ऊष्मागतिकी

ऊष्मागतिकी भौतिकी की वह शाखा है जो ऊष्मा और ऊर्जा के अन्य रूपों के साथ उसके संबंध से निपटती है। यह वर्णन करती है कि ऊष्मीय ऊर्जा कैसे स्थानांतरित और रूपांतरित होती है, और यह द्रव्य के स्थूल गुणधर्मों को कैसे प्रभावित करती है। ऊष्मागतिकी के चार नियम इन प्रक्रियाओं को समझने के लिए एक ढांचा प्रदान करते हैं।

पहला नियम कहता है कि ऊर्जा न तो बनाई जा सकती है और न ही नष्ट की जा सकती है, केवल स्थानांतरित या रूपांतरित की जा सकती है। दूसरा नियम कहता है कि एक एकांकी प्रणाली की एन्ट्रॉपी समय के साथ हमेशा बढ़ती है। तीसरा नियम कहता है कि परम शून्य पर एक पूर्ण क्रिस्टल की एन्ट्रॉपी शून्य होती है। चौथा नियम कहता है कि जैसे-जैसे तापमान परम शून्य की ओर बढ़ता है, प्रणाली की एन्ट्रॉपी एक नियत मान की ओर बढ़ती है।

इन नियमों के हमारे ब्रह्मांड की समझ पर महत्वपूर्ण प्रभाव हैं। उदाहरण के लिए, ऊष्मागतिकी का दूसरा नियम हमें बताता है कि ब्रह्मांड लगातार अधिक अव्यवस्थित होता जा रहा है, और अंततः सभी तारे बुझ जाएंगे और ब्रह्मांड अधिकतम एन्ट्रॉपी की अवस्था तक पहुंच जाएगा।

ऊष्मागतिकी क्या है?

ऊष्मागतिकी क्या है?

ऊष्मागतिकी भौतिकी की वह शाखा है जो ऊष्मा और ऊर्जा के अन्य रूपों के साथ उसके संबंध से निपटती है। यह एक मौलिक विज्ञान है जिसके अनुप्रयोग कई क्षेत्रों में हैं, जैसे कि अभियांत्रिकी, रसायन विज्ञान, जीव विज्ञान और पर्यावरण विज्ञान।

ऊष्मागतिकी के मूलभूत सिद्धांत ऊष्मागतिकी के नियमों पर आधारित होते हैं, जो यह वर्णन करते हैं कि ऊष्मा और ऊर्जा भौतिक प्रणालियों में कैसे व्यवहार करती है। ऊष्मागतिकी के चार नियम हैं:

• ऊष्मागतिकी का शून्यवाँ नियम: यदि दो प्रणालियाँ किसी तीसरी प्रणाली के साथ ऊष्मीय साम्यावस्था में हैं, तो वे एक-दूसरे के साथ भी ऊष्मीय साम्यावस्था में हैं।
• ऊष्मागतिकी का प्रथम नियम: ऊर्जा को न तो बनाया जा सकता है और न ही नष्ट किया जा सकता है, लेकिन इसे एक रूप से दूसरे रूप में स्थानांतरित किया जा सकता है।
• ऊष्मागतिकी का द्वितीय नियम: एक एकांकी प्रणाली की एन्ट्रॉपी समय के साथ हमेशा बढ़ती है।
• ऊष्मागतिकी का तृतीय नियम: परम शून्य ताप पर एक पूर्ण क्रिस्टल की एन्ट्रॉपी शून्य होती है।

ये नियम भौतिक प्रणालियों में ऊष्मा और ऊर्जा के प्रवाह को समझने के लिए एक ढांचा प्रदान करते हैं। इनका उपयोग विभिन्न परिस्थितियों में प्रणालियों के व्यवहार की भविष्यवाणी करने के लिए किया जा सकता है, जैसे कि ऊष्मा इंजनों का संचालन, प्रशीतन प्रणालियों का डिज़ाइन, और रासायनिक अभिक्रियाओं का अध्ययन।

ऊष्मागतिकी के उदाहरण

यहाँ कुछ उदाहरण दिए गए हैं कि ऊष्मागतिकी का उपयोग विभिन्न क्षेत्रों में कैसे किया जाता है:

• इंजीनियरिंग: ऊष्मागतिकी का उपयोग ऊष्मा इंजन, प्रशीतन प्रणालियों और अन्य उपकरणों को डिज़ाइन और अनुकूलित करने के लिए किया जाता है जो ऊष्मा को कार्य में या कार्य को ऊष्मा में रूपांतरित करते हैं।
• रसायन विज्ञान: ऊष्मागतिकी का उपयोग रासायनिक अभिक्रियाओं का अध्ययन करने और रासायनिक प्रणालियों की साम्य संरचना की भविष्यवाणी करने के लिए किया जाता है।
• जीव विज्ञान: ऊष्मागतिकी का उपयोग कोशिकाओं और जीवों की ऊर्जा चयापचय का अध्ययन करने और यह समझने के लिए किया जाता है कि जीवित प्रणालियाँ होमियोस्टेसिस कैसे बनाए रखती हैं।
• पर्यावरण विज्ञान: ऊष्मागतिकी का उपयोग पर्यावरण में ऊष्मा और ऊर्जा के स्थानांतरण का अध्ययन करने और यह समझने के लिए किया जाता है कि मानव गतिविधियाँ जलवायु पर क्या प्रभाव डालती हैं।

ऊष्मागतिकी एक शक्तिशाली उपकरण है जिसका उपयोग प्राकृतिक संसार की विभिन्न घटनाओं को समझने के लिए किया जा सकता है। यह एक मौलिक विज्ञान है जिसके अनेक क्षेत्रों में अनुप्रयोग हैं, और यह अनुसंधान का एक सक्रिय क्षेत्र बना हुआ है।

