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आदर्श गैस नियम (सांख्यिकीय रूप)

1850

Ludwig Boltzmann

(यह छवि केवल उदाहरण के लिए बनाई गई है)

सांख्यिकीय यांत्रिकी का निर्माण आदर्श गैस नियम expresses the relationship in terms of the microscopic properties of the gas. It relates दबाव कणों की कुल संख्या (N) और निरपेक्ष तापमान (T) को बोल्ट्ज़मैन स्थिरांक (k_B) के माध्यम से (P) और आयतन (V) से विभाजित करें: PV = Nk_BT.

आदर्श गैस नियम का मोलर रूप (PV = nRT) रसायन विज्ञान और स्थूल ऊष्मागतिकी के लिए सुविधाजनक है, जबकि सांख्यिकीय रूप (PV = Nk_BT) परमाणुओं और अणुओं की सूक्ष्म दुनिया से सीधा संबंध स्थापित करता है। इस समीकरण में, N गैस में कणों (परमाणुओं या अणुओं) की कुल संख्या है, और k_B बोल्ट्ज़मैन स्थिरांक है, जो लुडविग बोल्ट्ज़मैन के नाम पर भौतिकी का एक मूलभूत स्थिरांक है। बोल्ट्ज़मैन स्थिरांक स्थूल ऊर्जा पैमाने (तापमान T से संबंधित) और व्यक्तिगत कणों के सूक्ष्म ऊर्जा पैमाने के बीच एक सेतु का काम करता है। इसका मान लगभग 1.38 × 10⁻²³ जूल/किलोग्राम है।

This form of the law arises directly from the principles of statistical mechanics and the kinetic theory of gases. It highlights that the macroscopic pressure of a gas is a direct consequence of the collective motion of its constituent particles. The two forms of the ideal gas law are equivalent, connected by the relationship between the universal gas constant ([latex]R[/latex]), the Boltzmann constant ([latex]k_B[/latex]), and Avogadro’s number ([latex]N_A[/latex]), which is the number of particles per mole: [latex]R = N_A k_B[/latex]. The statistical form is preferred in fields like condensed matter physics, plasma physics, and astrophysics, where it is more natural to consider the number of individual particles rather than the number of moles.

खगोल भौतिकी, ऊर्जा, पर्यावरण इंजीनियरिंग, सामग्री विज्ञान, भौतिकी, प्रक्रिया अनुकूलन, सांख्यिकीय विश्लेषण, सांख्यिकीय प्रक्रिया नियंत्रण (SPC), ऊष्मागतिकी

UNESCO Nomenclature: 2210

ऊष्मागतिकी

Type

सार प्रणाली

व्यवधान

मूलभूत

उपयोग

व्यापक उपयोग

शगुन

आदर्श गैस नियम (मोलर रूप)
गैसों का गतिज सिद्धांत (क्लॉसियस, मैक्सवेल)
भौतिकी में सांख्यिकीय विधियों का विकास
एवोगैड्रो की परिकल्पना

आवेदन

सांख्यिकीय यांत्रिकी मॉडलिंग
आणविक गतिशीलता के अनुकरण
स्थूल ऊष्मागतिकीय गुणों को सूक्ष्म कण व्यवहार से जोड़ना
प्लाज्मा भौतिकी
खगोल भौतिकी (तारकीय वायुमंडल का मॉडलिंग)

पेटेंट:

संभावित नवाचार विचार

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संबंधित विषय: सांख्यिकीय यांत्रिकी, बोल्ट्जमैन स्थिरांक, गैसों का गतिज सिद्धांत, आदर्श गैस, दाब, आयतन, तापमान, लुडविग बोल्ट्जमैन सिद्धांत, सूक्ष्म गुणधर्म, कण संख्या।

ऐतिहासिक संदर्भ

एक पुरानी प्रयोगशाला में ऊष्मागतिकी अध्ययन के तहत वाष्पीकरण मापते वैज्ञानिक।.

