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एक आदर्श गैस की आंतरिक ऊर्जा और एन्थैल्पी

1845

James Prescott Joule

(यह छवि केवल उदाहरण के लिए बनाई गई है)

एक के लिए उत्तम गैसआंतरिक ऊर्जा (U) और एन्थैल्पी (H) केवल तापमान के फलन हैं। इनमें परिवर्तन निम्न द्वारा दिए जाते हैं: U = m c_v ΔT और H = m c_p ΔT, जहाँ c_v और c_p स्थिर आयतन पर विशिष्ट ऊष्माएँ हैं। दबावक्रमशः और को स्थिर माना जाता है।

आदर्श गैस मॉडल का एक मूलभूत सिद्धांत यह है कि इसकी आंतरिक ऊर्जा केवल इसके तापमान पर निर्भर करती है। जेम्स प्रेस्कॉट जूल ने अपने प्रसार प्रयोगों में इसे प्रयोगात्मक रूप से सिद्ध किया था। एक आदर्श गैस के लिए, आंतरिक ऊर्जा उसके घटक अणुओं की गतिज ऊर्जाओं का योग होती है। चूंकि तापमान औसत गतिज ऊर्जा का माप है, इसलिए आंतरिक ऊर्जा तापमान का एक फलन है। आदर्श गैस मॉडल स्थिर आयतन पर स्थिर विशिष्ट ऊष्मा, [latex]c_v[/latex] के माध्यम से एक रैखिक संबंध मानकर इसे और सरल बनाता है। इस प्रकार, विशिष्ट आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन [latex]Delta u = c_v Delta T[/latex] होता है।

Enthalpy ([latex]H[/latex]) is a thermodynamic potential defined as [latex]H = U + PV[/latex]. For a perfect gas, using the ideal gas law ([latex]PV = nRT[/latex]), enthalpy becomes [latex]H = U(T) + nRT[/latex], which is also a function of temperature only. The change in specific enthalpy is similarly given by [latex]\Delta h = c_p \Delta T[/latex], where [latex]c_p[/latex] is the constant specific heat at constant pressure. This simplification is immensely powerful in engineering, as it allows for straightforward calculation of energy changes in processes like compression, expansion, and heating without needing complex tables or equations of state, forming the basis for analyzing engines, refrigerators, and power plants.

प्रसरण का विश्लेषण (एनोवा), प्रयोगों का डिज़ाइन (DOE), ऊर्जा, तापीय धारिता, प्रक्रिया अनुकूलन, विशिष्ट ऊष्मा, ऊष्मागतिकी

UNESCO Nomenclature: 2212

ऊष्मागतिकी

Type

सैद्धांतिक मॉडल

व्यवधान

मूलभूत

उपयोग

व्यापक उपयोग

शगुन

ऊष्मागतिकी का पहला नियम
जूल के विस्तार का प्रयोग
आंतरिक ऊर्जा की अवधारणा
आदर्श गैस नियम
एन्थैल्पी की परिभाषा

आवेदन

ऊष्मागतिक चक्रों का विश्लेषण (उदाहरण के लिए, ब्रेटन, ओटो)
गैस प्रणालियों में ऊष्मा स्थानांतरण की गणना
हीट एक्सचेंजर का डिजाइन
गैस टर्बाइन और जेट इंजनों का मॉडलिंग
ऊर्जा संतुलन गणनाओं के लिए रासायनिक प्रक्रिया अभियांत्रिकी

पेटेंट:

संभावित नवाचार विचार

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संबंधित विषय: आंतरिक ऊर्जा, एन्थैल्पी, आदर्श गैस, जूल का प्रथम नियम, विशिष्ट ऊष्मा, तापमान, ऊष्मागतिकी, ऊर्जा संतुलन, ऊष्मा स्थानांतरण, ऊष्मागतिकीय चक्र।

ऐतिहासिक संदर्भ

ऐतिहासिक प्रयोगशाला के परिवेश में उत्प्रेरण का प्रयोग कर रहा रसायनज्ञ।.

कटैलिसीस

उत्प्रेरण वह प्रक्रिया है जिसमें उत्प्रेरक नामक पदार्थ को मिलाकर रासायनिक अभिक्रिया की गति को बढ़ाया जाता है। उत्प्रेरक अभिक्रिया में नष्ट नहीं होते और अपरिवर्तित रहते हैं। वे कम सक्रियण ऊर्जा (E_a) वाला एक वैकल्पिक अभिक्रिया मार्ग प्रदान करके कार्य करते हैं, जिससे समग्र ऊष्मागतिकी (ΔH) को बदले बिना अग्र और पश्च दोनों अभिक्रियाओं की गति बढ़ जाती है।

ईंधन सेल

फ्यूल सेल एक विद्युत रासायनिक उपकरण है जो ईंधन (आमतौर पर हाइड्रोजन) और ऑक्सीकरण एजेंट (अक्सर ऑक्सीजन) की रासायनिक ऊर्जा को सीधे बिजली में परिवर्तित करता है। बैटरी के विपरीत, इसे काम करने के लिए ईंधन और ऑक्सीकरण एजेंट की निरंतर बाहरी आपूर्ति की आवश्यकता होती है। इसके मुख्य घटक एनोड, कैथोड और उन्हें अलग करने वाला इलेक्ट्रोलाइट हैं, जो आयन परिवहन को सुगम बनाता है।

विद्युत उपकरणों वाली एक पुरानी प्रयोगशाला में जूल ताप का प्रदर्शन।.