जेईई मेन के लिए ऊष्मागतिकी का तीव्र पुनरावलोकन

संक्षिप्त नोट्स

• ऊष्मागतिकी भौतिकी की वह शाखा है जो ऊष्मा और ऊर्जा के अन्य रूपों के साथ उसके संबंध से संबंधित है।
• ऊष्मागतिकी का प्रथम नियम कहता है कि ऊर्जा को न तो बनाया जा सकता है और न ही नष्ट किया जा सकता है, केवल स्थानांतरित या रूपांतरित किया जा सकता है।
• ऊष्मागतिकी का द्वितीय नियम कहता है कि किसी बंद प्रणाली की एन्ट्रॉपी समय के साथ सदैव बढ़ती है।
• एन्ट्रॉपी किसी प्रणाली की अव्यवस्था का माप है।
• ऊष्मा एक वस्तु से दूसरी वस्तु में ऊष्मीय ऊर्जा का स्थानांतरण है।
• कार्य किसी बल के माध्यम से एक वस्तु से दूसरी वस्तु में ऊर्जा का स्थानांतरण है।
• आंतरिक ऊर्जा किसी प्रणाली के कणों की गतिज और स्थितिज ऊर्जाओं का योग है।
• एन्थैल्पी किसी प्रणाली की आंतरिक ऊर्जा और उसके दाब तथा आयतन के गुणनफल का योग है।
• गिब्स मुक्त ऊर्जा नियत ताप और दाब पर किसी प्रणाली द्वारा किया जा सकने वाला अधिकतम कार्य है।

पिछले वर्ष के प्रश्न (PYQs)

1. एक गैस को 10 L आयतन से संपीड़ित कर 5 L आयतन किया जाता है। गैस का दाब 1 atm से बढ़कर 2 atm हो जाता है। गैस द्वारा किया गया कार्य क्या है?

2. 0°C पर 100 g बर्फ का एक खंड कैलोरीमीटर में रखा जाता है जिसमें 20°C पर 100 g जल है। मिश्रण का अंतिम तापमान क्या होगा?

3. एक ऊष्मा इंजन 100°C के गर्म जलाशय और 20°C के ठंडे जलाशय के बीच कार्य करता है। इंजन प्रति चक्र 100 J कार्य करता है। इंजन की दक्षता क्या है?

हल

1. गैस द्वारा किया गया कार्य सूत्र द्वारा दिया जाता है:

$$W = -P\Delta V$$

जहाँ:

• W किया गया कार्य है (जौल में)
• P दबाव है (पास्कल में)
• ΔV आयतन में परिवर्तन है (घन मीटर में)

इस स्थिति में, P = 1 atm = 101,325 Pa, ΔV = -5 L = -0.005 m³, इसलिए:

$$W = -(101,325 Pa)(-0.005 m³) = 506.625 J$$

इसलिए, गैस द्वारा किया गया कार्य 506.625 J है।

2. बर्फ द्वारा अवशोषित ऊष्मा निम्न सूत्र द्वारा दी जाती है:

$$Q = mc\Delta T$$

जहाँ:

• Q अवशोषित ऊष्मा है (जौल में)
• m बर्फ का द्रव्यमान है (किलोग्राम में)
• c बर्फ की विशिष्ट ऊष्मा धारिता है (जौल प्रति किलोग्राम-केल्विन में)
• ΔT तापमान में परिवर्तन है (केल्विन में)

इस स्थिति में, m = 0.1 kg, c = 2090 J/kg-K, और ΔT = 20°C = 20 K, इसलिए:

$$Q = (0.1 kg)(2090 J/kg-K)(20 K) = 4180 J$$

इसलिए, बर्फ द्वारा अवशोषित ऊष्मा 4180 J है।

पानी द्वारा मुक्त ऊष्मा निम्न सूत्र द्वारा दी जाती है:

$$Q = mc\Delta T$$

जहाँ:

• Q मुक्त ऊष्मा है (जौल में)
• m पानी का द्रव्यमान है (किलोग्राम में)
• c पानी की विशिष्ट ऊष्मा धारिता है (जौल प्रति किलोग्राम-केल्विन में)
• ΔT तापमान में परिवर्तन है (केल्विन में)

इस स्थिति में, m = 0.1 kg, c = 4180 J/kg-K, और ΔT = -20°C = -20 K, इसलिए:

$$Q = (0.1 kg)(4180 J/kg-K)(-20 K) = -8360 J$$

इसलिए, पानी द्वारा मुक्त ऊष्मा -8360 J है।

मिश्रण द्वारा कुल अवशोषित ऊष्मा है:

$$Q = Q_{ice} + Q_{water} = 4180 J - 8360 J = -4180 J$$

इसलिए, मिश्रण का अंतिम तापमान है:

$$T_f = T_i + \frac{Q}{mc}$$

जहाँ:

• Tf अंतिम तापमान है (केल्विन में)
• Ti प्रारंभिक तापमान है (केल्विन में)
• Q अवशोषित कुल ऊष्मा है (जूल में)
• m मिश्रण का कुल द्रव्यमान है (किलोग्राम में)
• c मिश्रण की विशिष्ट ऊष्मा धारिता है (जूल प्रति किलोग्राम-केल्विन में)

इस स्थिति में, Ti = 20°C = 293 K, Q = -4180 J, m = 0.2 kg, और c = 4180 J/kg-K, इसलिए:

$$T_f = 293 K + \frac{-4180 J}{(0.2 kg)(4180 J/kg-K)} = 273 K$$

इसलिए, मिश्रण का अंतिम तापमान 273 K है, या 0°C।

3. ऊष्मा इंजन की दक्षता सूत्र द्वारा दी जाती है:

$$\eta = \frac{W}{Q_h}$$

जहाँ:

• η दक्षता है
• W किया गया कार्य है (जूल में)
• Qh गर्म रिसेप्टैकल से अवशोषित ऊष्मा है (जूल में)

इस स्थिति में, W = 100 J और Qh = 100°C - 20°C = 80°C = 353 K, इसलिए:

$$\eta = \frac{100 J}{353 K} = 0.283$$

इसलिए, इंजन की दक्षता 0.283 है, या 28.3%।

ऊष्मागतिकी की मूलभूत अवधारणाएँ – ऊष्मागतिकीय पद

ऊष्मागतिकी की मूलभूत अवधारणाएँ – ऊष्मागतिकीय पद

ऊष्मागतिकी भौतिकी की वह शाखा है जो ऊष्मा और ऊर्जा के अन्य रूपों के साथ उसके संबंध से संबंधित है। यह एक मूलभूत विज्ञान है जिसका अभियांत्रिकी, रसायन विज्ञान और जीव विज्ञान जैसे कई क्षेत्रों में उपयोग होता है।