Enthalpy of Sublimation

ऊर्ध्वपातन की एन्थैल्पी, [latex]Delta H_{text{sub}}[/latex], किसी दिए गए तापमान और दाब पर किसी पदार्थ के एक मोल को ठोस से गैस में परिवर्तित करने के लिए आवश्यक ऊष्मा है। हेस के नियम के अनुसार, चूंकि एन्थैल्पी एक अवस्था फलन है, इसलिए यह ऊर्जा परिवर्तन संलयन की एन्थैल्पी ([latex]Delta H_{text{fus}}[/latex]) और वाष्पीकरण की एन्थैल्पी ([latex]Delta H_{text{vap}}[/latex]) का योग है।

Engineers designing an efficient heat engine in a laboratory, illustrating thermodynamics applications.

ऊष्मागतिकी का दूसरा नियम

द्वितीय नियम एन्ट्रापी की अवधारणा प्रस्तुत करता है और स्वतःस्फूर्त प्रक्रियाओं की दिशा निर्धारित करता है। इसे कई तरह से व्यक्त किया जा सकता है, लेकिन इसका एक प्रमुख परिणाम यह है कि एक पृथक प्रणाली की कुल एन्ट्रापी समय के साथ कभी कम नहीं हो सकती। यह नियम 'समय की दिशा' की व्याख्या करता है और यह भी बताता है कि प्रक्रियाएँ अपरिवर्तनीय क्यों होती हैं, जैसे कि ऊष्मा का स्वतः गर्म वस्तु से ठंडी वस्तु की ओर प्रवाहित होना।

परफेक्ट गैस मॉडल पर थर्मोडायनामिक प्रयोगों को दर्शाता प्रयोगशाला दृश्य।.

The Perfect Gas Model

आदर्श गैस एक सैद्धांतिक गैस मॉडल है जिसमें अंतर-आणविक बलों को अनदेखा किया जाता है और विशिष्ट ऊष्मा धारिता (C_P और C_V) को तापमान के सापेक्ष स्थिर माना जाता है। इससे ऊष्मागतिकी गणनाएँ काफी सरल हो जाती हैं। यह आदर्श गैस का एक विशिष्ट मामला है, जहाँ विशिष्ट ऊष्माएँ तापमान के साथ बदल सकती हैं, जिससे यह एक अधिक सीमित मॉडल बन जाता है।

आदर्श गैस नियम (सांख्यिकीय रूप)

थॉमसन प्रभाव

थॉमसन प्रभाव किसी धारावाही चालक के तापन या शीतलन का वर्णन करता है जब उसकी लंबाई के अनुदिश तापमान प्रवणता मौजूद होती है। जब किसी तापमान प्रवणता वाले पदार्थ से धारा प्रवाहित होती है तो ऊष्मा उत्पन्न या अवशोषित होती है। प्रति इकाई लंबाई में ऊष्मा उत्पादन की दर [latex]frac{dQ}{dx} = -mathcal{K} J frac{dT}{dx}[/latex] द्वारा दी जाती है, जहाँ [latex]mathcal{K}[/latex] थॉमसन गुणांक है।

जूल-थॉमसन प्रभाव

जूल-थॉमसन (या जूल-केल्विन) प्रभाव किसी वास्तविक गैस के तापमान में होने वाले परिवर्तन का वर्णन करता है, जब उसे एक वाल्व या छिद्रयुक्त प्लग से गुजारा जाता है जबकि वह ऊष्मारोधी अवस्था में होती है (एक समसंक्षिप्त प्रक्रिया)। एक निश्चित दाब पर, गैस का एक व्युत्क्रम तापमान होता है। यदि इस तापमान से नीचे विस्तारित किया जाए, तो वह ठंडी हो जाती है; यदि इससे ऊपर विस्तारित किया जाए, तो वह गर्म हो जाती है। यह शीतलन प्रभाव आधुनिक प्रशीतन और द्रवीकरण का एक महत्वपूर्ण आधार है।

ऐतिहासिक प्रयोगशाला के परिवेश में सीसा एनोड और सीसा डाइऑक्साइड कैथोड वाली सीसा-अम्ल बैटरी।.

