह केवल गिने हुए कानून के रूप में शायद ही कभी उद्धृत किया जाता है।  बेलीन के अनुसार, ऊष्मप्रवैगिकी के शून्य नियम का सामान्य रूप से पूर्वाभ्यास किया गया कथन इस मौलिक अभिधारणा का परिणाम है। [5] वास्तव में, व्यावहारिक रूप से प्रकृति में कुछ भी सख्त ऊष्मप्रवैगिकी साम्यावस्था में नहीं है, लेकिन ऊष्मप्रवैगिकी साम्यावस्था का अभिगृहीत अक्सर सैद्धांतिक और प्रयोगात्मक दोनों रूप से बहुत उपयोगी आदर्शीकरण या सन्निकटन प्रदान करता है; प्रयोग व्यावहारिक ऊष्मप्रवैगिकी साम्यावस्था के परिदृश्य प्रदान कर सकते हैं।

साम्यावस्था ऊष्मप्रवैगिकी में अवस्था चर में फ्लक्स शामिल नहीं होते हैं क्योंकि ऊष्मप्रवैगिकी साम्यावस्था की स्थिति में सभी फ्लक्स की परिभाषा के अनुसार शून्य मान होते हैं। साम्यावस्था ऊष्मप्रवैगिकी प्रक्रियाओं में फ्लक्स शामिल हो सकते हैं, लेकिन जब तक ऊष्मप्रवैगिकी प्रक्रिया या ऑपरेशन पूरा हो जाता है, तब तक निकाय को उसके ऊष्मप्रवैगिकी अवस्था में लाना बंद कर देना चाहिए। गैर-साम्यावस्था ऊष्मप्रवैगिकी अपने अवस्था चरों को गैर-शून्य प्रवाहों को शामिल करने की अनुमति देती है, जो द्रव्यमान या ऊर्जा के स्थानान्तरण या एक निकाय और उसके परिवेश के बीच एन्ट्रापी का वर्णन करती है।

1824 में सैडी कार्नोट ने अध्ययन के तहत किसी भी ताप इंजन के कार्यकारी पदार्थ (जैसे भाप की मात्रा) के रूप में ऊष्मप्रवैगिकी निकाय का वर्णन किया।



अवलोकन
ऊष्मप्रवैगिकी साम्यावस्था द्रव्यमान या ऊर्जा के प्रवाह की अनुपस्थिति की विशेषता है। साम्यावस्था ऊष्मप्रवैगिकी, भौतिकी में एक विषय के रूप में, आंतरिक ऊष्मप्रवैगिकी साम्यावस्था की अवस्थाओं में पदार्थ और ऊर्जा के स्थूल पिंडों पर विचार करता है। यह ऊष्मागतिकीय प्रक्रियाओं की अवधारणा का उपयोग करता है, जिसके द्वारा शरीर एक साम्यावस्था अवस्था से दूसरे में उनके बीच पदार्थ और ऊर्जा के स्थानान्तरण से गुजरते हैं। ऊष्मप्रवैगिकी के विशेष संदर्भ में पदार्थ और ऊर्जा के निकायों को संदर्भित करने के लिए 'ऊष्मप्रवैगिकी निकाय' शब्द का उपयोग किया जाता है। निकायों के बीच संभावित साम्यावस्था दीवारों के भौतिक गुणों द्वारा निर्धारित किया जाता है जो शरीर को अलग करते हैं। साम्यावस्था ऊष्मप्रवैगिकी्स सामान्य रूप से समय को मापता नहीं है। साम्यावस्था ऊष्मप्रवैगिकी एक अपेक्षाकृत सरल और अच्छी तरह से स्थापित विषय है। इसका एक कारण एक अच्छी तरह से परिभाषित भौतिक मात्रा का अस्तित्व है जिसे 'पिंड की एन्ट्रापी' कहा जाता है।