ऊष्मागतिकीय पद

• सिस्टम: एक सिस्टम वह अंतरिक्ष का क्षेत्र है जिसका अध्ययन किया जा रहा है। सिस्टम कुछ भी हो सकता है, एक एकल परमाणु से लेकर पूरे ब्रह्मांड तक।
• परिवेश: परिवेश वह सब कुछ है जो सिस्टम के बाहर है। परिवेश सिस्टम के साथ परस्पर क्रिया कर सकता है, लेकिन वह सिस्टम का हिस्सा नहीं होता।
• सीमा: सीमा वह सतह है जो सिस्टम को परिवेश से अलग करती है। सीमा वास्तविक या काल्पनिक हो सकती है।
• स्थिति: किसी सिस्टम की स्थिति उसके गुणों का पूर्ण वर्णन है। सिस्टम की स्थिति को कई चरों द्वारा निर्दिष्ट किया जा सकता है, जैसे तापमान, दबाव और आयतन।
• प्रक्रिया: प्रक्रिया किसी सिस्टम की स्थिति में परिवर्तन है। प्रक्रिया सिस्टम के परिवेश में परिवर्तन के कारण हो सकती है, या यह सिस्टम में ही परिवर्तन के कारण हो सकती है।
• ऊष्मा: ऊष्मा एक सिस्टम से दूसरे सिस्टम में ऊष्मीय ऊर्जा का स्थानांतरण है। ऊष्मा हमेशा गर्म सिस्टम से ठंडे सिस्टम की ओर बहती है।
• कार्य: कार्य बल के माध्यम से एक सिस्टम से दूसरे सिस्टम में ऊर्जा का स्थानांतरण है। कार्य किसी सिस्टम पर किया जा सकता है, या यह किसी सिस्टम द्वारा किया जा सकता है।
• आंतरिक ऊर्जा: किसी सिस्टम की आंतरिक ऊर्जा सिस्टम में उपस्थित कणों की गतिज और स्थितिज ऊर्जा का योग है। सिस्टम की आंतरिक ऊर्जा को सिस्टम में ऊष्मा जोड़कर बढ़ाया जा सकता है, या इसे सिस्टम पर कार्य करके घटाया जा सकता है।
• एन्ट्रॉपी: एन्ट्रॉपी किसी सिस्टम की अव्यवस्था का माप है। सिस्टम की एन्ट्रॉपी को सिस्टम में ऊष्मा जोड़कर बढ़ाया जा सकता है, या इसे सिस्टम पर कार्य करके घटाया जा सकता है।

उष्मागतिकी पदों के उदाहरण

• एक कप गर्म कॉफ़ी: कप में गर्म कॉफ़ी प्रणाली है। कमरे के तापमान की हवा परिवेश है। सीमा कॉफ़ी के कप की सतह है। प्रणाली की अवस्था कॉफ़ी के तापमान, दाब और आयतन द्वारा निर्दिष्ट की जाती है। कॉफ़ी पीने की प्रक्रिया प्रणाली की अवस्था में परिवर्तन है। कॉफ़ी से व्यक्ति के मुँह तक स्थानांतरित होने वाली ऊष्मा ऊष्मा है। कॉफ़ी पीने के लिए व्यक्ति द्वारा किया गया कार्य कार्य है। कॉफ़ी की आंतरिक ऊर्जा कॉफ़ी में उपस्थित कणों की गतिज और स्थितिज ऊर्जाओं का योग है। कॉफ़ी की एन्ट्रॉपी कॉफ़ी की अव्यवस्था का माप है।
• एक कार का इंजन: कार का इंजन प्रणाली है। हवा और ईंधन का मिश्रण परिवेश है। सीमा इंजन की सतह है। प्रणाली की अवस्था हवा और ईंधन मिश्रण के तापमान, दाब और आयतन द्वारा निर्दिष्ट की जाती है। दहन की प्रक्रिया प्रणाली की अवस्था में परिवर्तन है। दहन द्वारा निर्मित ऊष्मा ऊष्मा है। इंजन द्वारा किया गया कार्य कार्य है। हवा और ईंधन मिश्रण की आंतरिक ऊर्जा हवा और ईंधन मिश्रण में उपस्थित कणों की गतिज और स्थितिज ऊर्जाओं का योग है। हवा और ईंधन मिश्रण की एन्ट्रॉपी हवा और ईंधन मिश्रण की अव्यवस्था का माप है।

ऊष्मागतिकी एक जटिल विषय है, लेकिन यह बहुत महत्वपूर्ण भी है। ऊष्मागतिकी की मूलभूत अवधारणाओं का उपयोग विभिन्न प्रकार की घटनाओं को समझने के लिए किया जा सकता है, जैसे गैसों के व्यवहार से लेकर ऊष्मा इंजनों के संचालन तक।

ऊष्मागतिक गुण

ऊष्मागतिक गुण

ऊष्मागतिक गुण भौतिक गुण होते हैं जो किसी ऊष्मागतिक तंत्र की स्थिति का वर्णन करते हैं। इनका उपयोग ऊर्जा, एन्ट्रॉपी और अन्य ऊष्मागतिक मात्राओं में होने वाले परिवर्तनों की गणना करने के लिए किया जाता है जब कोई तंत्र अपनी स्थिति में परिवर्तन से गुजरता है।

सबसे सामान्य ऊष्मागतिक गुण हैं:

• तापमान तंत्र में कणों की औसत गतिज ऊर्जा का माप है।
• दाब तंत्र द्वारा अपने परिवेश पर लगाए गए बल का माप है।
• आयतन तंत्र द्वारा घिरे गए स्थान की मात्रा का माप है।
• द्रव्यमान तंत्र में पदार्थ की मात्रा का माप है।
• ऊर्जा तंत्र द्वारा किए जा सकने वाले कुल कार्य की मात्रा का माप है।
• एन्ट्रॉपी तंत्र की अव्यवस्था का माप है।

