थर्मोडायनामिक ऑपरेशन

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ऊष्मागतिक संचालन एक बाहरी रूप से लगाया गया परिचालन है जो ऊष्मागतिक प्रणाली को प्रभावित करता है। परिवर्तन या तो ऊष्मागतिक प्रणाली और उसके परिवेश के बीच संबंध या दीवार में हो सकता है, अथवा परिवेश में कुछ चर के मूल्य में हो सकता है जो प्रणाली की एक दीवार के संपर्क में है जो उस चर से संबंधित व्यापक मात्रा के हस्तांतरण की अनुमति देता है।[1][2][3][4] ऊष्मप्रवैगिकी में यह माना जाता है कि संचालन किसी भी प्रासंगिक सूक्ष्म सूचना की अज्ञानता में किया जाता है।

ऊष्मागतिक संचालन के लिए एक स्वतंत्र बाहरी अभिकरण से योगदान की आवश्यकता होती है, जो प्रणाली के निष्क्रिय गुणों से नहीं आती है। संभवतः ऊष्मागतिक संचालन और ऊष्मागतिक प्रक्रिया के बीच अंतर की पहली अभिव्यक्ति केल्विन के ऊष्मागति के दूसरे नियम के वर्णन में है: निर्जीव सामग्री अभिकरण के माध्यम से, आसपास के वस्तुओं के तापमान के नीचे ठंडा करके पदार्थ के किसी भी हिस्से से यांत्रिक प्रभाव प्राप्त करना असंभव है। निर्जीव सामग्री अभिकरण के माध्यम से घटित होने वाली घटनाओं का एक क्रम एक चेतन अभिकरण, या कम से कम एक स्वतंत्र बाहरी अभिकरण द्वारा कार्रवाई की आवश्यकता होगी। ऐसी अभिकरण कुछ ऊष्मागतिक संचालन लगा सकती है। उदाहरण के लिए, वे संचालन एक ऊष्मा स्पंदन बना सकते हैं, जो निश्चित रूप से दूसरे नियम का पालन करेगा। मैक्सवेल का दानव एक अत्यंत आदर्श और स्वाभाविक रूप से अवास्तविक प्रकार का ऊष्मागतिक संचालन करता है।[5]

एक अन्य सामान्यतः प्रयोग किया जाने वाला शब्द जो ऊष्मागतिक संचालन को इंगित करता है, 'बाधाओं का परिवर्तन' है, उदाहरण के लिए दो अलग-अलग डिब्बों के बीच की दीवार को हटाने से संबंधित है।

ऊष्मागतिक संचालन के लिए एक सामान्य भाषा अभिव्यक्ति एडवर्ड ए गुगेनहाइम द्वारा उपयोग की जाती है: निकायों के साथ छेड़छाड़।[6]


ऊष्मागतिक संचालन और ऊष्मागतिक प्रक्रिया के बीच का अंतर

एक विशिष्ट ऊष्मागतिक संचालन एक पिस्टन (मुसली) की स्थिति में बाह्य रूप से लगाया गया परिवर्तन है, ताकि अभिरूचि की प्रणाली की मात्रा में परिवर्तन किया जा सके। एक अन्य ऊष्मागतिक संचालन प्रारंभिक रूप से अलग करने वाली दीवार को हटाना है, एक परिचालन जो दो प्रणालियों को एक अविभाजित प्रणाली में जोड़ता है। एक विशिष्ट ऊष्मागतिक प्रक्रिया में एक पुनर्वितरण होता है जो एक प्रणाली और उसके आसपास के बीच एक पूर्व अभेद्य लेकिन नई अर्ध-पारगम्य दीवार के बीच एक संरक्षित मात्रा को विस्तारित करता है।[7]