भौतिकी में एक विषय के रूप में गैर-साम्यावस्था ऊष्मप्रवैगिकी्स, पदार्थ और ऊर्जा के निकायों पर विचार करता है जो आंतरिक ऊष्मप्रवैगिकी साम्यावस्था के अवस्थाओं में नहीं हैं, लेकिन सामान्यतः स्थानांतरण की प्रक्रियाओं में भाग ले रहे हैं जो मात्रा के संदर्भ में विवरण की अनुमति देने के लिए काफी धीमी हैं जो बारीकी से संबंधित हैं ऊष्मप्रवैगिकी अवस्था समारोह के लिए। यह पदार्थ और ऊर्जा के प्रवाह की उपस्थिति की विशेषता है। इस विषय के लिए, बहुत बार जिन निकायों पर विचार किया जाता है, उनमें चिकनी स्थानिक विषमताएँ होती हैं, ताकि स्थानिक प्रवणता, उदाहरण के लिए तापमान प्रवणता, अच्छी तरह से परिभाषित हों। इस प्रकार गैर-साम्यावस्था ऊष्मप्रवैगिकी निकायों का वर्णन एक क्षेत्र सिद्धांत है, जो साम्यावस्था ऊष्मप्रवैगिकी के सिद्धांत से अधिक जटिल है। गैर-साम्यावस्था ऊष्मप्रवैगिकी एक बढ़ता हुआ विषय है, न कि एक स्थापित इमारत। सामान्य तौर पर, गैर-साम्यावस्था समस्याओं के लिए बिल्कुल परिभाषित एंट्रॉपी खोजना संभव नहीं है। कई गैर-साम्यावस्था ऊष्मप्रवैगिकी समस्याओं के लिए, 'एन्ट्रॉपी उत्पादन की समय दर' नामक लगभग परिभाषित मात्रा बहुत उपयोगी है। गैर-साम्यावस्था ऊष्मप्रवैगिकी ज्यादातर वर्तमान लेख के दायरे से बाहर है।

इंजीनियरिंग में एक अन्य प्रकार की ऊष्मप्रवैगिकी निकाय पर विचार किया जाता है। यह एक प्रवाह प्रक्रिया में भाग लेता है। खाता उस संदर्भ में है जो अनुमानित है, कई मामलों में व्यवहार में पर्याप्त है, साम्यावस्था ऊष्मप्रवैगिकील अवधारणाएं। यह ज्यादातर वर्तमान लेख के दायरे से बाहर है, और अन्य लेखों में निर्धारित किया गया है, उदाहरण के लिए लेख प्रवाह प्रक्रिया।

इतिहास
ऊष्मप्रवैगिकी निकाय की अवधारणा बनाने वाले पहले फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी सैडी कार्नोट थे, जिनके 1824 रिफ्लेक्शंस ऑन द मोटिव पावर ऑफ फायर ने अध्ययन किया कि उन्होंने काम करने वाले पदार्थ को क्या कहा, उदाहरण के लिए, भाप इंजनों में सामान्यतः जल वाष्प का एक शरीर, के संबंध में। गर्मी लागू होने पर निकाय की काम करने की क्षमता। काम करने वाले पदार्थ को गर्मी जलाशय (एक बॉयलर), ठंडे जलाशय (ठंडे पानी की एक धारा), या एक पिस्टन (जिस पर काम करने वाला शरीर उस पर धक्का देकर काम कर सकता है) के संपर्क में रखा जा सकता है। 1850 में, जर्मन भौतिक विज्ञानी रुडोल्फ क्लॉसियस ने इस तस्वीर को परिवेश की अवधारणा को शामिल करने के लिए सामान्यीकृत किया, और निकाय को "कार्यशील निकाय" के रूप में संदर्भित करना शुरू किया। अपने 1850 के पेपर ऑन द मोटिव पावर ऑफ़ हीट में, क्लॉज़ियस ने लिखा:

"मात्रा के प्रत्येक परिवर्तन के साथ (कार्यशील निकाय के लिए) एक निश्चित राशि कार्य गैस द्वारा या उस पर किया जाना चाहिए, क्योंकि इसके विस्तार से यह बाहरी दबाव पर काबू पा लेता है, और चूंकि इसका संपीड़न हो सकता है केवल बाहरी दबाव के परिश्रम से लाया जा सकता है। गैस या उस पर किए गए काम के इस अतिरिक्त के लिए, हमारे सिद्धांत द्वारा, ऊष्मा की आनुपातिक अतिरिक्त खपत या उत्पादित होना चाहिए, और गैस छोड़ नहीं सकती है "आसपास के माध्यम" को उतनी ही मात्रा में गर्मी मिलती है जितनी इसे प्राप्त होती है। लेख कार्नो हीट इंजन कार्नाट द्वारा अपने आदर्श इंजन पर चर्चा में उपयोग किए गए मूल पिस्टन-और-सिलेंडर आरेख को दिखाता है; नीचे, हम कार्नाट इंजन देखते हैं जैसा कि सामान्यतः वर्तमान उपयोग में किया जाता है: दिखाए गए चित्र में, "वर्किंग पिंड" (निकाय), 1850 में क्लॉसियस द्वारा पेश किया गया एक शब्द, कोई भी तरल पदार्थ या वाष्प निकाय हो सकता है, जिसके माध्यम से कार्य उत्पन्न करने के लिए गर्मी Q को पेश या प्रेषित किया जा सकता है। 1824 में, साडी कार्नोट ने अपने प्रसिद्ध पेपर रिफ्लेक्शंस ऑन द मोटिव पावर ऑफ फायर में, पोस्ट किया था कि द्रव शरीर कोई भी पदार्थ हो सकता है जो विस्तार करने में सक्षम हो, जैसे कि पानी का वाष्प, शराब का वाष्प, पारा का वाष्प, एक स्थायी गैस, या हवा, आदि। हालांकि, इन शुरुआती वर्षों में, इंजन कई विन्यासों में आए, सामान्यतः QH की आपूर्ति एक बॉयलर द्वारा की जाती थी, जिसमें एक भट्टी पर पानी उबाला जाता था; क्यूसी सामान्यतः इंजन के एक अलग हिस्से पर स्थित कंडेनसर के रूप में ठंडे बहने वाले पानी की एक धारा थी। आउटपुट कार्य W पिस्टन का संचलन था क्योंकि यह एक क्रैंक-आर्म को घुमाता था, जो सामान्यतः बाढ़ वाली नमक खदानों से पानी निकालने के लिए एक पुली बन जाता था। कार्नोट ने कार्य को "ऊंचाई से उठा हुआ भार" के रूप में परिभाषित किया है।

निकाय साम्यावस्था में
ऊष्मागतिक साम्यावस्था पर, एक निकाय के गुण, परिभाषा के अनुसार, समय में अपरिवर्तित होते हैं। साम्यावस्था में निकाय साम्यावस्था में न होने वाली निकायों की तुलना में अधिक सरल और समझने में आसान होती हैं। कुछ मामलों में, ऊष्मप्रवैगिकी प्रक्रिया का विश्लेषण करते समय, कोई यह मान सकता है कि प्रक्रिया में प्रत्येक मध्यवर्ती अवस्था साम्यावस्था में है। यह विश्लेषण को काफी सरल करता है।

विलगित निकायों में यह लगातार देखा गया है कि जैसे-जैसे समय बीतता जाता है आंतरिक पुनर्व्यवस्था कम होती जाती है और स्थिर स्थितियाँ आती जाती हैं। दबाव और तापमान बराबर हो जाते हैं, और मामला खुद को एक या कुछ अपेक्षाकृत सजातीय चरणों में व्यवस्थित करता है। एक निकाय जिसमें परिवर्तन की सभी प्रक्रियाएं व्यावहारिक रूप से पूरी हो चुकी हैं, ऊष्मप्रवैगिकी साम्यावस्था की स्थिति में मानी जाती हैं। साम्यावस्था में एक निकाय के ऊष्मप्रवैगिकी गुण समय में अपरिवर्तित होते हैं। साम्यावस्था निकाय अवस्थाओं को गैर-साम्यावस्था अवस्थाओं की तुलना में नियतात्मक तरीके से वर्णित करना बहुत आसान है।

किसी प्रक्रिया के उत्क्रमणीय होने के लिए, प्रक्रिया का प्रत्येक चरण उत्क्रमणीय होना चाहिए। उत्क्रमणीय होने की प्रक्रिया में एक चरण के लिए, पूरे चरण में निकाय को साम्यावस्था में होना चाहिए। उस आदर्श को व्यवहार में पूरा नहीं किया जा सकता है क्योंकि व्यवस्था को साम्यावस्था से विचलित किए बिना कोई कदम नहीं उठाया जा सकता है, लेकिन धीरे-धीरे परिवर्तन करके आदर्श तक पहुंचा जा सकता है।

दीवारें
एक निकाय दीवारों से घिरी होती है जो इसे बांधती है और इसे अपने परिवेश से जोड़ती है। अक्सर एक दीवार किसी प्रकार के पदार्थ या ऊर्जा द्वारा मार्ग को प्रतिबंधित करती है, जिससे कनेक्शन अप्रत्यक्ष हो जाता है। कभी-कभी एक दीवार एक काल्पनिक द्वि-आयामी बंद सतह से अधिक नहीं होती है जिसके माध्यम से परिवेश से सीधा संबंध होता है।

