गैस की आंतरिक ऊर्जा में क्या परिवर्तन होता है। गैस की आंतरिक ऊर्जा। क्रिस्टलीय और अनाकार निकाय

उनकी बातचीत।

आंतरिक ऊर्जा शामिल है प्रकृति में ऊर्जा परिवर्तनों का संतुलन।आंतरिक ऊर्जा की खोज के बाद तैयार किया गया था ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन का नियम।यांत्रिक और आंतरिक ऊर्जाओं के पारस्परिक परिवर्तन पर विचार करें। एक सीसे की गेंद को सीसे की प्लेट पर पड़ा रहने दें। आइए इसे उठाएं और इसे जाने दें। जब हमने गेंद को उठाया, तो हमने उसे स्थितिज ऊर्जा की सूचना दी। जब गेंद गिरती है, तो यह घट जाती है, क्योंकि गेंद नीचे और नीचे गिरती है। लेकिन बढ़ती गति के साथ गेंद की गतिज ऊर्जा धीरे-धीरे बढ़ती है। गेंद की संभावित ऊर्जा गतिज ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है। लेकिन फिर गेंद लीड प्लेट से टकराकर रुक गई। प्लेट के सापेक्ष इसकी गतिज और संभावित ऊर्जा दोनों शून्य के बराबर हो गई। प्रभाव के बाद गेंद और प्लेट की जांच करते हुए, हम देखेंगे कि उनकी स्थिति बदल गई है: गेंद थोड़ी चपटी है, और प्लेट पर एक छोटा सा गड्ढा बन गया है; जब हम उनका तापमान मापते हैं, तो हम पाते हैं कि वे गर्म हो गए हैं।

ताप का अर्थ है शरीर के अणुओं की औसत गतिज ऊर्जा में वृद्धि। विरूपण के दौरान, शरीर के कणों की सापेक्ष स्थिति बदल जाती है, और इसलिए उनकी संभावित ऊर्जा भी बदल जाती है।

इस प्रकार, यह तर्क दिया जा सकता है कि प्लेट पर गेंद के प्रभाव के परिणामस्वरूप, यांत्रिक ऊर्जा जो प्रयोग की शुरुआत में गेंद के पास थी, परिवर्तित हो जाती है शरीर की आंतरिक ऊर्जा।

यांत्रिक ऊर्जा में आंतरिक ऊर्जा के रिवर्स संक्रमण का निरीक्षण करना मुश्किल नहीं है।

उदाहरण के लिए, यदि आप एक मोटी दीवार वाले कांच का बर्तन लेते हैं और कॉर्क में एक छेद के माध्यम से उसमें हवा भरते हैं, तो कुछ समय बाद कॉर्क बर्तन से बाहर उड़ जाएगा। इस बिंदु पर पोत में कोहरा बनता है। कोहरे के दिखने का मतलब है कि बर्तन में हवा ठंडी हो गई है और इसके परिणामस्वरूप इसकी आंतरिक ऊर्जा कम हो गई है। यह इस तथ्य से समझाया गया है कि पोत में संपीड़ित हवा, कॉर्क (यानी, विस्तार) को धक्का देकर, अपनी आंतरिक ऊर्जा को कम करके काम करती है। संपीड़ित हवा की आंतरिक ऊर्जा के कारण कॉर्क की गतिज ऊर्जा बढ़ गई है।

इस प्रकार, शरीर की आंतरिक ऊर्जा को बदलने के तरीकों में से एक शरीर के अणुओं (या अन्य निकायों) द्वारा दिए गए शरीर पर किया गया कार्य है। बिना काम किए आंतरिक ऊर्जा को बदलने का तरीका है गर्मी का हस्तांतरण.

एक आदर्श एकपरमाणुक गैस की आंतरिक ऊर्जा।

चूंकि एक आदर्श गैस के अणु एक दूसरे के साथ बातचीत नहीं करते हैं, इसलिए उनकी संभावित ऊर्जा शून्य मानी जाती है। एक आदर्श गैस की आंतरिक ऊर्जा केवल उसके अणुओं की यादृच्छिक अनुवादकीय गति की गतिज ऊर्जा से निर्धारित होती है। इसकी गणना करने के लिए, आपको एक परमाणु की औसत गतिज ऊर्जा को परमाणुओं की संख्या से गुणा करना होगा . मान लें कि क एन ए = आर, हम एक आदर्श गैस की आंतरिक ऊर्जा का मान प्राप्त करते हैं:

.

एक आदर्श मोनोएटोमिक गैस की आंतरिक ऊर्जा सीधे उसके तापमान के समानुपाती होती है। यदि हम क्लैपेरॉन-मेंडेलीव समीकरण का उपयोग करते हैं, तो एक आदर्श गैस की आंतरिक ऊर्जा के लिए अभिव्यक्ति को इस प्रकार दर्शाया जा सकता है:

.

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि, एक परमाणु की औसत गतिज ऊर्जा के लिए अभिव्यक्ति के अनुसार और गति की यादृच्छिकता के कारण, गति की तीन संभावित दिशाओं में से प्रत्येक के लिए, या प्रत्येक के लिए आज़ादी की श्रेणी, अक्ष के साथ एक्स, वाईऔर जेडसमान ऊर्जा हो।

स्वतंत्रता की डिग्री की संख्याआणविक गति की संभावित स्वतंत्र दिशाओं की संख्या है।

एक गैस, जिसके प्रत्येक अणु में दो परमाणु होते हैं, डायटोमिक कहलाती है। प्रत्येक परमाणु तीन दिशाओं में गति कर सकता है, इसलिए गति की संभावित दिशाओं की कुल संख्या 6 है। अणुओं के बीच संबंध के कारण, स्वतंत्रता की डिग्री की संख्या एक से घट जाती है, इसलिए डायटोमिक अणु के लिए स्वतंत्रता की डिग्री की संख्या पांच है.

डायटोमिक अणु की औसत गतिज ऊर्जा है। तदनुसार, एक आदर्श डायटोमिक गैस की आंतरिक ऊर्जा है:

.

एक आदर्श गैस की आंतरिक ऊर्जा के सूत्रों को सामान्यीकृत किया जा सकता है:

.

कहाँ मैंगैस अणुओं की स्वतंत्रता की डिग्री की संख्या है ( मैं= 3 एकपरमाणुक और के लिए मैं= 5 डायटोमिक गैस के लिए)।

आदर्श गैसों के लिए, आंतरिक ऊर्जा केवल एक मैक्रोस्कोपिक पैरामीटर - तापमान पर निर्भर करती है और मात्रा पर निर्भर नहीं करती है, क्योंकि संभावित ऊर्जा शून्य है (मात्रा अणुओं के बीच औसत दूरी निर्धारित करती है)।

वास्तविक गैसों के लिए, संभावित ऊर्जा शून्य नहीं है। इसलिए, सामान्य स्थिति में ऊष्मप्रवैगिकी में आंतरिक ऊर्जा विशिष्ट रूप से इन निकायों की स्थिति को चिह्नित करने वाले मापदंडों द्वारा निर्धारित की जाती है: मात्रा (वी)और तापमान (टी).