अधिक सामान्यतः, एक प्रक्रिया को कुछ मात्रा के हस्तांतरण के रूप में माना जा सकता है जो कि एक संरक्षित मात्रा के अनुरूप प्रणाली के एक व्यापक अवस्था चर के परिवर्तन से परिभाषित होता है, ताकि एक हस्तांतरण संतुलन समीकरण लिखा जा सके।[8] उफिंक के अनुसार, ... ऊष्मागतिक प्रक्रियाएं प्रणाली पर बाहरी हस्तक्षेप के बाद ही होती हैं (जैसे: विभाजन को हटाना, ताप कुण्ड के साथ ऊष्मीय संपर्क स्थापित करना, पिस्टन को धक्का देना आदि)। वे एक मुक्त प्रणाली के स्वायत्त व्यवहार के अनुरूप नहीं हैं।[9] उदाहरण के लिए, अभिरूचि की एक बंद प्रणाली के लिए, आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन (प्रणाली का एक व्यापक अवस्था चर) ऊष्मा के रूप में ऊर्जा के हस्तांतरण के कारण हो सकता है। ऊष्मप्रवैगिकी में, ऊष्मा प्रणाली का एक व्यापक अवस्था चर नहीं है। हालाँकि, हस्तांतरित ऊष्मा की मात्रा को स्थिरोष्म कार्य की मात्रा द्वारा परिभाषित किया जाता है जो आंतरिक ऊर्जा के समान परिवर्तन को ऊष्मा हस्तांतरण के रूप में उत्पन्न करेगा; ऊष्मा के रूप में स्थानांतरित ऊर्जा संरक्षित मात्रा है।

इतिहास की स्तिथि में, उन्नीसवीं शताब्दी के लेख में ऊष्मागतिक संचालन और ऊष्मागतिक प्रक्रिया के बीच का अंतर इन शब्दों में नहीं पाया जाता है। उदाहरण के लिए, केल्विन ने ऊष्मागतिक संचालन की बात की, जब उनका अर्थ था कि वर्तमान शब्दावली ऊष्मागतिक प्रक्रिया के बाद ऊष्मागतिक संचालन कहती है।[10] फिर से, प्लैंक ने सामान्यतः एक प्रक्रिया के बारे में बात की जब हमारी वर्तमान शब्दावली ऊष्मागतिक प्रक्रिया के बाद ऊष्मागतिक संचालन की बात करेगी।[11][12]

प्लैंक की प्राकृतिक प्रक्रियाएं मैक्सवेल के दानव के कार्यों के विपरीत थीं

प्लैंक ने माना कि सभी प्राकृतिक प्रक्रियाएं (अर्थात्, वर्तमान शब्दावली में, ऊष्मागतिक प्रक्रिया के बाद एक ऊष्मागतिक संचालन) अपरिवर्तनीय हैं और परिक्षय योग की वृद्धि के अर्थ में आगे बढ़ती हैं।[13] इन शब्दों में, यह उष्मागतिक संक्रियाओं द्वारा होगा कि, यदि वह उपस्थित हो सकता है, तो मैक्सवेल का दानव अप्राकृतिक स्तिथियों का संचालन करेगा, जिसमें उष्मागतिकीय संतुलन से दूर अर्थ में संक्रमण सम्मिलित है। वे एक बिंदु तक भौतिक रूप से सैद्धांतिक रूप से बोधगम्य हैं, लेकिन प्लैंक के अर्थ में प्राकृतिक प्रक्रियाएं नहीं हैं। इसका कारण यह है कि मैक्सवेल के दानव के प्रयासों के लिए आवश्यक सूक्ष्म सूचनाओं के पूर्ण अज्ञान में सामान्य ऊष्मागतिक संचालन किए जाते हैं।

ऊष्मागतिक संचालन के उदाहरण

ऊष्मागतिक चक्र

एक ऊष्मागतिक चक्र का निर्माण चरणों या चरणों के अनुक्रम के रूप में किया जाता है। प्रत्येक चरण में ऊष्मागतिक प्रक्रिया के बाद एक ऊष्मागतिक संचालन होता है। उदाहरण के लिए, एक कार्नाट ताप यन्त्र के एक चक्र के प्रारंभिक ऊष्मागतिक संचालन को एक ज्ञात उच्च तापमान पर, एक ही तापमान (गर्म जलाशय) पर एक ऊष्मीय जलाशय के संपर्क में, कार्य निकाय के समायोजन के रूप में लिया जा सकता है। दीवार केवल ऊष्मा के लिए पारगम्य है, जबकि यह कार्य जलाशय के साथ यांत्रिक संपर्क में रहती है। इस ऊष्मागतिक संचालन के बाद एक ऊष्मागतिक प्रक्रिया होती है, जिसमें कार्य निकाय का विस्तार इतना धीमा होता है कि प्रभावी रूप से प्रतिवर्ती हो जाता है, जबकि आंतरिक ऊर्जा को गर्म जलाशय से कार्यशील निकाय तक और कार्य निकाय से कार्य के रूप में कार्य जलाशय तक स्थानांतरित किया जाता है। सैद्धांतिक रूप से, प्रक्रिया अंततः समाप्त हो जाती है, और यह चरण समाप्त होता है। यन्त्र तब एक अन्य ऊष्मागतिक संचालन के अधीन होता है, और चक्र दूसरे चरण में आगे बढ़ता है। चक्र तब पूरा होता है जब कार्य निकाय के ऊष्मागतिक चर (ऊष्मागतिक अवस्था) अपने प्रारंभिक मूल्यों पर लौट आते हैं।