जूल तापन और विद्युत शक्ति

जूल तापन, या ओमिक तापन, वह घटना है जिसमें किसी चालक से विद्युत धारा प्रवाहित होने पर ऊष्मा उत्पन्न होती है। ऊष्मा उत्पादन की दर, या क्षयित शक्ति (P), जूल के प्रथम नियम, P = VI द्वारा दी जाती है। इसे ओम के नियम के साथ मिलाकर, शक्ति को P = I²R या P = V²R के रूप में व्यक्त किया जा सकता है।

एक आदर्श गैस की आंतरिक ऊर्जा और एन्थैल्पी

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।

1835

1838

1841

1845

1850

1834

1836

1839-01-01

1842

1847

1850

पेल्टियर प्रभाव

पेल्टियर प्रभाव दो अलग-अलग चालकों के विद्युतीकृत जंक्शन पर होने वाली ऊष्मा या शीतलन की घटना है। जब दो भिन्न पदार्थों के बीच के जंक्शन से प्रत्यक्ष धारा प्रवाहित होती है, तो धारा की दिशा के आधार पर जंक्शन पर ऊष्मा उत्सर्जित या अवशोषित होती है। ऊष्मा स्थानांतरण की दर धारा के समानुपाती होती है (Q = π ± I)।

इलेक्ट्रोकेमिस्ट्री प्रयोगशाला सेटअप में तांबे और जस्ता इलेक्ट्रोड वाला डैनियल सेल।.

डेनियल सेल ऑपरेशन

वोल्टेइक पाइल का उन्नत रूप, डेनियल सेल में कॉपर(II) सल्फेट विलयन में एक कॉपर इलेक्ट्रोड और जिंक सल्फेट विलयन में एक जिंक इलेक्ट्रोड होता है, जो एक छिद्रयुक्त अवरोधक द्वारा अलग किए जाते हैं। यह दो-तरल संरचना कॉपर इलेक्ट्रोड पर हाइड्रोजन गैस के जमाव (ध्रुवीकरण) को रोकती है, जिसके परिणामस्वरूप लंबे समय तक अधिक स्थिर और विश्वसनीय वोल्टेज स्रोत प्राप्त होता है।

ठोस अवस्था भौतिकी में फोटोवोल्टाइक प्रभाव का प्रदर्शन करने वाली सौर पैनल स्थापना।.

फोटोवोल्टिक प्रभाव

फोटोवोल्टिक प्रभाव वह प्रक्रिया है जिसके द्वारा प्रकाश के संपर्क में आने पर किसी पदार्थ में वोल्टेज और विद्युत धारा उत्पन्न होती है। यह एक भौतिक और रासायनिक घटना है। इसका एक सामान्य अनुप्रयोग सौर सेल है, जो सूर्य के प्रकाश को सीधे बिजली में परिवर्तित करने के लिए इस प्रभाव का उपयोग करता है। यह प्रभाव प्रकाश के फोटॉनों द्वारा इलेक्ट्रॉनों को ऊर्जा की उच्च अवस्था में उत्तेजित करने पर आधारित है।

उष्मागतिकी उपकरणों और मेयर के संबंध समीकरणों वाली 19वीं सदी की प्रयोगशाला।.

मेयर का संबंध (ऊष्मगतिकी)

मेयर का संबंध आदर्श गैस की विशिष्ट ऊष्माओं को विशिष्ट गैस स्थिरांक (R_s) से जोड़ता है। यह संबंध है: c_p - c_v = R_s। मोलर विशिष्ट ऊष्माओं (C_p और C_v) के लिए, संबंध है: C_p - C_v = R, जहाँ R सार्वभौमिक गैस स्थिरांक है। इससे यह स्पष्ट होता है कि c_p हमेशा c_v से अधिक होता है।

ऊर्जा संरक्षण

एक मूलभूत सिद्धांत यह बताता है कि पृथक प्रणालियों की कुल ऊर्जा समय के साथ स्थिर रहती है। ऊर्जा न तो सृजित की जा सकती है और न ही नष्ट की जा सकती है, इसे केवल एक रूप से दूसरे रूप में रूपांतरित किया जा सकता है, जैसे कि स्थितिज ऊर्जा से गतिज ऊर्जा में। शास्त्रीय यांत्रिकी में, केवल संरक्षी बलों वाली प्रणालियों के लिए, कुल यांत्रिक ऊर्जा [latex]E = T + V[/latex] संरक्षित रहती है।

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।