एक दीवार को स्थिर किया जा सकता है (उदाहरण के लिए एक स्थिर आयतन रिएक्टर) या जंगम (जैसे एक पिस्टन)। उदाहरण के लिए, एक प्रत्यागामी इंजन में, एक निश्चित दीवार का अर्थ है कि पिस्टन अपनी स्थिति पर बंद है; फिर, एक निरंतर वॉल्यूम प्रक्रिया हो सकती है। उसी इंजन में, एक पिस्टन को अनलॉक किया जा सकता है और अंदर और बाहर जाने की अनुमति दी जा सकती है। आदर्श रूप से, एक दीवार को रुद्धोष्म, डायथर्मल, अभेद्य, पारगम्य या अर्ध-पारगम्य घोषित किया जा सकता है। ऐसी आदर्श गुणों वाली दीवारें प्रदान करने वाली वास्तविक भौतिक सामग्रियां हमेशा आसानी से उपलब्ध नहीं होती हैं।

निकाय को दीवारों या सीमाओं द्वारा सीमांकित किया जाता है, या तो वास्तविक या काल्पनिक, जिसके आर-पार संरक्षित (जैसे पदार्थ और ऊर्जा) या असंरक्षित (जैसे एन्ट्रापी) मात्राएँ निकाय में और बाहर जा सकती हैं। ऊष्मप्रवैगिकी निकाय के बाहर के स्थान को परिवेश, जलाशय या पर्यावरण के रूप में जाना जाता है। दीवारों के गुण निर्धारित करते हैं कि क्या स्थानान्तरण हो सकता है। एक दीवार जो एक मात्रा के स्थानान्तरण की अनुमति देती है, उसे इसके लिए पारगम्य कहा जाता है, और एक ऊष्मप्रवैगिकी निकाय को इसकी कई दीवारों की पारगम्यता द्वारा वर्गीकृत किया जाता है। निकाय और परिवेश के बीच स्थानांतरण संपर्क द्वारा उत्पन्न हो सकता है, जैसे कि गर्मी का संचालन, या लंबी दूरी की ताकतों जैसे कि परिवेश में एक विद्युत क्षेत्र।

दीवारों वाली एक निकाय जो सभी स्थानान्तरण को रोकती है, को विलगित कहा जाता है। यह एक आदर्श अवधारणा है, क्योंकि व्यवहार में कुछ स्थानांतरण हमेशा संभव होता है, उदाहरण के लिए गुरुत्वाकर्षण बल द्वारा। यह ऊष्मप्रवैगिकी का एक स्वयंसिद्ध है कि एक विलगित निकाय अंततः आंतरिक ऊष्मप्रवैगिक साम्यावस्था तक पहुंचती है, जब इसकी स्थिति समय के साथ बदलती नहीं है।

एक बंद निकाय की दीवारें गर्मी और काम के रूप में ऊर्जा के स्थानान्तरण की अनुमति देती हैं, लेकिन इसके और इसके आसपास के बीच पदार्थ की नहीं। एक खुली निकाय की दीवारें पदार्थ और ऊर्जा दोनों के स्थानान्तरण की अनुमति देती हैं।      शब्दों की परिभाषा की यह योजना समान रूप से उपयोग नहीं की जाती है, हालांकि यह कुछ उद्देश्यों के लिए सुविधाजनक है। विशेष रूप से, कुछ लेखक 'क्लोज्ड निकाय' का प्रयोग करते हैं जहां 'आइसोलेटिड निकाय' का प्रयोग किया गया है।

जो कुछ भी सीमा पार से गुजरता है और निकाय की सामग्री में बदलाव को प्रभावित करता है, उसे उचित साम्यावस्था समीकरण में शामिल किया जाना चाहिए। आयतन एक एकल परमाणु प्रतिध्वनित ऊर्जा के आसपास का क्षेत्र हो सकता है, जैसे कि मैक्स प्लैंक को 1900 में परिभाषित किया गया था; यह भाप इंजन में भाप या हवा का एक पिंड हो सकता है, जैसे कि 1824 में परिभाषित साडी कार्नोट। यह क्वांटम ऊष्मप्रवैगिकी में परिकल्पित के रूप में सिर्फ एक न्यूक्लाइड (अर्थात क्वार्क की एक निकाय) भी हो सकता है।