यांत्रिक ऊर्जा के साथ, किसी भी शरीर (या प्रणाली) में आंतरिक ऊर्जा होती है। आंतरिक ऊर्जा विश्राम ऊर्जा है। इसमें शरीर को बनाने वाले अणुओं की ऊष्मीय अराजक गति, उनकी सापेक्ष स्थिति की संभावित ऊर्जा, परमाणुओं में इलेक्ट्रॉनों की गतिज और संभावित ऊर्जा, नाभिकों में न्यूक्लियंस आदि शामिल हैं।

ऊष्मप्रवैगिकी में, आंतरिक ऊर्जा का पूर्ण मूल्य नहीं, बल्कि इसके परिवर्तन को जानना महत्वपूर्ण है।

थर्मोडायनामिक प्रक्रियाओं में, गतिमान अणुओं की केवल गतिज ऊर्जा बदलती है (थर्मल ऊर्जा परमाणु की संरचना को बदलने के लिए पर्याप्त नहीं है, और इससे भी अधिक एक नाभिक की)। इसलिए वास्तव में आंतरिक ऊर्जा के तहतऊष्मप्रवैगिकी में ऊर्जा का मतलब है थर्मल अराजकआणविक आंदोलनों।

आंतरिक ऊर्जा यूएक आदर्श गैस का एक मोल इसके बराबर होता है:

इस प्रकार, आंतरिक ऊर्जा केवल तापमान पर निर्भर करती है। आंतरिक ऊर्जा यू सिस्टम की स्थिति का एक कार्य है, पृष्ठभूमि की परवाह किए बिना।

यह स्पष्ट है कि, सामान्य स्थिति में, एक थर्मोडायनामिक प्रणाली में आंतरिक और यांत्रिक दोनों ऊर्जा हो सकती है, और विभिन्न प्रणालियां इस प्रकार की ऊर्जा का आदान-प्रदान कर सकती हैं।

अदला-बदली मेकेनिकल ऊर्जापरिपूर्ण द्वारा विशेषता कार्य ए,और आंतरिक ऊर्जा का आदान-प्रदान - हस्तांतरित ऊष्मा की मात्रा Q.

उदाहरण के लिए, सर्दियों में आपने बर्फ में एक गर्म पत्थर फेंका। स्थितिज ऊर्जा के भंडार के कारण बर्फ को कुचलने के लिए यांत्रिक कार्य किया जाता था और आंतरिक ऊर्जा के भंडार के कारण बर्फ पिघल जाती थी। अगर पत्थर ठंडा था, यानी। पत्थर का तापमान पर्यावरण के तापमान के बराबर है, तभी काम होगा, लेकिन आंतरिक ऊर्जा का कोई आदान-प्रदान नहीं होगा।

अत: कार्य और ऊष्मा ऊर्जा के विशेष रूप नहीं हैं। आप गर्मी या काम के भंडार के बारे में बात नहीं कर सकते। यह उपाय हस्तांतरितयांत्रिक या आंतरिक ऊर्जा की एक और प्रणाली। हम इन ऊर्जाओं के भंडार के बारे में बात कर सकते हैं। इसके अलावा, यांत्रिक ऊर्जा को तापीय ऊर्जा में परिवर्तित किया जा सकता है और इसके विपरीत। उदाहरण के लिए, यदि आप निहाई को हथौड़े से मारते हैं, तो थोड़ी देर के बाद हैमर और निहाई गर्म हो जाएगी (यह एक उदाहरण है अपव्ययऊर्जा)।

ऊर्जा के एक रूप का दूसरे रूप में रूपांतरण के और भी कई उदाहरण हैं।

अनुभव बताता है कि सभी मामलों में, यांत्रिक ऊर्जा का ऊष्मीय ऊर्जा में परिवर्तन और इसके विपरीत हमेशा कड़ाई से समतुल्य मात्रा में किया जाता है।यह ऊष्मप्रवैगिकी के पहले नियम का सार है, जो ऊर्जा के संरक्षण के नियम का पालन करता है।

शरीर को दी जाने वाली ऊष्मा की मात्रा का उपयोग आंतरिक ऊर्जा बढ़ाने और शरीर पर कार्य करने के लिए किया जाता है:

,

(4.1.1)

- यह वही है ऊष्मप्रवैगिकी का पहला नियम , या ऊष्मप्रवैगिकी में ऊर्जा के संरक्षण का नियम।

साइन नियम:अगर पर्यावरण से गर्मी स्थानांतरित की जाती है यह प्रणाली,और अगर सिस्टम आसपास के निकायों पर काम करता है, जबकि . संकेत नियम को देखते हुए, ऊष्मप्रवैगिकी के पहले नियम को इस प्रकार लिखा जा सकता है:

इस अभिव्यक्ति में यूसिस्टम स्टेट फंक्शन है; डी यूइसका कुल अंतर है, और δ क्यूऔर δ एवे नहीं हैं। प्रत्येक राज्य में, प्रणाली में आंतरिक ऊर्जा का एक निश्चित और एकमात्र ऐसा मूल्य होता है, इसलिए हम लिख सकते हैं:

,

यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि गर्मी क्यूऔर काम एइस बात पर निर्भर करता है कि स्थिति 1 से स्थिति 2 में संक्रमण कैसे किया जाता है (आइसोकोरिक, एडियाबेटिक, आदि), और आंतरिक ऊर्जा यूनिर्भर नहीं करता है। उसी समय, यह नहीं कहा जा सकता है कि प्रणाली में किसी दिए गए राज्य के लिए निर्धारित गर्मी और कार्य का मूल्य है।

सूत्र (4.1.2) से यह इस प्रकार है कि ऊष्मा की मात्रा को कार्य और ऊर्जा के समान इकाइयों में व्यक्त किया जाता है, अर्थात। जूल (जे) में।

ऊष्मप्रवैगिकी में विशेष महत्व की वृत्ताकार या चक्रीय प्रक्रियाएँ हैं जिनमें प्रणाली, राज्यों की एक श्रृंखला से गुजरने के बाद, अपनी मूल स्थिति में लौट आती है। चित्र 4.1 एक चक्रीय प्रक्रिया को दर्शाता है 1– ए–2–बी-1, जबकि कार्य A किया गया था।

चावल। 4.1

क्योंकि यूराज्य कार्य है, तो

(4.1.3)

यह किसी भी राज्य समारोह के लिए सही है।

यदि तब ऊष्मप्रवैगिकी के पहले नियम के अनुसार, अर्थात समय-समय पर काम करने वाले इंजन का निर्माण करना असंभव है जो बाहर से प्रदान की जाने वाली ऊर्जा की मात्रा से अधिक काम करेगा। दूसरे शब्दों में, पहली तरह की सतत गति मशीन असंभव है। यह ऊष्मप्रवैगिकी के पहले नियम के योगों में से एक है।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि ऊष्मप्रवैगिकी का पहला नियम यह नहीं बताता है कि राज्य परिवर्तन की प्रक्रिया किस दिशा में जाती है, जो इसकी कमियों में से एक है।

तापीय घटना के अध्ययन में, निकायों की यांत्रिक ऊर्जा के साथ, एक नई प्रकार की ऊर्जा पेश की जाती है- आंतरिक ऊर्जा। एक आदर्श गैस की आंतरिक ऊर्जा की गणना करना कठिन नहीं है।

इसके गुणों में सबसे सरल एक मोनोएटोमिक गैस है, अर्थात एक गैस जिसमें अलग-अलग परमाणु होते हैं, अणु नहीं। मोनोएटोमिक अक्रिय गैसें हैं - हीलियम, नियॉन, आर्गन, आदि। मोनोएटोमिक (परमाणु) हाइड्रोजन, ऑक्सीजन, आदि प्राप्त करना संभव है। हालाँकि, ऐसी गैसें अस्थिर होंगी, क्योंकि H 2, O 2, आदि अणु टकराव के दौरान बनते हैं। परमाणुओं का।

सीधी टक्कर के क्षणों को छोड़कर, एक आदर्श गैस के अणु एक दूसरे के साथ बातचीत नहीं करते हैं। इसलिए, उनकी औसत संभावित ऊर्जा बहुत कम है और सभी ऊर्जा अणुओं की यादृच्छिक गति की गतिज ऊर्जा है।यह, ज़ाहिर है, सच है अगर गैस वाला बर्तन आराम पर है, यानी, गैस पूरी तरह से नहीं चलती है (इसका द्रव्यमान का केंद्र आराम पर है)। इस मामले में, कोई आदेशित गति नहीं है और गैस की यांत्रिक ऊर्जा शून्य है। गैस में ऊर्जा होती है, जिसे आंतरिक कहा जाता है।

द्रव्यमान के साथ एक आदर्श एकपरमाणुक गैस की आंतरिक ऊर्जा की गणना करना टीआपको परमाणुओं की संख्या से सूत्र (4.5.5) द्वारा व्यक्त एक परमाणु की औसत ऊर्जा को गुणा करने की आवश्यकता है। यह संख्या पदार्थ की मात्रा के उत्पाद के बराबर है अवोगाद्रो स्थिरांक के लिए एन ए .