इन गुणों को कई ऊष्मागतिक समीकरणों द्वारा आपस में जोड़ा जाता है, जैसे आदर्श गैस नियम:

$$PV = nRT$$

जहाँ:

• P गैस का दाब है
• V गैस का आयतन है
• n गैस के मोलों की संख्या है
• R आदर्श गैस नियतांक है
• T गैस का तापमान है

ऊष्मागतिक गुणों का उपयोग कई अन्य ऊष्मागतिक मात्राओं की गणना करने के लिए किया जा सकता है, जैसे:

• ऊष्मा धारिता एक माप है उस ऊष्मा की मात्रा का जिसे एक तंत्र को एक डिग्री सेल्सियस तापमान बढ़ाने के लिए अवशोषित करना पड़ता है।
• एन्ट्रॉपी परिवर्तन एक माप है तंत्र में अव्यवस्था के परिवर्तन का जब वह अवस्था में परिवर्तन से गुजरता है।
• गिब्स मुक्त ऊर्जा एक माप है अधिकतम कार्य की मात्रा का जो एक तंत्र स्थिर तापमान और दबाव पर कर सकता है।

ऊष्मागतिक गुण तंत्रों के व्यवहार को समझने के लिए अत्यावश्यक हैं। इनका उपयोग विविध अनुप्रयोगों में किया जाता है, जैसे:

• इंजीनियरिंग
• रसायन विज्ञान
• जीव विज्ञान
• सामग्री विज्ञान
• पर्यावरण विज्ञान

ऊष्मागतिक गुणों के उदाहरण

निम्नलिखित कुछ ऊष्मागतिक गुणों के उदाहरण हैं:

• एक कमरे का तापमान कमरे की हवा में कणों की औसत गतिज ऊर्जा का माप है।
• एक टायर का दबाव टायर के अंदर की हवा द्वारा टायर की दीवारों पर लगाए गए बल का माप है।
• एक गुब्बारे का आयतन गुब्बारे द्वारा घेरे गए स्थान की मात्रा का माप है।
• एक व्यक्ति का द्रव्यमान व्यक्ति के शरीर में पदार्थ की मात्रा का माप है।
• एक भोजन की ऊर्जा सामग्री भोजन द्वारा किए जा सकने वाले कुल कार्य की मात्रा का माप है।
• ताश की एक गड्डी की एन्ट्रॉपी ताश की गड्डी में अव्यवस्था का माप है।

ये कुछ उदाहरण मात्र हैं अनेक ऊष्मागतिक गुणधर्मों के। ऊष्मागतिक गुणधर्म ऊष्मागतिक तंत्रों के व्यवहार को समझने के लिए अत्यावश्यक हैं और इनका उपयोग विविध अनुप्रयोगों में होता है।

ऊष्मागतिक हल किए गए प्रश्न

उदाहरण 1: आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन की गणना

एक गैस 10 लीटर से 20 लीटर आयतन तक 1 वायुमंडल स्थिर दाब पर फैलती है। गैस का प्रारंभिक ताप 25°C है और अंतिम ताप 50°C है। गैस की आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन की गणना कीजिए।

हल:

गैस की आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन निम्न सूत्र से की जाती है:

ΔU = Q - W

जहाँ:

• ΔU आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन है
• Q गैस में डाली गई ऊष्मा है
• W गैस द्वारा किया गया कार्य है

इस स्थिति में गैस में डाली गई ऊष्मा निम्न सूत्र से गणना की जाती है:

Q = mcΔT

जहाँ:

• m गैस का द्रव्यमान है
• c गैस की विशिष्ट ऊष्मा धारिता है
• ΔT ताप में परिवर्तन है

गैस द्वारा किया गया कार्य निम्न सूत्र से गणना किया जाता है:

W = -PΔV

जहाँ:

• P गैस का दाब है
• ΔV आयतन में परिवर्तन है

दिए गए मानों को इन सूत्रों में रखने पर हमें प्राप्त होता है:

Q = (1 मोल)(20.79 J/mol-K)(50°C - 25°C) = 519.75 J
W = -(1 atm)(20 L - 10 L) = -101.325 J
ΔU = 519.75 J - (-101.325 J) = 621.075 J
**

इस प्रकार गैस की आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन 621.075 J है।

**उदाहरण 2: एक ठोस की ऊष्मा धारिता की गणना**

100 ग्राम के एक तांबे के नमूने को 25°C से 100°C तक गरम किया जाता है। तांबे में डाली गई ऊष्मा 3.96 kJ है। तांबे की ऊष्मा धारिता की गणना कीजिए।

**हल:**

किसी ठोस की ऊष्मा धारिता निम्न सूत्र से निकाली जा सकती है:

c = Q/mΔT

जहाँ:

* c ऊष्मा धारिता है
* Q ठोस में डाली गई ऊष्मा है
* m ठोस का द्रव्यमान है
* ΔT तापमान परिवर्तन है

दिए गए मानों को इस सूत्र में रखने पर:

c = (3.96 kJ)/(100 g)(100°C - 25°C) = 0.396 J/g-°C

इसलिए तांबे की ऊष्मा धारिता 0.396 J/g-°C है।

##### ऊष्मागतिकी के नियम

**ऊष्मागतिकी के नियम**

ऊष्मागतिकी के नियम सिद्धांतों का एक समूह है जो ऊर्जा के ऊष्मागतिकीय तंत्रों में व्यवहार को वर्णित करते हैं। इनका उपयोग स्वतः प्रक्रमों की दिशा की भविष्यवाणी करने और ऊष्मा इंजनों की दक्षता की गणना करने के लिए किया जाता है।

**ऊष्मागतिकी का प्रथम नियम**

ऊष्मागतिकी का प्रथम नियम कहता है कि ऊर्जा न तो बनाई जा सकती है और न ही नष्ट की जा सकती है, केवल स्थानांतरित या रूपांतरित की जा सकती है। इसका अर्थ है कि किसी बंद तंत्र में ऊर्जा की कुल मात्रा स्थिर रहती है।

