ऊष्मागतिकी: अध्ययन गाइड

मुख्य विचार

ऊष्मागतिकी ऊष्मा, कार्य और आंतरिक ऊर्जा का लेखा रखती है। पहला नियम ऊर्जा संरक्षण है, दूसरा बताता है कि ऊष्मा इंजन पूर्णतः दक्ष नहीं हो सकते, और तापमान केल्विन में होने चाहिए।

• आदर्श गैस नियम PV = nRT दाब, आयतन, मात्रा और परम ताप को जोड़ता है। हमेशा केल्विन लें (K = °C + 273.15)।
• ताप बदलने के लिए आवश्यक ऊष्मा Q = mcΔT है। प्रावस्था परिवर्तन में नियत ताप पर ऊष्मा लगती है: Q = mL।
• पहला नियम ΔU = Q − W है, जहाँ W निकाय द्वारा किया गया कार्य है।
• T_h और T_c के बीच चलने वाला कोई इंजन कार्नो दक्षता 1 − T_c ÷ T_h से अधिक नहीं हो सकता। विलगित निकाय की एंट्रॉपी कभी घटती नहीं।

मुख्य समीकरण

• PV = nRT
• Q = mcΔT
• ΔU = Q − W
• η_Carnot = 1 − T_c ÷ T_h
• ΔS = Q ÷ T
• P = kAΔT ÷ d

हल किया हुआ उदाहरण

एक ऊष्मा इंजन 500 K और 300 K के बीच चलता है। अधिकतम (कार्नो) दक्षता 1 − 300 ÷ 500 = 0.40 यानी 40 % है। यदि वह प्रति चक्र गर्म भंडार से 1000 J लेता है, तो अधिकतम 400 J कार्य कर सकता है और कम से कम 600 J ठंडे भंडार को देना पड़ेगा।

आम गलतियाँ

• गैस नियम या कार्नो सूत्र में °C में तापमान रखना। उनमें केल्विन चाहिए।
• कार्य का चिह्न भूल जाना: ΔU = Q − W में गैस द्वारा किया गया कार्य धनात्मक और गैस पर किया गया कार्य ऋणात्मक होता है।
• ऊष्मा और तापमान को एक ही राशि मानना। ऊष्मा स्थानांतरित ऊर्जा है; तापमान कणों की औसत ऊर्जा मापता है।

अभ्यास

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