कल्पित ऊष्मागतिक संचालन

एक प्रशीतक काम करने वाले पदार्थ को उत्तरोत्तर चरणों से पारित करता है, यह कुल मिलाकर एक चक्र बनता है। यह काम करने वाले पदार्थ के एक स्थिर शरीर के चारों ओर अलग-अलग दीवारों को स्थानांतरित करने या बदलने के द्वारा नहीं लाया जा सकता है, बल्कि अपरिवर्तित अपरिवर्तनीय दीवारों के चक्रीय उत्तराधिकार के संपर्क में आने के लिए काम करने वाले पदार्थ के शरीर को स्थानांतरित करके किया जा सकता है। प्रभाव वस्तुतः ऊष्मागतिक संचालन का एक चक्र है। काम करने वाले पदार्थ की स्थूल गति की गतिज ऊर्जा उपकरण की एक महत्वपूर्ण विशेषता नहीं है, और काम करने वाले पदार्थ को व्यावहारिक रूप से आराम के रूप में माना जा सकता है।

प्रणाली की संरचना

ऊष्मप्रवैगिकी में तर्क की कई श्रृंखलाओं के लिए, दो प्रणालियों के एक में संयोजन के बारे में सोचना सुविधाजनक है। यह कल्पना की जाती है कि दो प्रणालियाँ, अपने परिवेश से अलग होकर, निकट-निकट हैं और (दृष्टिकोण में बदलाव के द्वारा) उन्हें एक नई, समग्र प्रणाली का गठन करने के रूप में माना जाता है। इसके नए समग्र परिवेश के बीच समग्र प्रणाली की कल्पना की गई है। यह दो उप-प्रणालियों के बीच और समग्र प्रणाली और इसके समग्र परिवेश के बीच पारस्परिक प्रभाव की संभावना को स्थापित करता है, उदाहरण के लिए एक विशेष प्रकार की पारगम्यता वाली दीवार के माध्यम से संपर्क की अनुमति देकर स्थापित करता है। इस वैचारिक उपकरण को मुख्य रूप से कैराथोडोरी के काम में ऊष्मप्रवैगिकी में प्रस्तुत किया गया था, और तब से इसका व्यापक रूप से उपयोग किया जाता रहा है।[2][3][14][15][16][17]


व्यापक चरों की योगात्मकता

यदि ऊष्मागतिक संचालन पूरी तरह से दीवारों को हटाने वाला है, तो रचना प्रणाली के व्यापक अवस्था चर घटक प्रणालियों के संबंधित योग हैं। इसे व्यापक चरों की योगात्मकता कहा जाता है।

प्रणाली का प्रवर्धन

बाहरी बलों की अनुपस्थिति में, आंतरिक ऊष्मागतिक संतुलन की अपनी स्थिति में, एकल चरण वाली ऊष्मागतिक प्रणाली सजातीय है।[18] इसका अर्थ यह है कि प्रणाली के किसी भी क्षेत्र की सामग्री को प्रणाली के किसी भी सर्वांगसम और समानांतर क्षेत्र की सामग्री के साथ अंतर्विनिमय किया जा सकता है, और इसका प्रभाव प्रणाली को ऊष्मागतिक रूप से अपरिवर्तित छोड़ना है। प्रवर्धन का ऊष्मागतिक संचालन एक नई सजातीय प्रणाली का निर्माण है जिसका आकार पुराने आकार का गुणक है, और जिसके गहन और व्यापक गुणों में समान मूल्य हैं। परंपरागत रूप से आकार को प्रणाली के द्रव्यमान द्वारा बताया जाता है, लेकिन कभी-कभी इसे परिक्षय या आयतन द्वारा बताया जाता है।[19][20][21][22] किसी दिए गए प्रणाली Φ के लिए, एक नया λΦ प्राप्त करने के लिए वास्तविक संख्या λ द्वारा अनुमाप किया गया, एक फलन प्रणाली, X(.), ऐसा कि X(λΦ) = λ X(Φ), व्यापक कहा जाता है। इस तरह के एक फलन X को घात 1 का एक सजातीय कार्य कहा जाता है। यहां दो अलग-अलग अवधारणाओं का उल्लेख किया गया है, जो समान नाम साझा कर रहे हैं: (ए) प्रवर्धन फलन में घात-1 समरूपता की गणितीय अवधारणा है; और (बी) प्रणाली की स्थानिक एकरूपता की भौतिक अवधारणा है। ऐसा होता है कि दोनों यहां सहमत हैं, लेकिन ऐसा इसलिए नहीं है क्योंकि वे तात्विक हैं। यह ऊष्मप्रवैगिकी का एक आकस्मिक तथ्य है।

