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आदर्श गैस नियम (मोलर रूप)

1850

Benoît Paul Émile Clapeyron

(यह छवि केवल उदाहरण के लिए बनाई गई है)

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 संबंधित करता है दबाव ([latex]P[/latex]), आयतन ([latex]V[/latex]), मोल में पदार्थ की मात्रा ([latex]n[/latex]), और सार्वभौमिक गैस स्थिरांक ([latex]R[/latex]) के माध्यम से निरपेक्ष तापमान ([latex]T[/latex]): [latex]PV = nRT[/latex].

The ideal gas law, expressed as [latex]PV = nRT[/latex], is a cornerstone of thermodynamics and physical chemistry. It was first stated by Benoît Paul Émile Clapeyron in 1834 as a combination of the empirical laws of Boyle, Charles, Gay-Lussac, and Avogadro. This equation of state provides a remarkably accurate approximation for the behavior of many gases under conditions of moderate temperature and low pressure. In the equation, [latex]P[/latex] represents the absolute pressure, [latex]V[/latex] is the volume, [latex]n[/latex] is the number of moles of the gas, and [latex]T[/latex] is the absolute temperature in Kelvin.

समानुपाती स्थिरांक, R, को सार्वभौमिक गैस स्थिरांक के रूप में जाना जाता है। इसका मान सभी गैसों के लिए समान होता है और लगभग 8.314 जूल/(मोल·के) होता है। इस नियम की शक्ति गैस के चार स्थूल अवस्था चरों को एक सरल सूत्र में संबंधित करने की क्षमता में निहित है। इससे किसी भी एक चर की गणना करना संभव हो जाता है यदि अन्य तीन चर ज्ञात हों। इस नियम द्वारा वर्णित गैस की "आदर्श" प्रकृति दो प्रमुख मान्यताओं से उत्पन्न होती है: गैस कणों का आयतन नगण्य होता है, और उनके बीच कोई अंतर-आणविक आकर्षण या प्रतिकर्षण बल नहीं होता है। यद्यपि कोई भी वास्तविक गैस पूरी तरह से आदर्श नहीं होती है, नाइट्रोजन, ऑक्सीजन और आर्गन जैसी कई सामान्य गैसें मानक परिस्थितियों में लगभग आदर्श व्यवहार करती हैं, जिससे यह नियम व्यावहारिक अनुप्रयोगों के लिए अत्यंत उपयोगी हो जाता है।

रसायन विज्ञान, पर्यावरण इंजीनियरिंग, गैस, यांत्रिक अभियांत्रिकी, प्रक्रिया, उत्पाद विकास, गुणवत्ता प्रबंधन, नवीकरणीय ऊर्जा, ऊष्मागतिकी

UNESCO Nomenclature: 2210

ऊष्मागतिकी

Type

सार प्रणाली

व्यवधान

मूलभूत

उपयोग

व्यापक उपयोग

शगुन

बॉयल का नियम (1662)
चार्ल्स का कानून (1787)
गे-लुसैक का कानून (1802)
एवोगैड्रो का नियम (1811)
डाल्टन का परमाणु सिद्धांत
निरपेक्ष तापमान (केल्विन) की अवधारणा

आवेदन

रासायनिक अभियांत्रिकी प्रक्रिया डिजाइन
मौसम विज्ञान और मौसम पूर्वानुमान
गैस के घनत्व और मोलर द्रव्यमान की गणना करना
ऊष्मागतिक चक्र विश्लेषण (उदाहरण के लिए, कार्नोट चक्र)
स्कूबा डाइविंग गैस मिश्रण गणना

पेटेंट:

संभावित नवाचार विचार

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संबंधित विषय: आदर्श गैस, अवस्था समीकरण, दाब, आयतन, तापमान, मोल, गैस स्थिरांक, ऊष्मागतिकी, क्लैपेयरॉन, भौतिक रसायन विज्ञान।

ऐतिहासिक संदर्भ

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।

आदर्श गैस नियम (मोलर रूप)

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।

1850

1851

1854

1850

1851

1852

1859

एक प्रयोगशाला में शोधकर्ता सिंथेटिक पॉलिमर के विस्कोइलास्टिक गुणों का परीक्षण कर रहा है।.

viscoelasticity

विस्कोइलास्टिसिटी पदार्थों का वह गुण है जो विरूपण के दौरान श्यान और प्रत्यास्थ दोनों विशेषताओं को प्रदर्शित करता है। शहद जैसे श्यान पदार्थ अपरूपण प्रवाह का प्रतिरोध करते हैं और तनाव लागू होने पर समय के साथ रैखिक रूप से विकृत होते हैं। रबर बैंड जैसे प्रत्यास्थ पदार्थ खींचने पर विकृत होते हैं और तनाव हटने पर शीघ्र ही अपनी मूल अवस्था में लौट आते हैं। विस्कोइलास्टिक पदार्थों में इन दोनों गुणों के तत्व मौजूद होते हैं।

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।

19वीं सदी का प्रयोगशाला दृश्य जिसमें लुडविग बोल्ट्ज़मान सांख्यिकीय ऊष्मागतिकी में आदर्श गैस नियम का अध्ययन कर रहे हैं।.

आदर्श गैस नियम (सांख्यिकीय रूप)

आदर्श गैस नियम का सांख्यिकीय यांत्रिकी सूत्रीकरण गैस के सूक्ष्म गुणों के संदर्भ में संबंध को व्यक्त करता है। यह दाब (P) और आयतन (V) को कणों की कुल संख्या (N) और निरपेक्ष तापमान (T) से बोल्ट्ज़मैन स्थिरांक (k_B) के माध्यम से संबंधित करता है: PV = Nk_BT।

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।

(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)