लेड-एसिड बैटरी रसायन विज्ञान

यह पहली व्यावसायिक रूप से सफल रिचार्जेबल बैटरी है। इसमें लेड (Pb) एनोड, लेड डाइऑक्साइड (PbO₂) कैथोड और सल्फ्यूरिक एसिड (H₂SO₄) इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग होता है। डिस्चार्ज के दौरान, दोनों इलेक्ट्रोड लेड सल्फेट (PbSO₄) में परिवर्तित हो जाते हैं और सल्फ्यूरिक एसिड की खपत हो जाती है। बाहरी धारा प्रवाहित करके इस प्रक्रिया को रासायनिक रूप से प्रतिवर्ती बनाया जा सकता है, जिससे यह एक व्यावहारिक और मजबूत ऊर्जा भंडारण प्रणाली बन जाती है।

1850

1851

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1859

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1859

थर्मोडायनामिक्स में विभिन्न तापमानों पर द्रवों की सान्द्रता मापने के लिए प्रयोगशाला सेटअप।.

श्यानता की तापमान पर निर्भरता

न्यूटन के नियमों के अनुसार, श्यानता तापमान और दाब पर निर्भर करती है, न कि अपरूपण दर पर। तरल पदार्थों में, तापमान बढ़ने पर श्यानता काफी कम हो जाती है क्योंकि अधिक ऊष्मीय ऊर्जा अणुओं को अंतर्आणविक संसंजक बलों को आसानी से पार करने में सक्षम बनाती है। इसके विपरीत, गैसों में, तापमान बढ़ने पर श्यानता बढ़ जाती है क्योंकि अधिक गति पर बार-बार होने वाली आणविक टक्करों के कारण अधिक संवेग स्थानांतरण होता है।

First Law of Thermodynamics

प्रथम नियम ऊर्जा संरक्षण का सिद्धांत है। यह बताता है कि किसी बंद प्रणाली की आंतरिक ऊर्जा (ΔU) में परिवर्तन, प्रणाली को दी गई ऊष्मा (Q) में से प्रणाली द्वारा अपने परिवेश पर किए गए कार्य (W) को घटाने के बराबर होता है। इसका मूल समीकरण है: ΔU = Q - W। यह नियम ऊष्मा, कार्य और आंतरिक ऊर्जा को आपस में जोड़ता है और ऊष्मा को ऊर्जा स्थानांतरण के एक रूप के रूप में स्थापित करता है।

1850 में एक पुरानी प्रयोगशाला में उत्प्रेरकों के साथ प्रयोग करते हुए रसायनज्ञ।.

रासायनिक संतुलन पर उत्प्रेरक

उत्प्रेरक कम सक्रियण ऊर्जा वाला एक वैकल्पिक अभिक्रिया मार्ग प्रदान करके अग्र और पश्च दोनों अभिक्रियाओं की दर को समान रूप से बढ़ाता है। उत्प्रेरक किसी प्रणाली को संतुलन तक बहुत तेजी से पहुंचने में सक्षम बनाता है, लेकिन यह संतुलन की स्थिति को नहीं बदलता है। अभिकारकों और उत्पादों की संतुलन सांद्रता और संतुलन स्थिरांक K का मान अपरिवर्तित रहता है।

ऊष्मागतिकी में आदर्श गैस नियम को दर्शाते हुए गैस की आयतन मापने वाले 19वीं सदी के रसायनज्ञ।.