गुणन अभिव्यक्ति (4.5.5) द्वारा
, हम एक आदर्श मोनोएटोमिक गैस की आंतरिक ऊर्जा प्राप्त करते हैं:

(4.8.1)

एक आदर्श गैस की आंतरिक ऊर्जा उसके पूर्ण तापमान के सीधे आनुपातिक होती है।यह गैस की मात्रा पर निर्भर नहीं करता है। किसी गैस की आंतरिक ऊर्जा उसके सभी परमाणुओं की औसत गतिज ऊर्जा होती है।

यदि गैस के द्रव्यमान का केंद्र गति से चलता है वि 0 , तब गैस की कुल ऊर्जा यांत्रिक (गतिज) ऊर्जा के योग के बराबर होती है और आंतरिक ऊर्जा यू:

(4.8.2)

आणविक गैसों की आंतरिक ऊर्जा

एकपरमाणुक गैस की आंतरिक ऊर्जा (4.8.1) अनिवार्य रूप से अणुओं की स्थानांतरणीय गति की औसत गतिज ऊर्जा है। परमाणुओं के विपरीत, गोलाकार समरूपता से रहित अणु अभी भी घूम सकते हैं। इसलिए, स्थानांतरणीय गति की गतिज ऊर्जा के साथ-साथ अणुओं में घूर्णी गति की गतिज ऊर्जा भी होती है।

शास्त्रीय आणविक गतिज सिद्धांत में, परमाणुओं और अणुओं को बहुत छोटे बिल्कुल ठोस पिंडों के रूप में माना जाता है। शास्त्रीय यांत्रिकी में किसी भी निकाय को एक निश्चित संख्या में स्वतंत्रता की डिग्री की विशेषता होती है एफ- स्वतंत्र चर (निर्देशांक) की संख्या जो विशिष्ट रूप से अंतरिक्ष में शरीर की स्थिति निर्धारित करती है। तदनुसार, शरीर द्वारा किए जा सकने वाले स्वतंत्र आंदोलनों की संख्या भी बराबर होती है एफ. स्वतंत्रता की डिग्री की संख्या के साथ एक परमाणु को एक सजातीय गेंद के रूप में माना जा सकता है एफ = 3 (चित्र। 4.16, ए)। एक परमाणु केवल तीन स्वतंत्र परस्पर लम्बवत् दिशाओं में स्थानांतरीय गति कर सकता है। द्विपरमाणुक अणु में अक्षीय सममिति होती है (चित्र 4.16, ख ) और स्वतंत्रता की पांच डिग्री है। स्वतंत्रता की तीन डिग्री इसके अनुवाद संबंधी गति के अनुरूप हैं और दो - एक दूसरे के लंबवत दो अक्षों के चारों ओर घूर्णी और समरूपता की धुरी (एक अणु में परमाणुओं के केंद्रों को जोड़ने वाली रेखा)। एक बहुपरमाणुक अणु, मनमाना आकार के एक ठोस पिंड की तरह, स्वतंत्रता की छह डिग्री (चित्र। 4.16, में) की विशेषता है। ); स्थानांतरणीय गति के साथ, अणु तीन परस्पर लम्बवत अक्षों के चारों ओर घूर्णन कर सकता है।

गैस की आंतरिक ऊर्जा अणुओं की स्वतंत्रता की डिग्री की संख्या पर निर्भर करती है। ऊष्मीय गति के पूर्ण विकार के कारण, किसी भी प्रकार की आणविक गति का दूसरे पर लाभ नहीं होता है। अणुओं के स्थानान्तरण या घूर्णी गति के अनुरूप स्वतंत्रता की प्रत्येक डिग्री के लिए समान औसत गतिज ऊर्जा होती है। यह स्वतंत्रता की डिग्री पर गतिज ऊर्जा के समान वितरण पर प्रमेय है (यह सांख्यिकीय यांत्रिकी में कठोर रूप से सिद्ध है)।

अणुओं की स्थानांतरीय गति की औसत गतिज ऊर्जा होती है . स्वतंत्रता की तीन डिग्री अनुवाद संबंधी गति के अनुरूप हैं। इसलिए, औसत गतिज ऊर्जा स्वतंत्रता की प्रति एक डिग्री के बराबर है:

(4.8.3)

यदि इस मान को स्वतंत्रता की डिग्री की संख्या और द्रव्यमान के साथ गैस के अणुओं की संख्या से गुणा किया जाता है टी,तब हमें एक मनमाना आदर्श गैस की आंतरिक ऊर्जा मिलती है:

(4.8.4)

यह सूत्र सूत्र (4.8.1) से कारक 3 को कारक द्वारा प्रतिस्थापित करके एक एकपरमाणुक गैस के लिए भिन्न होता है एफ.

एक आदर्श गैस की आंतरिक ऊर्जा पूर्ण तापमान के सीधे आनुपातिक होती है और यह गैस के आयतन पर निर्भर नहीं करती है।

6.2। ऊष्मप्रवैगिकी का पहला नियम

6.2.1। एक आदर्श गैस की आंतरिक ऊर्जा

आंतरिक ऊर्जाकिसी भी पदार्थ की ऊर्जा उसके अणुओं की ऊष्मीय गति और एक दूसरे के साथ उनकी बातचीत की ऊर्जा होती है। एक आदर्श गैस का मॉडल अपने अणुओं के बीच परस्पर क्रिया की अनुपस्थिति को मानता है, इसलिए यह केवल अणुओं की तापीय गति की ऊर्जा को एक आदर्श गैस की आंतरिक ऊर्जा के रूप में मानने की प्रथा है। गैस की आंतरिक ऊर्जा उसके अणुओं की गतिज ऊर्जा का योग है और सूत्र द्वारा निर्धारित की जाती है

यू = एन〈एक〉 ,

जहाँ N अणुओं (परमाणुओं) की संख्या है, N = νN A; ν पदार्थ की मात्रा है; एन ए - एवोगैड्रो का स्थिर (संख्या), एन ए = 6.02 ⋅ 10 23 मोल -1; 〈 ई के 〉 - एक अणु की औसत गतिज ऊर्जा, 〈 ई के 〉 = मैं 2 के टी; मैं - स्वतंत्रता की डिग्री की संख्या; k बोल्ट्जमैन स्थिरांक है, k = 1.38 ⋅ 10 −23 J/K; T परम तापमान है।

स्वतंत्रता की डिग्री की संख्या गैस अणु में परमाणुओं की संख्या पर निर्भर करती है और इसके निम्नलिखित मूल्य हैं:

• मोनोएटोमिक के लिए -

मैं = 3;

• डायटोमिक के लिए -

मैं = 5;

• तीन के लिए- और बहुपरमाणुक -

मैं = 6।

इंटरनेशनल सिस्टम ऑफ़ यूनिट्स में, किसी पदार्थ (गैस) की आंतरिक ऊर्जा को जूल (1 J) में मापा जाता है।

एक आदर्श गैस की आंतरिक ऊर्जासूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है