परिवेश
एक निकाय, ब्रह्मांड का वह हिस्सा है जो अध्ययन के अधीन है, जबकि परिवेश ब्रह्मांड का शेष भाग है जो निकाय की सीमाओं के बाहर स्थित है। इसे वातावरण या हौज के रूप में भी जाना जाता है। निकाय के प्रकार के आधार पर, यह द्रव्यमान, ऊर्जा (ऊष्मा और कार्य सहित), संवेग, विद्युत आवेश या अन्य संरक्षित गुणों का विनिमय करके निकाय के साथ अंतःक्रिया कर सकता है। इन अंतःक्रियाओं को छोड़कर, निकाय के विश्लेषण में पर्यावरण की उपेक्षा की जाती है।

बंद निकाय
एक बंद निकाय में, निकाय की सीमाओं के अंदर या बाहर कोई द्रव्यमान स्थानांतरित नहीं किया जा सकता है। निकाय में हमेशा समान मात्रा में पदार्थ होते हैं, लेकिन (समझदार) गर्मी और (सीमा) कार्य को निकाय की सीमा के पार आदान-प्रदान किया जा सकता है। क्या कोई निकाय गर्मी, काम या दोनों का आदान-प्रदान कर सकती है, यह उसकी सीमा की संपत्ति पर निर्भर है।


 * रुद्धोष्म सीमा - किसी भी ताप विनिमय की अनुमति नहीं देना: एक तापीय रूप से विलगित निकाय
 * कठोर सीमा - कार्य के आदान-प्रदान की अनुमति नहीं देना: एक यंत्रवत् विलगित निकाय

एक उदाहरण एक सिलेंडर में एक पिस्टन द्वारा द्रव को संकुचित करना है। एक बंद निकाय का एक और उदाहरण एक बम कैलोरीमीटर है, एक विशेष प्रतिक्रिया के दहन की गर्मी को मापने में इस्तेमाल किया जाने वाला एक निरंतर-मात्रा कैलोरीमीटर का एक प्रकार है। विद्युत ऊर्जा इलेक्ट्रोड के बीच एक चिंगारी पैदा करने के लिए सीमा के पार जाती है और दहन शुरू करती है। दहन के बाद सीमा के आर-पार ऊष्मा का स्थानांतरण होता है लेकिन किसी भी तरह से द्रव्यमान का स्थानांतरण नहीं होता है।

बंद निकाय के लिए ऊर्जा स्थानान्तरण के लिए ऊष्मप्रवैगिकी का पहला नियम कहा जा सकता है:


 * $$\Delta U=Q-W$$

जहाँ पे $$U$$निकाय की आंतरिक ऊर्जा को दर्शाता है, $$Q$$ गर्मी निकाय में जोड़ा गया, $$W$$ निकाय द्वारा किया गया कार्य। अतिसूक्ष्म परिवर्तनों के लिए बंद निकायों के लिए पहला कानून कहा जा सकता है:


 * $$\mathrm d U= \delta Q -\delta W.$$

यदि कार्य वॉल्यूम विस्तार के कारण है $$\mathrm d V$$ एक दबाव में $$P$$ तब:


 * $$\delta W = P\mathrm d V.$$

एक अर्ध-प्रतिवर्ती गर्मी स्थानान्तरण के लिए, ऊष्मप्रवैगिकी का दूसरा नियम पढ़ता है:


 * $$\delta Q = T \mathrm d S$$

जहाँ पे $$T$$ ऊष्मप्रवैगिकी तापमान को दर्शाता है और $$S$$ निकाय की एन्ट्रापी। इन संबंधों के साथ आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन की गणना करने के लिए उपयोग किए जाने वाले मौलिक ऊष्मप्रवैगिकी संबंध को इस प्रकार व्यक्त किया जाता है:


 * $$\mathrm d U=T\mathrm d S-P\mathrm d V.$$

एक सरल निकाय के लिए, केवल एक प्रकार के कण (परमाणु या अणु) के साथ, एक बंद निकाय में कणों की एक निरंतर संख्या होती है। रासायनिक प्रतिक्रिया से गुजरने वाली निकायों के लिए, प्रतिक्रिया प्रक्रिया द्वारा सभी प्रकार के अणु उत्पन्न और नष्ट हो सकते हैं। इस स्थिति में, यह तथ्य कि निकाय बंद है, यह कहते हुए व्यक्त किया जाता है कि प्रत्येक मौलिक परमाणु की कुल संख्या संरक्षित है, चाहे वह किसी भी प्रकार के अणु का हिस्सा हो। गणितीय रूप से:


 * $$\sum_{j=1}^m a_{ij}N_j=b_i^0$$

जहाँ पे $$N_j$$ की संख्या को दर्शाता है $$j$$-प्रकार अणु, $$a_{ij}$$ तत्व के परमाणुओं की संख्या $$i$$ अणु में $$j$$, और  $$b_i^0$$ तत्व के परमाणुओं की कुल संख्या  $$i$$ निकाय में, जो स्थिर रहता है, क्योंकि निकाय बंद है। निकाय में प्रत्येक तत्व के लिए ऐसा एक समीकरण है।

विलगित निकाय
एक विलगित निकाय एक बंद निकाय की तुलना में अधिक प्रतिबंधात्मक है क्योंकि यह अपने परिवेश के साथ किसी भी तरह से बातचीत नहीं करती है। निकाय के भीतर द्रव्यमान और ऊर्जा स्थिर रहती है, और सीमा के पार कोई ऊर्जा या द्रव्यमान स्थानांतरण नहीं होता है। एक विलगित निकाय में जैसे-जैसे समय बीतता है, निकाय में आंतरिक अंतर बराबर हो जाते हैं और दबाव और तापमान बराबर हो जाते हैं, जैसा कि घनत्व अंतर होता है। एक निकाय जिसमें सभी समान प्रक्रियाएं व्यावहारिक रूप से पूरी हो चुकी हैं, ऊष्मप्रवैगिकी साम्यावस्था की स्थिति में है।

वास्तव में विलगित भौतिक प्रणालियां वास्तविकता में मौजूद नहीं हैं (शायद संपूर्ण ब्रह्मांड को छोड़कर), क्योंकि, उदाहरण के लिए, द्रव्यमान और द्रव्यमान वाली निकाय के बीच हमेशा गुरुत्वाकर्षण होता है।    हालाँकि, वास्तविक निकाय परिमित (संभवतः बहुत लंबे) समय के लिए लगभग एक विलगित निकाय के रूप में व्यवहार कर सकती हैं। एक विलगित निकाय की अवधारणा एक उपयोगी मॉडल के रूप में काम कर सकती है जो कई वास्तविक दुनिया स्थितियों का अनुमान लगाती है। यह कुछ प्राकृतिक घटनाओं के गणितीय मॉडल के निर्माण में उपयोग किया जाने वाला एक स्वीकार्य आदर्शीकरण है।

ऊष्मप्रवैगिकी के दूसरे नियम में एन्ट्रापी वृद्धि के सिद्धांत को सही ठहराने के प्रयास में, बोल्ट्जमैन के एच-प्रमेय ने समीकरणों का इस्तेमाल किया, जिसमें यह माना गया कि एक निकाय (उदाहरण के लिए, एक गैस) को अलग कर दिया गया था। स्वनिकायता की सभी यांत्रिक डिग्री निर्दिष्ट की जा सकती हैं, दीवारों को केवल दर्पण सीमा स्थितियों के रूप में माना जा सकता है। यह अनिवार्य रूप से लॉस्च्मिड्ट के विरोधाभास का कारण बना। हालांकि, अगर वास्तविक दीवारों में अणुओं के स्टोकेस्टिक व्यवहार पर विचार किया जाता है, परिवेश, पृष्ठभूमि थर्मल विकिरण के यादृच्छिक प्रभाव के साथ, आणविक अराजकता की बोल्टज़मैन की धारणा को उचित ठहराया जा सकता है।

विलगित निकायों के लिए ऊष्मप्रवैगिकी का दूसरा नियम बताता है कि साम्यावस्था में नहीं एक विलगित निकाय की एन्ट्रापी समय के साथ बढ़ती है, साम्यावस्था पर अधिकतम मूल्य तक पहुंचती है। कुल मिलाकर, एक विलगित निकाय में, आंतरिक ऊर्जा स्थिर होती है और एन्ट्रापी कभी कम नहीं हो सकती। एक बंद निकाय की एंट्रॉपी घट सकती है उदा। जब निकाय से गर्मी निकाली जाती है।

यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि विलगित निकाय बंद निकायों के समतुल्य नहीं हैं। बंद निकाय परिवेश के साथ पदार्थ का आदान-प्रदान नहीं कर सकती हैं, लेकिन ऊर्जा का आदान-प्रदान कर सकती हैं। विलगित निकाय अपने परिवेश के साथ न तो पदार्थ और न ही ऊर्जा का आदान-प्रदान कर सकती हैं, और जैसे कि केवल सैद्धांतिक हैं और वास्तविकता में मौजूद नहीं हैं (संभवतः, संपूर्ण ब्रह्मांड को छोड़कर)।