प्रणाली का विभाजन और पुनर्रचना

यदि दो प्रणालियाँ, Sa और Sb , समान गहन चर हैं, दीवार हटाने का एक ऊष्मागतिक संचालन उन्हें S, समान गहन चर के साथ एक प्रणाली में बना सकता है। यदि, उदाहरण के लिए, उनकी आंतरिक ऊर्जा अनुपात में λ:(1−λ) है, फिर रचित प्रणाली, S, के अनुपात में Sa प्रणाली के लिए आंतरिक ऊर्जा 1:λ है। व्युत्क्रम ऊष्मागतिक संचालन द्वारा, प्रणाली S को स्पष्ट तरीके से दो उपतंत्र में विभाजित किया जा सकता है। हमेशा की तरह, ये ऊष्मागतिक संचालन प्रणाली के सूक्ष्म अवस्थाों की पूरी अज्ञानता में आयोजित किए जाते हैं। अधिक विशेष रूप से, यह स्थूलदर्शित ऊष्मप्रवैगिकी की विशेषता है कि संभावना विलुप्त हो जाती है, कि विभाजन का संचालन एक पल में होता है जब प्रणाली S चरम क्षणिक सूक्ष्म अवस्था में होता है जिसे पॉइनकेयर पुनरावृत्ति तर्क द्वारा परिकल्पित किया जाता है। इस तरह के विभाजन और पुनर्रचना व्यापक चर के ऊपर परिभाषित योगात्मकता के अनुरूप है।

नियमों के विवरण

ऊष्मप्रवैगिकी के नियमों के वर्णनों में ऊष्मागतिक संचालन दिखाई देते हैं। ज़ीरोथ नियम के लिए, ऊष्मीय संयोजक और वियोजित प्रणाली के संचालन पर विचार किया जाता है। दूसरे नियम के लिए, कुछ कथन प्रारंभिक रूप से दो असंबद्ध प्रणालियों को जोड़ने के एक संक्रिया पर विचार करते हैं। तीसरे नियम के लिए, एक कथन यह है कि उष्मागतिक संक्रियाओं का कोई परिमित क्रम किसी प्रणाली को पूर्ण शून्य तापमान तक नहीं ला सकता है।

संदर्भ

  1. ↑ Tisza, L. (1966), pp. 41, 109, 121, originally published as 'The thermodynamics of phase equilibrium', Annals of Physics, 13: 1–92.
  2. ↑ 2.0 2.1 Giles, R. (1964), p. 22.
  3. ↑ 3.0 3.1 Lieb, E.H., Yngvason, J. (1999).
  4. ↑ Callen, H.B.(1960/1985), p. 15.
  5. ↑ Bailyn, M. (1994), pp. 88, 100.
  6. ↑ Guggenheim, E.A. (1949).
  7. ↑ Tisza, L. (1966), p. 47.
  8. ↑ Gyarmati, I. (1970), p. 18.
  9. ↑ Uffink, J. (2001).
  10. ↑ Kelvin, Lord (1857).
  11. ↑ Planck, M. (1887).
  12. ↑ Planck, M. (1897/1903), p. 104.
  13. ↑ Guggenheim, A.E. (1949/1967), p. 12.
  14. ↑ Tisza, L. (1966), pp. 41, 50, 121.
  15. ↑ कॉन्स्टेंटिन कैराथियोडोरी|कैराथियोडोरी, सी. (1909).
  16. ↑ Planck, M. (1935).
  17. ↑ Callen, H.B. (1960/1985), p. 18.
  18. ↑ Planck, M. (1897/1903), p. 3.
  19. ↑ Landsberg, P.T. (1961), pp. 129–130.
  20. ↑ Tisza, L., (1966), p. 45.
  21. ↑ Haase, R. (1971), p. 3.
  22. ↑ Callen, H.B. (1960/1985), pp. 28–29.


उद्धरणों के लिए ग्रंथ सूची

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