यू = मैं 2 ν आर टी ,

जहां मैं स्वतंत्रता की डिग्री की संख्या है; ν - पदार्थ (गैस) की मात्रा; R सार्वभौमिक गैस स्थिरांक है, R = 8.31 J/(mol ⋅ K); T पदार्थ का पूर्ण (थर्मोडायनामिक) तापमान है।

एक-, दो-, तीन- और बहुपरमाणुक गैसों की आंतरिक ऊर्जा निम्नलिखित सूत्रों द्वारा निर्धारित की जाती है:

• मोनोएटोमिक के लिए -

यू = 3 2 वी आर टी;

• डायटोमिक के लिए -

यू = 5 2 वी आर टी;

• तीन के लिए- और बहुपरमाणुक -

यू = 3νRT।

गैस की आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तनअंतर से निर्धारित होता है

Δयू \u003d यू 2 - यू 1,

जहाँ यू 1 - गैस की प्रारंभिक अवस्था की आंतरिक ऊर्जा; यू 2 - गैस की अंतिम अवस्था की आंतरिक ऊर्जा।

किसी गैस की आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन उसके अणुओं की गति की गतिज ऊर्जा में परिवर्तन से जुड़ा होता है। किसी पदार्थ के अणुओं की गति की गतिज ऊर्जा में परिवर्तन, बदले में, तापमान में परिवर्तन से जुड़ा होता है। इसलिए, गैस की आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन उसके तापमान में परिवर्तन से निर्धारित होता है।

एक आदर्श गैस की आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तनसूत्र द्वारा गणना

Δ U = i 2 ν R (T 2 - T 1) = i 2 ν R Δ T ,

जहां मैं स्वतंत्रता की डिग्री की संख्या है; ν पदार्थ की मात्रा है; R सार्वभौमिक गैस स्थिरांक है, R ≈ 8.31 J/(mol ⋅ K); टी 2 - गैस की अंतिम अवस्था का पूर्ण तापमान; टी 1 एक आदर्श गैस की प्रारंभिक अवस्था का पूर्ण तापमान है; ∆T = टी 2 - टी 1।

एक-, दो-, तीन- और बहुपरमाणुक गैसों के लिए आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन निम्न सूत्रों द्वारा निर्धारित किया जाता है:

• मोनोएटोमिक के लिए -

Δ यू = 3 2 ν आर Δ टी;

• डायटोमिक के लिए -

Δ यू = 5 2 ν आर Δ टी;

• तीन के लिए- और बहुपरमाणुक -

∆U = 3νR ∆T।

विभिन्न प्रक्रियाओं के दौरान गैस ΔU की आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन भी भिन्न होता है और तालिका में दिखाया गया है (एक-, दो-, तीन- और बहुपरमाणुक गैसों के लिए):

गैस की आंतरिक ऊर्जा नहीं बदलती (U = const):

• एक इज़ोटेर्मल प्रक्रिया में, चूंकि ΔT = 0;
• एक चक्रीय प्रक्रिया में, क्योंकि प्रक्रिया के अंत में गैस अपनी मूल स्थिति में लौट आती है; एक चक्रीय (परिपत्र, बंद) प्रक्रिया, या एक चक्र, एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें गैस राज्यों की एक श्रृंखला से गुजरने के बाद अपनी मूल स्थिति में लौट आती है।

उदाहरण 1. किसी प्रक्रिया के दौरान, एक आदर्श मोनोएटोमिक गैस के स्थिर द्रव्यमान का दबाव और आयतन इस तरह से बदलता है कि pV 2 = const, जहाँ p पास्कल में दबाव है; वी - घन मीटर में मात्रा। किसी गैस का आयतन तीन गुना करने पर उसकी आंतरिक ऊर्जा कितनी गुना कम हो जाती है?

समाधान । एक आदर्श एकपरमाणुक गैस की आंतरिक ऊर्जा निम्न सूत्र द्वारा निर्धारित की जाती है:

• गैस की प्रारंभिक अवस्था के लिए -

यू 1 \u003d 3 2 ν आर टी 1,

जहां ν पदार्थ (गैस) की मात्रा है; R सार्वभौमिक गैस स्थिरांक है, R ≈ 8.31 J/(mol ⋅ K); टी 1 - प्रारंभिक अवस्था में गैस का तापमान;

• गैस की अंतिम अवस्था के लिए -

यू 2 \u003d 3 2 ν आर टी 2,

जहाँ T2 अंतिम अवस्था में गैस का तापमान है।

आवश्यक संबंध है

यू 1 यू 2 = 3 ν आर टी 1 2 ⋅ 2 3 ν आर टी 2 = टी 1 टी 2।

आइए जानें तापमान अनुपात।

ऐसा करने के लिए, मेंडेलीव - क्लैपेरॉन समीकरण से

पीवी = νRT

चलो दबाव व्यक्त करते हैं

पी = ν आर टी वी

और परिणामी अभिव्यक्ति को समस्या की स्थिति में निर्दिष्ट कानून में प्रतिस्थापित करें:

ν R T V ⋅ V 2 = ν R T V = const , या TV = const।

स्थिति में निर्दिष्ट दबाव और आयतन के बीच का संबंध तापमान और आयतन के बीच प्राप्त संबंध के बराबर है।

गैस की दो अवस्थाओं के लिए, तत्समक

टी 1 वी 1 \u003d टी 2 वी 2,

कहाँ पे वी 1 - प्रारंभिक अवस्था में गैस की मात्रा; वी 2 - अंतिम अवस्था में गैस की मात्रा।

यह इस प्रकार है कि तापमान अनुपात अभिव्यक्ति द्वारा निर्धारित किया जाता है

टी 1 टी 2 \u003d वी 2 वी 1,

और गैस की आंतरिक ऊर्जाओं का वांछित अनुपात बराबर है

यू 1 यू 2 \u003d वी 2 वी 1 \u003d 3।

उदाहरण 2 एक ऊष्मारोधी पात्र जिसमें कुछ हाइड्रोजन है, 250 मी/से की गति से चलता है। यदि बर्तन को अचानक बंद कर दिया जाए तो गैस के तापमान में क्या परिवर्तन होगा? हाइड्रोजन का दाढ़ द्रव्यमान 2.0 g/mol है। बर्तन की ताप क्षमता पर ध्यान न दें।

समाधान । बर्तन में गैस की ऊर्जा योग द्वारा निर्धारित की जाती है:

• चलते हुए जहाज के लिए-

ई 1 \u003d यू 1 + डब्ल्यू के 1,

जहां U 1 एक गतिमान पोत (हाइड्रोजन अणुओं की तापीय गति की ऊर्जा) में हाइड्रोजन (डायटोमिक गैस) की आंतरिक ऊर्जा है, U 1 = 5νRT 1/2; ν हाइड्रोजन की मात्रा है, ν = m /M; मी हाइड्रोजन का द्रव्यमान है; M हाइड्रोजन का दाढ़ द्रव्यमान है, M = 2.0 g/mol; टी 1 - हाइड्रोजन का प्रारंभिक तापमान; R सार्वभौमिक गैस स्थिरांक है, R = 8.31 J/(mol ⋅ K); W k 1 - पोत के साथ चलने वाली हाइड्रोजन की गतिज ऊर्जा, W k 1 = mv 2/2; v पोत की गति है, v = 250 मी/से;

• रुके हुए जहाज के लिए -

ई 2 \u003d यू 2 + डब्ल्यू के 2,

जहाँ U 2 एक रुके हुए बर्तन में हाइड्रोजन (डायटोमिक गैस) की आंतरिक ऊर्जा है, U 2 = 5νRT 2/2; टी 2 - हाइड्रोजन का अंतिम तापमान; W k 2 - हाइड्रोजन की गतिज ऊर्जा बर्तन के साथ बंद हो गई, W k 2 = 0।