यह ध्यान देने योग्य है कि ऊष्मप्रवैगिकी्स चर्चाओं में अक्सर 'बंद निकाय' का उपयोग किया जाता है जब 'विलगित निकाय' सही होगी - यानी एक धारणा है कि ऊर्जा निकाय में प्रवेश या छोड़ती नहीं है।

पदार्थ का चयनात्मक स्थानांतरण
किसी ऊष्मप्रवैगिकी प्रक्रिया के लिए, निकाय की दीवारों और परिवेश के यथार्थ भौतिक गुण महत्वपूर्ण होते हैं, क्योंकि ये संभावित प्रक्रियाओं को निर्धारित करते हैं।

एक खुले निकाय में एक या एक से अधिक दीवारें होती हैं जो पदार्थ के स्थानान्तरण की अनुमति देती हैं। खुले निकाय की आंतरिक ऊर्जा को ध्यान में रखते हुए, इसके लिए ऊष्मा और कार्य के अतिरिक्त ऊर्जा स्थानान्तरण पदों की आवश्यकता होती है। यह रासायनिक विभव के विचार की ओर भी अग्रसर करता है।

केवल एक शुद्ध पदार्थ के लिए चयनित रूप से पारगम्य एक दीवार, परिवेश में उस शुद्ध पदार्थ के हौज के साथ निकाय को विसरणशील संपर्क में रख सकती है। फिर एक ऐसी प्रक्रिया संभव है जिसमें उस शुद्ध पदार्थ को निकाय और परिवेश के बीच स्थानांतरित किया जाता है। साथ ही, सम्पूर्ण दीवार में उस पदार्थ के सापेक्ष एक संपर्क साम्यावस्था संभव है। उपयुक्त ऊष्मागतिक संचालनों द्वारा, शुद्ध पदार्थ हौज को एक बंद निकाय के रूप में लिया जा सकता है। इसकी आंतरिक ऊर्जा और एन्ट्रापी को इसके ताप, दाब और मोल संख्या के फलनों के रूप में परिभाषित किया जा सकता है।

एक ऊष्मप्रवैगिकी संचालन, उस पदार्थ के लिए संपर्क साम्यावस्था दीवार के अतिरिक्त सभी निकाय दीवारों को अभेद्य बना सकता है। यह उस पदार्थ के लिए परिवेश की एक संदर्भ स्थिति के संबंध में एक गहन अवस्था चर की परिभाषा की अनुमति देता है। गहन चर को रासायनिक विभव कहा जाता है; इसे घटक पदार्थ $III$ के लिए सामान्यतः $i$ द्वारा निरूपित किया जाता है। संबंधित व्यापक चर, निकाय में घटक पदार्थ के मोलों की संख्या $μ_{i}$ हो सकते हैं।

किसी पदार्थ के लिए पारगम्य दीवार पर संपर्क साम्यावस्था के लिए, पदार्थ का रासायनिक विभव दीवार के दोनों ओर समान होना चाहिए। यह ऊष्मप्रवैगिकी साम्यावस्था की प्रकृति का एक हिस्सा है, और इसे ऊष्मप्रवैगिकी के शून्य नियम से संबंधित माना जा सकता है।

खुला निकाय
एक खुले निकाय में, निकाय और परिवेश के बीच ऊर्जा और पदार्थ का विनिमय होता है। एक खुले बीकर में अभिकारकों की उपस्थिति खुले निकाय का एक उदाहरण है। यहाँ बीकर और अभिकारकों को घेरने वाली एक काल्पनिक सतह सीमा है। इसे बंद नाम दिया गया है, यदि सीमाएँ पदार्थ के लिए अभेद्य हैं, लेकिन ऊष्मा के रूप में ऊर्जा के पारगमन की अनुमति प्रदान करती हैं, और ऊष्मा एवं पदार्थों का विनिमय नहीं होने पर इसे विलगित कर दिया जाता है। खुला निकाय साम्यावस्था में उपस्थित नहीं हो सकता है। ऊष्मप्रवैगिकी निकाय के साम्यावस्था से विचलन का वर्णन करने के लिए ऊपर वर्णित रचक चरों के अतिरिक्त, आंतरिक चरों $$\xi_1, \xi_2,\ldots$$ का एक समूह प्रस्तुत किया गया है, इन चरों को आंतरिक चर कहा जाता है। साम्यावस्था को स्थिर माना जाता है और निकाय की गैर-साम्यावस्था की मापों के रूप में आंतरिक चर का मुख्य गुण अदृश्य होने की प्रवृत्ति है; अदृश्यता के स्थानीय नियम को प्रत्येक आंतरिक चर के लिए निम्न विश्रांति समीकरण के रूप में लिखा जा सकता है