आदर्श गैस नियम (मोलर रूप)

आदर्श गैस नियम एक काल्पनिक आदर्श गैस के लिए अवस्था समीकरण है, जो विभिन्न परिस्थितियों में कई गैसों के व्यवहार का अनुमान लगाता है। मोलर रूप दाब (P), आयतन (V), मोल में पदार्थ की मात्रा (n) और परम तापमान (T) को सार्वभौमिक गैस स्थिरांक (R) के माध्यम से संबंधित करता है: PV = nRT।

ऊष्मागतिकी में वाष्प दाब और तापमान मापने के लिए प्रयोगशाला उपकरण।.

क्लॉसियस-क्लैपेयरॉन संबंध

क्लॉसियस-क्लैपेयरॉन संबंध किसी पदार्थ के अवस्था परिवर्तन (जैसे द्रव और वाष्प) के दौरान दाब और तापमान के बीच संबंध को दर्शाता है। जल वाष्प के लिए, यह दर्शाता है कि संतृप्त वाष्प दाब तापमान के साथ घातीय रूप से बढ़ता है। इसका अनुमानित रूप [latex]frac{dp}{dT} = frac{L}{T(V_v - V_l)} approx frac{L p}{R_v T^2}[/latex] है, जहाँ L गुप्त ऊष्मा है।

औद्योगिक परिवेश में विद्युत चुम्बकत्व के अनुप्रयोगों का प्रदर्शन करने वाला एडी करंट ब्रेक सिस्टम।.

भंवर धाराएँ (फूको की धाराएँ)

फैराडे के नियम के अनुसार, एड़ी धाराएँ चुंबकीय क्षेत्र में परिवर्तन के कारण थोक चालकों के भीतर उत्पन्न होने वाली विद्युत धारा के परवलय हैं। ये चुंबकीय क्षेत्र के लंबवत तलों में बंद परवलयों में प्रवाहित होती हैं। लेंज़ के नियम के अनुसार, ये धाराएँ अपना स्वयं का चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करती हैं जो बाह्य प्रवाह में परिवर्तन का विरोध करता है, जिससे प्रतिकर्षण बल और प्रतिरोधक ऊष्मा उत्पन्न होती है।

पेल्टियर और सीबेक उपकरणों के साथ ऊष्मागतिकीय प्रयोगशाला जो केल्विन संबंधों को दर्शाती है।.

केल्विन (थॉमसन) संबंध

केल्विन संबंध दो समीकरण हैं जो ऊष्मागतिक रूप से तीन ऊष्माविद्युत गुणांकों को आपस में जोड़ते हैं: पहला संबंध पेल्टियर गुणांक (πi) को सीबेक गुणांक (S) से निरपेक्ष तापमान (T) के माध्यम से जोड़ता है: πi = S ⋅T। दूसरा संबंध थॉमसन गुणांक (K) को सीबेक गुणांक के तापमान व्युत्पन्न से संबंधित करता है: K = T dS/dT।

सल्फ्यूरिक अम्ल इलेक्ट्रोलाइट में सीसा और सीसा डाइऑक्साइड इलेक्ट्रोड वाली सीसा-अम्ल बैटरी, इलेक्ट्रोकेमिस्ट्री।.

लेड-एसिड बैटरी

लेड-एसिड बैटरी पहली रिचार्जेबल बैटरी है, जिसका आविष्कार गैस्टन प्लांटे ने 1859 में किया था। यह सल्फ्यूरिक एसिड (H₂SO₄) इलेक्ट्रोलाइट में डूबे हुए लेड (Pb) एनोड और लेड डाइऑक्साइड (PbO₂) कैथोड का उपयोग करके काम करती है। डिस्चार्ज के दौरान, दोनों इलेक्ट्रोड लेड सल्फेट (PbSO₄) में परिवर्तित हो जाते हैं, यह प्रक्रिया चार्जिंग के दौरान उलट जाती है, जिससे ऊर्जा का भंडारण और पुन: उपयोग संभव हो पाता है।

(यदि तिथि अज्ञात है या प्रासंगिक नहीं है, उदाहरण के लिए "द्रव यांत्रिकी", तो इसके उल्लेखनीय उद्भव का एक अनुमानित आंकड़ा प्रदान किया गया है)