समस्या की स्थिति के अनुसार, पोत और पर्यावरण में गैस के बीच कोई ऊर्जा विनिमय नहीं होता है, क्योंकि पोत तापीय रूप से अछूता रहता है; इसलिए गैस की ऊर्जा संरक्षित है

ई 1 \u003d ई 2,

या, स्पष्ट रूप से, -

यू 1 + डब्ल्यू के 1 \u003d यू 2 + डब्ल्यू के 2।

बर्तन में गैस की आंतरिक और गतिज ऊर्जा के लिए भावों की परिणामी समानता में प्रतिस्थापन देता है

5 एम आर टी 1 2 एम + एम वी 2 2 = 5 एम आर टी 2 2 एम।

वांछित तापमान अंतर सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है

ΔT = वी 2 एम 5 आर।

आइए गणना करें:

Δ टी \u003d (250) 2 ⋅ 2.0 ⋅ 10 - 3 5 ⋅ 8.31 \u003d 3.0 के।

जब एक निर्दिष्ट गति से चल रहा कोई बर्तन अचानक रुक जाता है, तो उसमें निहित हाइड्रोजन का तापमान 3.0 K बढ़ जाता है।

एक आदर्श की आंतरिक ऊर्जा की गणना करने के लिए एकपरमाण्विकगैस द्रव्यमान, आपको एक परमाणु की औसत गतिज ऊर्जा को परमाणुओं की संख्या से गुणा करने की आवश्यकता है। यह देखते हुए, हम एक आदर्श गैस की आंतरिक ऊर्जा का मान प्राप्त करते हैं:

यदि एक आदर्श गैस में मोनोएटोमिक की तुलना में अधिक जटिल अणु होते हैं, तो इसकी आंतरिक ऊर्जा अणुओं के अनुवाद और घूर्णी गति के योग के बराबर होती है।

के लिए दो परमाणुओंवालागैस:

के लिए बहुपरमाणुकगैस:

वास्तविक गैसों, तरल पदार्थों और ठोस पदार्थों के लिए, अणुओं की परस्पर क्रिया की औसत संभावित ऊर्जा शून्य के बराबर नहीं होती है। गैसों के लिए, यह अणुओं की औसत गतिज ऊर्जा से बहुत कम है, लेकिन ठोस और तरल पदार्थों के लिए, यह इसके बराबर है। अणुओं की परस्पर क्रिया की औसत संभावित ऊर्जा पदार्थ के आयतन पर निर्भर करती है, क्योंकि जब आयतन बदलता है, तो अणुओं के बीच की औसत दूरी बदल जाती है। इस तरह, सामान्य स्थिति में ऊष्मप्रवैगिकी में आंतरिक ऊर्जा, तापमान के साथ-साथ मात्रा पर भी निर्भर करती है।

गर्मी की मात्रा:

बिना कार्य किये ऊर्जा को एक पिण्ड से दूसरे पिण्ड में स्थानान्तरित करने की प्रक्रिया कहलाती है गर्मी विनिमयया गर्मी का हस्तांतरण. अलग-अलग तापमान वाले पिंडों के बीच हीट ट्रांसफर होता है। जब विभिन्न तापमान वाले निकायों के बीच संपर्क स्थापित होता है, तो आंतरिक ऊर्जा का एक हिस्सा उच्च तापमान वाले शरीर से कम तापमान वाले शरीर में स्थानांतरित हो जाता है। उष्मा स्थानान्तरण के फलस्वरूप शरीर में स्थानांतरित ऊर्जा कहलाती है गर्मी की मात्रा.

किसी पदार्थ की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता:

यदि गर्मी हस्तांतरण प्रक्रिया काम के साथ नहीं है, तो, ऊष्मप्रवैगिकी के पहले नियम के आधार पर, गर्मी की मात्रा शरीर की आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन के बराबर होती है: .

अणुओं की यादृच्छिक अनुवादकीय गति की औसत ऊर्जा पूर्ण तापमान के समानुपाती होती है। किसी पिंड की आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन सभी परमाणुओं या अणुओं की ऊर्जा में परिवर्तन के बीजगणितीय योग के बराबर होता है, जिसकी संख्या शरीर के द्रव्यमान के समानुपाती होती है, इसलिए आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन और, फलस्वरूप, ऊष्मा की मात्रा द्रव्यमान और तापमान परिवर्तन के समानुपाती होती है:

इस समीकरण में आनुपातिकता कारक कहा जाता है किसी पदार्थ की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता. विशिष्ट ताप क्षमता इंगित करती है कि किसी पदार्थ के 1 किलो का तापमान 1 K बढ़ाने के लिए कितनी ऊष्मा की आवश्यकता होती है।

ऊष्मप्रवैगिकी में कार्य:

यांत्रिकी में, कार्य को बल और विस्थापन के मॉड्यूल और उनके बीच के कोण के कोसाइन के उत्पाद के रूप में परिभाषित किया गया है। कार्य तब होता है जब एक गतिमान पिंड पर एक बल कार्य करता है और इसकी गतिज ऊर्जा में परिवर्तन के बराबर होता है।

ऊष्मप्रवैगिकी में, एक पूरे के रूप में शरीर की गति पर विचार नहीं किया जाता है, हम एक दूसरे के सापेक्ष एक स्थूल शरीर के अंगों की गति के बारे में बात कर रहे हैं। नतीजतन, शरीर का आयतन बदल जाता है, और इसका वेग शून्य के बराबर रहता है। ऊष्मप्रवैगिकी में कार्य को यांत्रिकी के समान ही परिभाषित किया गया है, लेकिन यह शरीर की गतिज ऊर्जा में नहीं, बल्कि इसकी आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन के बराबर है।

जब काम किया जाता है (संपीड़न या विस्तार), तो गैस की आंतरिक ऊर्जा बदल जाती है। इसके लिए कारण इस प्रकार है: गतिमान पिस्टन के साथ गैस के अणुओं के लोचदार टकराव के दौरान, उनकी गतिज ऊर्जा में परिवर्तन होता है।

आइए विस्तार के दौरान गैस के कार्य की गणना करें। गैस पिस्टन पर एक बल के साथ कार्य करती है, जहाँ गैस का दबाव है, और पिस्टन का सतह क्षेत्र है। जैसे ही गैस का विस्तार होता है, पिस्टन थोड़ी दूरी पर बल की दिशा में गति करता है। यदि दूरी कम है, तो गैस के दबाव को स्थिर माना जा सकता है। गैस का कार्य है:

गैस के आयतन में परिवर्तन कहाँ होता है।

गैस के विस्तार की प्रक्रिया में, यह सकारात्मक कार्य करता है, क्योंकि बल और विस्थापन की दिशा समान होती है। विस्तार की प्रक्रिया में, गैस आसपास के निकायों को ऊर्जा देती है।

गैस पर बाहरी पिंडों द्वारा किया गया कार्य गैस के कार्य से केवल संकेत में भिन्न होता है, क्योंकि गैस पर कार्य करने वाला बल उस बल के विपरीत होता है जिसके साथ गैस पिस्टन पर कार्य करती है, और इसके निरपेक्ष मान के बराबर होती है ( न्यूटन का तीसरा नियम); और आंदोलन वही रहता है। इसलिए, बाहरी बलों का कार्य इसके बराबर है:

ऊष्मप्रवैगिकी का पहला नियम:

ऊष्मप्रवैगिकी का पहला नियम ऊर्जा के संरक्षण का नियम है, जिसे तापीय घटनाओं तक विस्तारित किया गया है। ऊर्जा संरक्षण का नियम: प्रकृति में ऊर्जा शून्य से उत्पन्न नहीं होती है और गायब नहीं होती है: ऊर्जा की मात्रा अपरिवर्तित होती है, यह केवल एक रूप से दूसरे रूप में बदलती है।