उदाहरण के लिए, जब आप कोयले का एक टुकड़ा जलाते हैं, तो कोयले में संचित रासायनिक ऊर्जा ऊष्मा ऊर्जा में रूपांतरित हो जाती है। तंत्र (कोयला और वायु) में ऊर्जा की कुल मात्रा समान रहती है।

**ऊष्मागतिकी का द्वितीय नियम**

द्वितीय ऊष्मागतिकी नियम कहता है कि एक बंद प्रणाली की एन्ट्रॉपी समय के साथ हमेशा बढ़ती है। एन्ट्रॉपी किसी प्रणाली की अव्यवस्था का माप है। जितनी अधिक अव्यवस्था एक प्रणाली में होती है, उतनी ही उसकी एन्ट्रॉपी अधिक होती है।

उदाहरण के लिए, जब आप अंडे को फेंटते हैं, तो अंडे की एन्ट्रॉपी बढ़ जाती है। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि अंडे की सफेदी और पीला भाग आपस में मिल जाते हैं, और अणु अब नियमित पैटर्न में व्यवस्थित नहीं रहते।

**ऊष्मागतिकी का तृतीय नियम**

ऊष्मागतिकी का तृतीय नियम कहता है कि परम शून्य ताप पर एक उत्तम क्रिस्टल की एन्ट्रॉपी शून्य होती है। इसका अर्थ है कि एक उत्तम क्रिस्टल पूर्णतः क्रमबद्ध होता है, और उसमें कोई अव्यवस्था नहीं होती।

ऊष्मागतिकी का तृतीय नियम द्वितीय नियम का परिणाम है। यदि किसी प्रणाली की एन्ट्रॉपी कभी घट नहीं सकती, तो ताप के परम शून्य की ओर बढ़ने पर उसे शून्य की ओर अग्रसर होना चाहिए।

**ऊष्मागतिकी के नियमों के अनुप्रयोग**

ऊष्मागतिकी के नियमों के अभियांत्रिकी, रसायन विज्ञान और जीव विज्ञान में कई अनुप्रयोग हैं। कुछ उदाहरण इस प्रकार हैं:

* ऊष्मागतिकी के नियमों का उपयोग ऊष्मा इंजनों को डिज़ाइन करने में किया जाता है, जो ऊष्मा ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में बदलते हैं।
* ऊष्मागतिकी के नियमों का उपयोग रेफ्रिजरेटरों और एयर कंडीशनरों की दक्षता की गणना करने में किया जाता है।
* ऊष्मागतिकी के नियमों का उपयोग रासायनिक अभिक्रियाओं का अध्ययन करने और उन अभिक्रियाओं के उत्पादों की भविष्यवाणी करने में किया जाता है।
* ऊष्मागतिकी के नियमों का उपयोग जैविक प्रक्रियाओं, जैसे कि भोजन का चयापचय, का अध्ययन करने में किया जाता है।

**उदाहरण:**

* **मानव शरीर:** हमारे शरीर लगातार अपने आस-पास के वातावरण के साथ ऊष्मा का आदान-प्रदान करते हैं। जब हम अधिक गर्म होते हैं, तो हम ठंडे होने के लिए पसीना बहाते हैं। जब हम अधिक ठंडे होते हैं, तो हम ऊष्मा उत्पन्न करने के लिए कांपते हैं। यह प्रक्रिया हमारे शरीर के थर्मोस्टैट द्वारा नियंत्रित होती है, जो हाइपोथैलेमस में स्थित होता है।
* **खाना पकाना:** जब हम भोजन पकाते हैं, तो हम उसकी रासायनिक संरचना को बदलने के लिए ऊष्मा का उपयोग करते हैं। उदाहरण के लिए, जब हम मांस पकाते हैं, तो मांस में मौजूद प्रोटीन टूट जाते हैं और अधिक नरम हो जाते हैं।
* **रेफ्रिजरेशन:** रेफ्रिजरेटर भोजन से ऊष्मा को हटाकर काम करते हैं। यह भोजन को खराब होने से रोकता है क्योंकि यह बैक्टीरिया की वृद्धि को धीमा कर देता है।
* **एयर कंडीशनिंग:** एयर कंडीशनर वायु से ऊष्मा को हटाकर काम करते हैं। इससे वायु ठंडी हो जाती है और सांस लेने में अधिक आरामदायक लगती है।
* **हीटिंग:** हीटिंग सिस्टम वायु में ऊष्मा जोड़कर काम करते हैं। इससे वायु गर्म हो जाती है और सांस लेने में अधिक आरामदायक लगती है।
* **परिवहन:** कार, ट्रक और हवाई जहाज सभी इंजनों का उपयोग करते हैं जो ऊष्मा को गति में बदलते हैं। इससे हम एक स्थान से दूसरे स्थान तक यात्रा कर सकते हैं।
* **बिजली उत्पादन:** पावर प्लांट बिजली उत्पन्न करने के लिए ऊष्मा का उपयोग करते हैं। यह बिजली हमारे घरों, व्यवसायों और कारखानों को चलाने के लिए उपयोग की जाती है।

ये केवल कुछ उदाहरण हैं जिनसे पता चलता है कि ऊष्मागतिकी हमारे दैनिक जीवन को कितने तरीकों से प्रभावित करती है। यह एक मौलिक विज्ञान है जिसके अनुप्रयोगों की विस्तृत श्रृंखला है, जिसमें हमारे शरीर के कार्य करने के तरीके से लेकर हमारी कारों और घरों के संचालन तक सब कुछ शामिल है।

##### ऊष्मागतिकी – सारांश और अवलोकन





##### अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न – FAQs

##### ऊष्मागतिकी के नियमों का महत्व क्या है?

ऊष्मागतिकी के नियम मूलभूत सिद्धांत हैं जो ब्रह्मांड में ऊर्जा और पदार्थ के व्यवहार को नियंत्रित करते हैं। ये नियम भौतिकी, रसायन विज्ञान, जीव विज्ञान और अभियांत्रिकी सहित विभिन्न वैज्ञानिक क्षेत्रों में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। इन नियमों के महत्व को समझना ब्रह्मांड की कार्यप्रणाली को समझने और प्रौद्योगिकी में प्रगति करने के लिए आवश्यक है।