जहाँ $$ \tau_i= \tau_i(T, x_1, x_2, \ldots, x_n)$$ संबंधित चरों का विश्रांति काल है। प्रारंभिक मान $$ \xi_i^0$$ को शून्य के बराबर लेना सुविधाजनक होता है।

इल्या प्रोगोगिन द्वारा खुले गैर-साम्यावस्था निकायों की ऊष्मप्रवैगिकी में विशिष्ट योगदान दिया गया था, जिन्होंने रासायनिक रूप से प्रतिक्रिया करने वाले पदार्थों की एक निकाय की जाँच की थी। इस स्थिति में आंतरिक चर रासायनिक प्रतिक्रियाओं की अपूर्णता की माप के रूप में प्रतीत होते हैं, जो कि इस तथ्य की माप है कि रासायनिक प्रतिक्रियाओं के साथ लिया गया निकाय साम्यावस्था से कितना बाहर है। इस सिद्धांत को  निकाय की संरचना, तापमान के ढाल, पदार्थों की सांद्रता में अंतर और ऐसे अन्य साम्यावस्था से विचलनों पर विचार करने के लिए सभी रासायनिक प्रतिक्रियाओं की पूर्णता की कोटि के आंतरिक चर होने के लिए कुछ भी न कहने के लिए सामान्यीकृत किया जा सकता है।

$$T=const$$ और $$p=const$$ पर गिब्स मुक्त ऊर्जा $$ G$$ और एन्ट्रापी $$ S$$ की वृद्धि को निम्न रूप में परिभाषित किया गया हैː

ऊष्मीय ऊर्जा $$ \Delta Q_\alpha $$ और कणों की एक धारा दोनों के आदान-प्रदान के कारण निकाय की स्थिर अवस्थाएँ अस्तित्व में हैं। समीकरणों में अंतिम पदों का योग पदार्थों के कणों की धारा के साथ निकाय में आने वाली कुल ऊर्जा को दर्शाता है, $$ \Delta N_\alpha $$ जो धनात्मक या ऋणात्मक हो सकता है; राशि $$ \mu_\alpha$$, पदार्थ $$ \alpha$$ का रासायनिक विभव है। समीकरणों (2) और (3) में मध्य पद, आंतरिक चरों $$ \xi_j$$ की विश्रांति के कारण ऊर्जा अपव्यय (एन्ट्रॉपी उत्पादन) को दर्शाते हैं, जबकि $$ \Xi_{j} $$ ऊष्मप्रवैगिकी बल हैं।

खुले निकाय के लिए यह दृष्टिकोण सजीव वस्तुओं की वृद्धि और विकास को ऊष्मागतिक शब्दों में वर्णित करने की अनुमति प्रदान करता है।

यह भी देखें

 * गतिशील निकाय
 * ऊर्जा निकाय
 * विलगित निकाय
 * यांत्रिक निकाय
 * भौतिक निकाय
 * क्वांटम निकाय
 * ऊष्मप्रवैगिकी चक्र
 * ऊष्मप्रवैगिकी प्रक्रिया
 * द्वि-अवस्था क्वांटम निकाय

स्रोत

 * हर्बर्ट कैलन|कैलन, एच.बी. (1960/1985)। ऊष्मप्रवैगिकी्स एंड एन इंट्रोडक्शन टू थर्मोस्टैटिस्टिक्स, (पहला संस्करण 1960) दूसरा संस्करण 1985, विली, न्यूयॉर्क, ISBN 0-471-86256-8.
 * हर्बर्ट कैलन|कैलन, एच.बी. (1960/1985)। ऊष्मप्रवैगिकी्स एंड एन इंट्रोडक्शन टू थर्मोस्टैटिस्टिक्स, (पहला संस्करण 1960) दूसरा संस्करण 1985, विली, न्यूयॉर्क, ISBN 0-471-86256-8.

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