ऊष्मप्रवैगिकी में, पिंडों को माना जाता है, गुरुत्वाकर्षण के केंद्र की स्थिति व्यावहारिक रूप से नहीं बदलती है। ऐसे पिंडों की यांत्रिक ऊर्जा स्थिर रहती है, और केवल आंतरिक ऊर्जा ही बदल सकती है।

आंतरिक ऊर्जा को दो तरह से बदला जा सकता है: ऊष्मा हस्तांतरण और कार्य। सामान्य स्थिति में, आंतरिक ऊर्जा गर्मी हस्तांतरण और काम के प्रदर्शन के कारण दोनों में बदल जाती है। ऊष्मप्रवैगिकी का पहला नियम ऐसे सामान्य मामलों के लिए सटीक रूप से तैयार किया गया है:

एक राज्य से दूसरे राज्य में संक्रमण के दौरान सिस्टम की आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन बाहरी बलों के काम के योग और सिस्टम में स्थानांतरित गर्मी की मात्रा के बराबर होता है:

यदि निकाय पृथक्कृत है, तो उस पर कोई कार्य नहीं होता है और यह आसपास के पिंडों के साथ ऊष्मा का आदान-प्रदान नहीं करता है। ऊष्मप्रवैगिकी के पहले नियम के अनुसार एक पृथक प्रणाली की आंतरिक ऊर्जा अपरिवर्तित रहती है.

दिया हुआ है, ऊष्मप्रवैगिकी के प्रथम नियम को इस प्रकार लिखा जा सकता है:

सिस्टम को हस्तांतरित गर्मी की मात्रा इसकी आंतरिक ऊर्जा को बदलने और सिस्टम द्वारा बाहरी निकायों पर काम करने के लिए जाती है.

ऊष्मप्रवैगिकी का दूसरा नियम: दोनों प्रणालियों या आसपास के निकायों में एक साथ होने वाले अन्य परिवर्तनों की अनुपस्थिति में एक ठंडी प्रणाली से गर्मी को एक गर्म प्रणाली में स्थानांतरित करना असंभव है।

ऊष्मप्रवैगिकी के पहले नियम को आइसोप्रोसेसेस पर लागू करना:

पर आइसोकोरिक प्रक्रियागैस का आयतन नहीं बदलता है और इसलिए गैस द्वारा किया गया कार्य शून्य होता है। आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन स्थानांतरित गर्मी की मात्रा के बराबर है:

पर इज़ोटेर्मल प्रक्रियाएक आदर्श गैस की आंतरिक ऊर्जा नहीं बदलती है। गैस में स्थानांतरित सभी ऊष्मा का उपयोग कार्य करने के लिए किया जाता है:

पर आइसोबैरिक प्रक्रियागैस को हस्तांतरित ऊष्मा की मात्रा इसकी आंतरिक ऊर्जा को बदलने और निरंतर दबाव पर काम करने के लिए जाती है।

स्थिरोष्म प्रक्रिया:

एडियाबेटिक प्रक्रिया- एक थर्मली इंसुलेटेड सिस्टम में प्रक्रिया। इसलिए, एक एडियाबेटिक प्रक्रिया में आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन कार्य के प्रदर्शन के कारण ही होता है:

चूँकि संपीडन के दौरान बाहरी बलों का कार्य सकारात्मक होता है, रुद्धोष्म संपीडन के दौरान गैस की आंतरिक ऊर्जा बढ़ जाती है, और इसका तापमान बढ़ जाता है।

रुद्धोष्म विस्तार के दौरान, गैस अपनी आंतरिक ऊर्जा को कम करके काम करती है, इसलिए रुद्धोष्म विस्तार के दौरान गैस का तापमान कम हो जाता है।

ताप इंजन के संचालन का सिद्धांत:

ऊष्मा इंजन एक ऐसा इंजन है जो ईंधन के दहन के दौरान जारी ऊर्जा के कारण यांत्रिक कार्य करता है। कुछ प्रकार के ताप इंजन:

भाप का इंजन;

वाष्प टरबाइन;

आंतरिक दहन इंजन;

जेट इंजिन।

सभी ऊष्मा इंजनों के संचालन का भौतिक आधार समान है। एक ऊष्मा इंजन में तीन मुख्य भाग होते हैं: एक हीटर, एक कार्यशील द्रव और एक रेफ्रिजरेटर।

ऊष्मा इंजन के संचालन की प्रक्रिया: कार्यशील द्रव को हीटर (- उच्च) के संपर्क में लाया जाता है, इसलिए कार्यशील द्रव हीटर से प्राप्त होता है। ऊष्मा की इस मात्रा के कारण कार्यशील द्रव यांत्रिक कार्य करता है। फिर काम कर रहे तरल पदार्थ को रेफ्रिजरेटर (- कम) के संपर्क में लाया जाता है, इसलिए काम करने वाला तरल रेफ्रिजरेटर को गर्मी देता है। इस प्रकार, यह अपनी मूल स्थिति में लौट आता है। अब काम कर रहे तरल पदार्थ को हीटर के संपर्क में लाया जाता है और सब कुछ फिर से होता है। नतीजतन, ताप इंजन आवधिक क्रिया का होता है, अर्थात इस मशीन में शरीर एक बंद प्रक्रिया करता है - एक चक्र। प्रत्येक चक्र के लिए, कार्यशील निकाय काम करता है।

दक्षता आमतौर पर प्रतिशत के रूप में व्यक्त की जाती है:

हीट इंजन दक्षता और इसका अधिकतम मूल्य:

19वीं शताब्दी की शुरुआत में, फ्रांसीसी इंजीनियर साडी कार्नोट ने ताप इंजनों की दक्षता बढ़ाने के तरीकों की खोज की। वह एक चक्र के साथ आया था कि एक आदर्श गैस को एक निश्चित ताप इंजन में प्रदर्शन करना चाहिए, ताकि अधिकतम संभव दक्षता प्राप्त हो सके। कार्नोट चक्र में दो समताप रेखाएँ और दो रुद्धोष्म होते हैं।

एक आदर्श गैस को एक हीटर के संपर्क में लाया जाता है और इज़ोटेर्मली, यानी हीटर के तापमान पर विस्तार करने की अनुमति दी जाती है। जब विस्तारित गैस राज्य 2 में जाती है, तो इसे हीटर से तापीय रूप से अलग किया जाता है और रुद्धोष्म रूप से विस्तार करने की अनुमति दी जाती है, अर्थात, गैस अपनी आंतरिक ऊर्जा के नुकसान के कारण काम करती है। रूद्धोष्म रूप से विस्तार करते हुए, गैस को तब तक ठंडा किया जाता है जब तक कि उसका तापमान रेफ्रिजरेटर के तापमान के बराबर न हो जाए (राज्य 3)। गैस को अब एक संघनित्र के संपर्क में लाया जाता है और समतापीय रूप से संपीड़ित किया जाता है। रेफ्रिजरेटर को गैस दी जाती है। गैस अवस्था 4 में जाती है। गैस को फिर कूलर से ऊष्मीय रूप से पृथक किया जाता है और रूद्धोष्म रूप से संपीड़ित किया जाता है। इस मामले में, गैस का तापमान बढ़ जाता है और हीटर के तापमान तक पहुंच जाता है। प्रक्रिया शुरू से दोहराई जाती है।

(*) - एक आदर्श गैस के साथ कार्नाट चक्र के अनुसार चलने वाले एक आदर्श ताप इंजन की दक्षता की गणना करने का सूत्र।

कार्नोट ने दिखाया कि किसी भी अन्य ताप इंजन की दक्षता (अर्थात, एक अलग काम करने वाले द्रव के साथ या एक अलग चक्र पर काम करना) कार्नोट चक्र की दक्षता से कम होगी। व्यवहार में, कार्नोट चक्र पर चलने वाली मशीनों का उपयोग नहीं किया जाता है, लेकिन सूत्र (*) आपको हीटर और रेफ्रिजरेटर के दिए गए तापमान पर अधिकतम दक्षता निर्धारित करने की अनुमति देता है।