**ऊष्मागतिकी का प्रथम नियम (ऊर्जा संरक्षण):**

- **कथन:** ऊर्जा को न तो बनाया जा सकता है और न ही नष्ट किया जा सकता है, लेकिन इसे एक रूप से दूसरे रूप में स्थानांतरित या रूपांतरित किया जा सकता है।
- **महत्व:**
  - यह नियम ऊर्जा संरक्षण के सिद्धांत को स्थापित करता है, यह सुनिश्चित करता है कि एक अलग प्रणाली में ऊर्जा की कुल मात्रा स्थिर रहती है।
  - यह हमें ऊष्मा स्थानांतरण, किया गया कार्य और रासायनिक अभिक्रियाओं जैसी विभिन्न प्रक्रियाओं में ऊर्जा रूपांतरणों को समझने और विश्लेषण करने में मदद करता है।
  - प्रथम नियम कुशल ऊर्जा प्रणालियों, जैसे कि इंजन, बिजली संयंत्र और रेफ्रिजरेशन प्रणालियों को डिजाइन करने में महत्वपूर्ण है, ऊर्जा हानि को कम करके और ऊर्जा रूपांतरण को अनुकूलित करके।

**ऊष्मागतिकी का द्वितीय नियम (एन्ट्रॉपी और अव्यवस्था):**

- **कथन:** किसी भी पृथक तंत्र में, एन्ट्रॉपी (अव्यवस्था की माप) समय के साथ सदैव बढ़ती है।
- **महत्व:**
  - यह नियम स्वतः प्रक्रियाओं की दिशा को नियंत्रित करता है और यह समझाता है कि कुछ परिवर्तन स्वाभाविक रूप से होते हैं जबकि अन्य नहीं।
  - यह हमें यह समझने में मदद करता है कि ऊष्मा गर्म वस्तु से ठंडी वस्तु की ओर क्यों प्रवाहित होती है, गैसें कंटेनर को भरने के लिए क्यों फैलती हैं, और पृथक तंत्रों में अव्यवस्था क्यों बढ़ने की प्रवृत्ति रखती है।
  - द्वितीय नियम के समय के तीर को समझने में गहरे प्रभाव हैं, क्योंकि यह सुझाता है कि ब्रह्मांड समय के साथ बढ़ती अव्यवस्था की ओर झुकता है।

**ऊष्मागतिकी का तृतीय नियम (परम शून्य):**

- **कथन:** जैसे-जैसे किसी तंत्र का तापमान परम शून्य (-273.15°C) की ओर बढ़ता है, तंत्र की एन्ट्रॉपी न्यूनतम मान की ओर बढ़ती है।
- **महत्व:**
  - यह नियम किसी तंत्र में प्राप्त की जा सकने वाली न्यूनतम तापमान की सैद्धांतिक सीमा प्रदान करता है।
  - यह हमें अत्यंत निम्न तापमान पर पदार्थ के व्यवहार को समझने में मदद करता है, जैसे अतिचालकता और अतिद्रव्यता।
  - तृतीय नियम पदार्थों के गुणों का अध्ययन करने और क्रायोजेनिक्स और शीतलन की तकनीकों को विकसित करने में महत्वपूर्ण है।

**अनुप्रयोग और उदाहरण:**

- **इंजीनियरिंग:** ऊष्मागतिकी के नियम इंजनों, पावर प्लांटों, रेफ्रिजरेशन सिस्टमों और अन्य ऊर्जा-रूपांतरण उपकरणों को डिज़ाइन और अनुकूलित करने के लिए आवश्यक हैं।
- **रसायन विज्ञान:** ऊष्मागतिकी रासायनिक अभिक्रियाओं, साम्यावस्था और प्रक्रमों की स्वतः प्रवृत्ति को समझने में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।
- **जीव विज्ञान:** ऊष्मागतिकी जैविक प्रणालियों में ऊर्जा रूपांतरणों—जैसे उपापचय, प्रकाशसंश्लेषण और कोशिकीय श्वसन—को समझाने में मदद करता है।
- **ब्रह्मांड विज्ञान:** ऊष्मागतिकी के नियम ब्रह्मांड के विकास का अध्ययन करने के लिए मौलिक हैं, जिनमें बिग बैंग सिद्धांत और ब्रह्मांड में एन्ट्रॉपी की अवधारणा शामिल है।

संक्षेप में, ऊष्मागतिकी के नियम ब्रह्मांड में ऊर्जा और पदार्थ के व्यवहार को समझने में अत्यंत महत्वपूर्ण हैं। वे ऊर्जा रूपांतरणों का विश्लेषण करने, स्वतः प्रवृत्त प्रक्रमों की दिशा की भविष्यवाणी करने और चरम परिस्थितियों में पदार्थ के गुणों का अध्ययन करने के लिए एक ढांचा प्रदान करते हैं। ये नियम विभिन्न वैज्ञानिक क्षेत्रों और तकनीकी प्रगति में दूरगामी अनुप्रयोग रखते हैं और हमारे चारों ओर की दुनिया की समझ को आकार देते हैं।

##### नकारात्मक कार्य का उदाहरण क्या है?

नकारात्मक कार्य तब होता है जब किसी वस्तु पर लगाया गया बल वस्तु के विस्थापन के विपरीत दिशा में हो। दूसरे शब्दों में, बल और विस्थापन सदिश विपरीत दिशाओं में इंगित करते हैं। इससे वस्तु की गतिज ऊर्जा में कमी आती है।

यहाँ कुछ नकारात्मक कार्य के उदाहरण दिए गए हैं:

1. **किताब को दीवार के खिलाफ धकेलना:** जब आप किताब को दीवार के खिलाफ धकेलते हैं, तो आप जो बल लगाते हैं वह किताब के विस्थापन (जो शून्य है क्योंकि किताब हिलती नहीं) के विपरीत दिशा में होता है। इससे ऋणात्मक कार्य होता है।