जाहिर है, दक्षता बढ़ाने के लिए, रेफ्रिजरेटर का तापमान कम करना और हीटर का तापमान बढ़ाना आवश्यक है। रेफ्रिजरेटर के तापमान को कम करना कृत्रिम रूप से लाभहीन है, क्योंकि इसके लिए अतिरिक्त ऊर्जा लागत की आवश्यकता होती है। हीटर के तापमान को एक निश्चित सीमा तक बढ़ाना भी संभव है, क्योंकि विभिन्न सामग्रियों में उच्च तापमान पर अलग-अलग ताप प्रतिरोध होता है। हालांकि, कार्नाट सूत्र ने दिखाया कि दक्षता बढ़ाने के लिए अप्रयुक्त भंडार हैं, क्योंकि व्यावहारिक दक्षता कार्नाट चक्र की दक्षता से बहुत अलग है।

ताप इंजन और प्रकृति संरक्षण:

वाष्पीकरण और संघनन, संतृप्त और असंतृप्त वाष्प:

अणुओं की ऊष्मीय गति की गतिज ऊर्जा का असमान वितरण इस तथ्य की ओर जाता है कि किसी भी तापमान पर किसी तरल या ठोस के कुछ अणुओं की गतिज ऊर्जा शेष अणुओं के साथ उनके संबंध की संभावित ऊर्जा से अधिक हो सकती है। वाष्पीकरण एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें अणु किसी तरल या ठोस की सतह से बाहर निकलते हैं, जिसकी गतिज ऊर्जा अणुओं की परस्पर क्रिया की संभावित ऊर्जा से अधिक होती है।वाष्पीकरण तरल के ठंडा होने के साथ होता है, क्योंकि उच्च गतिज ऊर्जा वाले अणु तरल छोड़ देते हैं, और तरल की आंतरिक ऊर्जा कम हो जाती है। उत्सर्जित अणु गैस की उष्मीय गति में बेतरतीब ढंग से गति करने लगते हैं; वे या तो स्थायी रूप से तरल की सतह से दूर जा सकते हैं, या फिर तरल में वापस आ सकते हैं। ऐसी प्रक्रिया कहलाती है वाष्पीकरण।

एक स्थिर तापमान पर एक बंद बर्तन में एक तरल के वाष्पीकरण से गैसीय अवस्था में वाष्पित होने वाले पदार्थ के अणुओं की सांद्रता में क्रमिक वृद्धि होती है। वाष्पीकरण प्रक्रिया शुरू होने के कुछ समय बाद, गैसीय अवस्था में किसी पदार्थ की सांद्रता एक ऐसे मूल्य तक पहुँच जाती है, जिस पर प्रति इकाई समय में तरल में लौटने वाले अणुओं की संख्या तरल की सतह को छोड़ने वाले अणुओं की संख्या के बराबर हो जाती है। उसी समय। पदार्थ के वाष्पीकरण और संघनन की प्रक्रियाओं के बीच एक गतिशील संतुलन स्थापित किया जाता है।

गैसीय अवस्था में एक पदार्थ जो तरल के साथ गतिशील संतुलन में होता है, कहलाता है संतृप्त भाप. संतृप्ति वाष्प दाब से कम दाब पर भाप कहलाती है असंतृप्त.

जब संतृप्त वाष्प को संकुचित किया जाता है, तो वाष्प के अणुओं की सांद्रता बढ़ जाती है, वाष्पीकरण और संघनन की प्रक्रियाओं के बीच संतुलन बिगड़ जाता है और वाष्प का हिस्सा तरल में बदल जाता है। जब संतृप्त वाष्प का विस्तार होता है, तो इसके अणुओं की सांद्रता कम हो जाती है और तरल का कुछ हिस्सा वाष्प में बदल जाता है। इस प्रकार, आयतन की परवाह किए बिना संतृप्त वाष्प की सांद्रता स्थिर रहती है। चूंकि गैस का दबाव एकाग्रता और तापमान () के समानुपाती होता है, इसलिए स्थिर तापमान पर संतृप्ति वाष्प का दबाव आयतन पर निर्भर नहीं करता है।

बढ़ते तरल तापमान के साथ वाष्पीकरण प्रक्रिया की तीव्रता बढ़ जाती है। इसलिए, बढ़ते तापमान के साथ वाष्पीकरण और संघनन के बीच गतिशील संतुलन गैस अणुओं की उच्च सांद्रता पर स्थापित होता है।

अणुओं की एक स्थिर सांद्रता पर एक आदर्श गैस का दबाव पूर्ण तापमान के सीधे अनुपात में बढ़ता है। चूँकि संतृप्त वाष्प में अणुओं की सांद्रता बढ़ते तापमान के साथ बढ़ती है, संतृप्त वाष्प का दबाव बढ़ते तापमान के साथ एक आदर्श गैस के दबाव की तुलना में तेजी से बढ़ता है जिसमें अणुओं की निरंतर सांद्रता होती है। वह है संतृप्त वाष्प का दबाव न केवल तरल के तापमान में वृद्धि के कारण बढ़ता है, बल्कि वाष्प के अणुओं की सांद्रता में वृद्धि के कारण भी होता है।

एक आदर्श गैस और संतृप्त भाप के व्यवहार में मुख्य अंतर यह है कि जब एक बंद बर्तन में वाष्प का तापमान बदलता है (या जब स्थिर तापमान पर आयतन बदलता है), तो वाष्प का द्रव्यमान बदल जाता है।

दबाव पर तरल के क्वथनांक की निर्भरता:

जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, तरल के वाष्पीकरण की दर बढ़ जाती है और एक निश्चित तापमान पर तरल उबलने लगता है। उबलने पर, तेजी से बढ़ने वाले वाष्प के बुलबुले तरल के पूरे आयतन में बनते हैं, जो सतह पर तैरते हैं। द्रव का क्वथनांक स्थिर रहता है.

तरल में हमेशा घुली हुई गैसें मौजूद होती हैं, जो बर्तन के तल और दीवारों पर छोड़ी जाती हैं। बुलबुले के अंदर तरल वाष्प संतृप्त होते हैं। जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, वाष्प का दबाव बढ़ता जाता है और बुलबुले आकार में बढ़ते जाते हैं। उत्प्लावक बल की क्रिया के तहत, वे सतह पर तैरते हैं।

तापमान पर संतृप्ति वाष्प के दबाव की निर्भरता बताती है कि किसी तरल का क्वथनांक उसकी सतह पर दबाव पर क्यों निर्भर करता है। एक वाष्प का बुलबुला तब बढ़ सकता है जब उसके अंदर संतृप्त वाष्प का दबाव तरल में दबाव से थोड़ा अधिक हो जाता है, जो कि तरल की सतह पर हवा के दबाव (बाहरी दबाव) और तरल स्तंभ के हाइड्रोस्टेटिक दबाव का योग होता है।

उबलना ऐसे तापमान पर शुरू होता है जिस पर बुलबुले में संतृप्ति वाष्प का दबाव तरल में दबाव के बराबर होता है। बाहरी दबाव जितना अधिक होगा, क्वथनांक उतना ही अधिक होगा।

प्रत्येक तरल का अपना क्वथनांक होता है, जो संतृप्ति वाष्प के दबाव पर निर्भर करता है। संतृप्त वाष्प का दबाव जितना अधिक होगा, संबंधित तरल का क्वथनांक उतना ही कम होगा, चूंकि कम तापमान पर संतृप्त वाष्प का दबाव वायुमंडलीय दबाव के बराबर हो जाता है।