2. **गुरुत्वाकर्षण के खिलाफ किताब को ऊपर उठाना:** जब आप किताब को गुरुत्वाकर्षण के खिलाफ ऊपर उठाते हैं, तो आप जो बल लगाते हैं (ऊपर की ओर) वह किताब के विस्थापन (नीचे की ओर) के विपरीत दिशा में होता है। इससे ऋणात्मक कार्य होता है।

3. **घर्षण के खिलाफ एक स्लेज को खींचना:** जब आप एक स्लेज को घर्षण के खिलाफ खींचते हैं, तो आप जो बल लगाते हैं वह स्लेज के विस्थापन के विपरीत दिशा में होता है। इससे ऋणात्मक कार्य होता है।

इन सभी उदाहरणों में, बल और विस्थापन सदिश विपरीत दिशाओं में इंगित कर रहे होते हैं, जिससे ऋणात्मक कार्य होता है। इसका अर्थ है कि वस्तु की गतिज ऊर्जा घट जाती है।

यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि ऋणात्मक कार्य का अनिवार्य रूप से यह अर्थ नहीं होता कि वस्तु बल के विपरीत दिशा में गति कर रही है। किताब को दीवार के खिलाफ धकेलने के मामले में, किताब बिल्कुल नहीं हिलती है, लेकिन फिर भी ऋणात्मक कार्य किया जाता है क्योंकि बल और विस्थापन सदिश विपरीत दिशाओं में इंगित कर रहे होते हैं।

##### क्या ऊर्जा को नष्ट या खोया जा सकता है?

**क्या ऊर्जा को नष्ट या खोया जा सकता है?**

ऊर्जा भौतिकी की एक मौलिक अवधारणा है, और इसे अक्सर कार्य करने की क्षमता के रूप में वर्णित किया जाता है। यह कई अलग-अलग रूपों में मौजूद है, जिनमें ऊष्मा, प्रकाश, गति और विद्युत शामिल हैं। ऊष्मागतिकी के प्रमुख सिद्धांतों में से एक यह है कि ऊर्जा को न तो बनाया जा सकता है और न ही नष्ट किया जा सकता है, लेकिन इसे एक रूप से दूसरे रूप में स्थानांतरित या रूपांतरित किया जा सकता है।

**ऊर्जा रूपांतरण के उदाहरण**

- **लकड़ी जलाना:** जब लकड़ी जलती है, तो लकड़ी में संग्रहीत रासायनिक ऊर्जा ऊष्मा ऊर्जा और प्रकाश ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है।
- **जलविद्युत ऊर्जा:** जब पानी टरबाइन से बहता है, तो पानी की गतिज ऊर्जा विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है।
- **सौर पैनल:** जब सूर्य का प्रकाश सौर पैनल पर पड़ता है, तो प्रकाश के फोटॉन विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित हो जाते हैं।

**ऊर्जा संरक्षण**

ऊर्जा संरक्षण का नियम कहता है कि एक एकांत प्रणाली में ऊर्जा की कुल मात्रा स्थिर रहती है। इसका अर्थ है कि ऊर्जा को न तो बनाया जा सकता है और न ही नष्ट किया जा सकता है, लेकिन इसे एक रूप से दूसरे रूप में स्थानांतरित या रूपांतरित किया जा सकता है।

**ऊर्जा संरक्षण के उदाहरण**

- **एक लोलक झूलना:** आगे-पीछे झूलते लोलक की कुल ऊर्जा स्थिर रहती है। लोलक की गतिज ऊर्जा स्थितिज ऊर्जा में परिवर्तित होती है जब यह ऊपर उठता है, और फिर गतिज ऊर्जा में वापस परिवर्तित होती है जब यह नीचे गिरता है।
- **एक कार चलाना:** सड़क पर चलती कार की कुल ऊर्जा स्थिर रहती है। गैसोलीन में संग्रहीत रासायनिक ऊर्जा गतिज ऊर्जा में परिवर्तित होती है जब कार चलती है।

**ऊर्जा दक्षता**

ऊर्जा दक्षता एक माप है कि किसी कार्य को करने के लिए ऊर्जा का उपयोग कितनी दक्षता से किया जाता है। एक उपकरण जितना अधिक ऊर्जा दक्ष होगा, वह उतनी ही कम ऊर्जा का उपयोग करके वही कार्य करेगा।

**ऊर्जा दक्षता के उदाहरण**

- **एक बल्ब:** एक बल्ब जो समान मात्रा में प्रकाश उत्पन्न करने के लिए कम ऊर्जा का उपयोग करता है, अधिक ऊर्जा दक्ष होता है।
- **एक कार:** एक कार जो प्रति गैलन अधिक मील चलती है, अधिक ऊर्जा दक्ष होती है।

**निष्कर्ष**

ऊर्जा को न तो बनाया जा सकता है और न ही नष्ट किया जा सकता है, लेकिन इसे एक रूप से दूसरे रूप में स्थानांतरित या रूपांतरित किया जा सकता है। ऊर्जा संरक्षण का नियम कहता है कि एक पृथक प्रणाली में ऊर्जा की कुल मात्रा स्थिर रहती है। ऊर्जा दक्षता एक माप है कि किसी कार्य को करने के लिए ऊर्जा का उपयोग कितनी दक्षता से किया जाता है।

##### पंखे विद्युत ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में बदलते हैं – यह किस नियम द्वारा समझाया गया है?

**विद्युत चुंबकीय प्रेरणा का फैराडे का नियम** कहता है कि एक परिवर्ती चुंबकीय क्षेत्र किसी चालक में एक विद्युत बल (EMF) प्रेरित करता है। यह EMF तब चालक में विद्युत धारा प्रवाहित कर सकता है, जिसका उपयोग किसी मोटर या अन्य उपकरण को चलाने के लिए किया जा सकता है।

एक पंखे में, विद्युत धारा एक तार के कुंडल से प्रवाहित होती है जो एक धातु कोर के चारों ओर लपेटा गया होता है। कोर एक लौह-चुंबकीय सामग्री से बना होता है, जिसका अर्थ है कि इसे आसानी से चुंबकित किया जा सकता है। जब विद्युत धारा कुंडल से प्रवाहित होती है, तो यह कोर के चारों ओर एक चुंबकीय क्षेत्र बनाती है। यह चुंबकीय क्षेत्र तब पंखे के स्टेटर पर स्थित स्थायी चुंबकों के चुंबकीय क्षेत्र के साथ परस्पर क्रिया करता है।

दो चुंबकीय क्षेत्रों के बीच की अंतःक्रिया पंखे के रोटर को घुमाती है। रोटर पंखे की पत्तियों से जुड़ा होता है, इसलिए जैसे ही रोटर घूमता है, पत्तियाँ भी घूमती हैं। पत्तियों का यह घूर्णन वायु का प्रवाह उत्पन्न करता है, जिसे हम पंखे के सामने खड़े होने पर हवा के झोंके के रूप में महसूस करते हैं।

यहाँ विद्युत-चुंबकीय प्रेरण के फैराडे के नियम का एक सरल उदाहरण दिया गया है:

* कल्पना कीजिए एक धातु की छड़ जो किसी चुंबकीय क्षेत्र से गुजर रही है।
* जैसे ही छड़ चुंबकीय क्षेत्र से होकर गुजरती है, उस पर एक विद्युत-वाहक बल (EMF) अनुभव होता है।
* यह EMF छड़ में विद्युत धारा प्रवाहित करता है।
* विद्युत धारा की दिशा चुंबकीय क्षेत्र की दिशा और छड़ की गति की दिशा द्वारा निर्धारित होती है।
* विद्युत धारा की तीव्रता चुंबकीय क्षेत्र की तीव्रता और छड़ की गति की गति द्वारा निर्धारित होती है।

यह एक बहुत ही आधारभूत उदाहरण है, लेकिन यह विद्युत-चुंबकीय प्रेरण के फैराडे के नियम के मूलभूत सिद्धांतों को दर्शाता है। यह नियम पंखों, मोटरों, जनित्रों और ट्रांसफॉर्मरों सहित कई प्रकार के उपकरणों में प्रयोग किया जाता है।

##### क्या मानव शरीर ऊष्मागतिकी के नियमों का पालन करता है?

**क्या मानव शरीर ऊष्मागतिकी के नियमों का पालन करता है?**

हाँ, मानव शरीर ऊष्मागतिकी के नियमों का पालन करता है। ऊष्मागतिकी का प्रथम नियम कहता है कि ऊर्जा न तो बनाई जा सकती है और न ही नष्ट की जा सकती है, केवल स्थानांतरित या रूपांतरित की जा सकती है। इसका अर्थ है कि ब्रह्मांड में ऊर्जा की कुल मात्रा स्थिर रहती है। ऊष्मागतिकी का द्वितीय नियम कहता है कि एन्ट्रॉपी, या अव्यवस्था, एक बंद प्रणाली में सदैव बढ़ती है। इसका अर्थ है कि समय के साथ चीज़ें अधिक अव्यवस्थित होती जाती हैं।

मानव शरीर एक बंद प्रणाली है, जिसका अर्थ है कि यह अपने परिवेश के साथ ऊर्जा या पदार्थ का आदान-प्रदान नहीं करता। इसलिए मानव शरीर में ऊर्जा की कुल मात्रा स्थिर रहती है। हालाँकि, शरीर ऊर्जा को एक रूप से दूसरे रूप में रूपांतरित करता है। उदाहरण के लिए, जब हम भोजन खाते हैं, तो हम भोजन में मौजूद रासायनिक ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में बदलते हैं जिसका उपयोग हम चलने-फिरने के लिए करते हैं।

ऊष्मागतिकी का द्वितीय नियम मानव शरीर पर भी लागू होता है। समय के साथ शरीर अधिक अव्यवस्थित हो जाता है। यह बुढ़ापे की प्रक्रिया में स्पष्ट दिखाई देता है, क्योंकि हमारे शरीर ऊर्जा के रूपांतरण में कम कुशल हो जाते हैं और रोगों के प्रति अधिक संवेदनशील हो जाते हैं।

हालाँकि, मानव शरीर होमियोस्टेसिस, या साम्यावस्था बनाए रखने में भी सक्षम है। यह कई प्रतिपुष्टि तंत्रों के कारण संभव होता है जो शरीर के तापमान, pH और अन्य महत्वपूर्ण कार्यों को नियंत्रित करने में मदद करते हैं। ये प्रतिपुष्टि तंत्र शरीर को संतुलन की अवस्था में रखने में मदद करते हैं, भले ही एन्ट्रॉपी सदैव बढ़ रही हो।

**उदाहरण कि मानव शरीर ऊष्मागतिकी के नियमों का पालन कैसे करता है:**

* **जब हम भोजन खाते हैं, तो हम भोजन में मौजूद रासायनिक ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में बदलते हैं जिसका उपयोग हम चलने-फिरने के लिए करते हैं।** यह ऊष्मागतिकी के प्रथम नियम का एक उदाहरण है, जो कहता है कि ऊर्जा को न तो बनाया जा सकता है और न ही नष्ट किया जा सकता है, केवल उसे स्थानांतरित या रूपांतरित किया जा सकता है।
* **जब हम पसीना बहाते हैं, तो हम पानी और इलेक्ट्रोलाइट्स खोते हैं, जिससे निर्जलीकरण हो सकता है।** यह ऊष्मागतिकी के द्वितीय नियम का एक उदाहरण है, जो कहता है कि एन्ट्रॉपी, या अव्यवस्था, एक बंद प्रणाली में हमेशा बढ़ती है।
* **जैसे-जैसे हम बूढ़े होते जाते हैं, हमारे शरीर ऊर्जा को रूपांतरित करने में कम दक्ष हो जाते हैं और रोगों के प्रति अधिक संवेदनशील हो जाते हैं।** यह भी ऊष्मागतिकी के द्वितीय नियम का एक उदाहरण है, क्योंकि समय के साथ शरीर अधिक अव्यवस्थित हो जाता है।

मानव शरीर एक जटिल प्रणाली है जो ऊष्मागतिकी के नियमों का पालन करती है। इन नियमों को समझकर, हम यह बेहतर समझ सकते हैं कि शरीर कैसे काम करता है और इसे स्वस्थ कैसे रखा जा सकता है।