जैसे-जैसे द्रव का तापमान बढ़ता है, संतृप्त वाष्प का दबाव बढ़ता जाता है और साथ-साथ उसका घनत्व भी बढ़ता जाता है। इसके विपरीत, वाष्प के साथ संतुलन में एक तरल का घनत्व, गर्म होने पर तरल के विस्तार के कारण घट जाता है।

यदि एक आकृति में हम किसी द्रव के घनत्व और तापमान पर उसके संतृप्त वाष्प के घनत्व की निर्भरता के लिए वक्र बनाते हैं, तो वक्र तरल के लिए नीचे जाएगा, और वाष्प के लिए ऊपर जाएगा।

एक निश्चित तापमान पर दोनों वक्र विलीन हो जाते हैं, अर्थात द्रव का घनत्व वाष्प के घनत्व के बराबर हो जाता है।

महत्वपूर्ण तापमान वह तापमान होता है जिस पर तरल और उसके संतृप्त वाष्प के बीच भौतिक गुणों में अंतर गायब हो जाता है।

महत्वपूर्ण से अधिक तापमान पर, पदार्थ किसी भी दबाव में तरल में परिवर्तित नहीं होता है।

हवा मैं नमी:

वायुमंडलीय हवा विभिन्न गैसों और जल वाष्प का मिश्रण है। प्रत्येक गैस इसमें मौजूद पिंडों पर वायु द्वारा उत्पन्न कुल दबाव में योगदान करती है।

यदि अन्य सभी गैसें अनुपस्थित हों तो जलवाष्प जो दाब उत्पन्न करेगा, उसे जलवाष्प का आंशिक दाब कहते हैं।.

सापेक्ष आर्द्रता एक निश्चित तापमान पर हवा में निहित जल वाष्प के आंशिक दबाव का अनुपात उसी तापमान पर संतृप्त वाष्प के दबाव का अनुपात है, जिसे प्रतिशत के रूप में व्यक्त किया जाता है:

चूंकि संतृप्त वाष्प का दबाव कम होता है, तापमान कम होता है, जब हवा ठंडी होती है, तो इसमें मौजूद जलवाष्प एक निश्चित तापमान पर संतृप्त हो जाती है। वह तापमान जिस पर वायु में जलवाष्प संतृप्त हो जाता है, कहलाता है ओसांक.

हवा में जल वाष्प के दबाव को खोजने के लिए ओस बिंदु का उपयोग किया जा सकता है। यह ओस बिंदु के बराबर तापमान पर संतृप्त वाष्प के दबाव के बराबर होता है। हवा की सापेक्ष आर्द्रता हवा में वाष्प के दबाव के मूल्यों और किसी दिए गए तापमान पर संतृप्ति वाष्प के दबाव से निर्धारित की जा सकती है।

क्रिस्टलीय और अनाकार निकाय:

­ बेढबपिंड कहलाते हैं, जिनके भौतिक गुण सभी दिशाओं में समान होते हैं। अनाकार शरीर हैं समदैशिक- परमाणुओं की व्यवस्था में उनका सख्त आदेश नहीं है। अनाकार निकायों के उदाहरण कठोर राल, एम्बर, कांच के टुकड़े हैं।

ठोस जिसमें परमाणु या अणु क्रमित होते हैं और समय-समय पर दोहराई जाने वाली आंतरिक संरचना बनाते हैं, कहलाते हैं क्रिस्टल. क्रिस्टलीय निकायों के भौतिक गुण अलग-अलग दिशाओं में समान नहीं होते हैं, लेकिन समानांतर दिशाओं में समान होते हैं। क्रिस्टल का यह गुण कहलाता है असमदिग्वर्ती होने की दशा.

क्रिस्टल के यांत्रिक, थर्मल, इलेक्ट्रिकल और ऑप्टिकल गुणों के अनिसोट्रॉपी को इस तथ्य से समझाया गया है कि परमाणुओं, अणुओं, या आयनों की एक क्रमबद्ध व्यवस्था के साथ, उनके और अंतर-दूरी के बीच परस्पर क्रिया के बल अलग-अलग में असमान हो जाते हैं। दिशाओं।

क्रिस्टलीय निकायों में बांटा गया है एकल क्रिस्टलऔर पॉलीक्रिस्टल. एकल क्रिस्टल में कभी-कभी ज्यामितीय रूप से नियमित आकार होता है, लेकिन एकल क्रिस्टल की मुख्य विशेषता इसकी मात्रा में समय-समय पर दोहराई जाने वाली आंतरिक संरचना होती है। एक पॉलीक्रिस्टलाइन बॉडी बेतरतीब ढंग से उन्मुख छोटे क्रिस्टल का एक संग्रह है जो एक दूसरे के साथ - क्रिस्टलीय होते हैं। पॉलीक्रिस्टलाइन बॉडी का प्रत्येक छोटा एकल क्रिस्टल अनिसोट्रोपिक है, लेकिन पॉलीक्रिस्टलाइन बॉडी आइसोट्रोपिक है।

ठोस पदार्थों के यांत्रिक गुण:

आइए एक उदाहरण के रूप में तन्यता विकृति का उपयोग करते हुए एक ठोस पिंड के यांत्रिक गुणों पर विचार करें। विकृत शरीर के किसी भी भाग में, लोचदार बल कार्य करते हैं जो इस शरीर को फटने से रोकते हैं। यांत्रिक तनावलोच के मापांक के अनुपात को शरीर के पार-अनुभागीय क्षेत्र कहा जाता है:

छोटे उपभेदों पर, तनाव सीधे सापेक्ष बढ़ाव (अनुभाग OA) के समानुपाती होता है। यह निर्भरता कहलाती है हुक का नियम:

यंग का मापांक कहां है।

आइए फिर निरूपित करें

हूक का नियम केवल छोटी विकृति के लिए संतुष्ट है, और इसलिए, उन तनावों के लिए जो एक निश्चित सीमा से अधिक नहीं हैं। वह अधिकतम वोल्टेज जिस पर हुक का नियम अभी भी कायम है, कहलाता है आनुपातिकता की सीमा.

यदि भार बढ़ा दिया जाता है, तो विरूपण गैर-रैखिक हो जाता है, तनाव सापेक्ष बढ़ाव के सीधे आनुपातिक हो जाता है। फिर भी, छोटे गैर-रैखिक विकृतियों के साथ, भार हटा दिए जाने के बाद, शरीर के आकार और आयाम व्यावहारिक रूप से बहाल हो जाते हैं (अनुभाग एबी)। अधिकतम तनाव जिस पर ध्यान देने योग्य अवशिष्ट विकृति अभी तक नहीं होती है (सापेक्ष अवशिष्ट विकृति 0.1% से अधिक नहीं होती है) कहलाती है इलास्टिक लिमिट .

यदि बाहरी भार ऐसा है कि सामग्री में तनाव लोचदार सीमा से अधिक है, तो भार हटा दिए जाने के बाद शरीर विकृत रहता है। आरेख में बिंदु C के अनुरूप एक निश्चित तनाव मान पर, भार बढ़ाए बिना बढ़ाव व्यावहारिक रूप से बढ़ जाता है। इस घटना को कहा जाता है द्रव्य प्रवाह(साइट सीडी)।

इसके अलावा, विरूपण में वृद्धि के साथ, तनाव वक्र थोड़ा बढ़ने लगता है और बिंदु ई पर अधिकतम तक पहुंच जाता है। फिर तनाव तेजी से गिरता है और शरीर नष्ट हो जाता है। वोल्टेज अपने अधिकतम मूल्य तक पहुंचने के बाद टूटना होता है, जिसे कहा जाता है तन्यता ताकत.

लोचदार विकृति:

लोचदार विकृतियों के साथ, भार हटा दिए जाने पर शरीर के आयाम और आकार को बहाल किया जाता है।