ਮੈਕਾਨਿਕਲ ਕੰਮ ਅਤੇ ਗਰਮੀ ਦੇ ਆਪਸਲੀ ਬਦਲਣਯੋਗਤਾ
اس مضمون وچن میں ہم گرما کے مکانی توسیع کے مفہوم کا مطالعہ کریں گے، جس کے مطابق مکانی کام اور گرما آپس میں تبدیل کیے جا سکتے ہیں۔ ہم اس خیال کو قائم کرنے والے تجربات اور دریافت کے بارے میں بھی سیکھیں گے اور یہ کیسے ترمودینامکس کی سائنس کو قائم کرنے میں مدد کی۔
گرما کا مکانی توسیع کیا ہے؟
گرما کا مکانی توسیع ایک اصطلاح ہے جو مکانی کام اور گرما کے درمیان تعلق کا وصف کرتی ہے۔
یہ ایک نظام میں یکائی مقدار کی گرما پیدا کرنے کے لیے درکار کام کی مقدار کے طور پر تعریف کیا جاتا ہے۔ گرما کے مکانی توسیع کے لیے علامت J ہے، اور یہ سائنس دان کے نام پر جول کا دائم یا جول کا مکانی توسیع کے نام سے بھی جانا جاتا ہے جس نے پہلے اس کی پیمائش کی۔
گرما کے مکانی توسیع کا فارمولا ہے:
جہاں W نظام پر کیا گیا کام ہے، اور Q نظام میں پیدا ہونے والی گرما ہے۔
گرما کے مکانی توسیع کا یکا جول فی کیلو کیلوم (J/cal) ہے، جس کا مطلب ہے کہ ایک جول کام ایک کیلو کیلوم گرما پیدا کرتا ہے۔ ایک کیلو کیلوم ایک گرام پانی کی حرارت کو ایک ڈگری سیلسیئس تک بڑھانے کے لیے درکار گرما کی مقدار ہوتی ہے۔
گرما کا مکانی توسیع کیسے دریافت کیا گیا؟
مکانی کام اور گرما کے درمیان تبادلہ کا خیال پہلی بار 1798 میں بنجنمن ٹھامسن، جو کاؤنٹ رمفورڈ کے نام سے بھی جانا جاتا ہے، نے پیش کیا۔ اس نے میونخ میں ایک آرسنل میں توپ کے برل کو گھونسلا کرتے وقت فرکشن سے بہت زیادہ گرما پیدا ہونے کا مشاہدہ کیا۔ اس نے نتیجہ اخذ کیا کہ گرما پہلے سے سوچا جانے والا مادہ نہیں بلکہ حرکت کی ایک شکل ہے۔
تاہم، رمفورڈ نے گرما کے مکانی توسیع کی عددی قیمت فراہم نہیں کی، نہ ہی انہوں نے اس کی پیمائش کے لیے کنٹرول شدہ تجربہ کیا۔ ان کے مشاہدات کیلیک کی نظریہ کے حامیوں نے چیلنج کیا، جس کے مطابق گرما ایک مائع تھا جو گرم سے ٹھنڈے جسم کی طرف بہتا تھا۔
گرما کے مکانی توسیع کی پیمائش کرنے کے لیے پہلے شخص جیمز پریسکٹ جول، ایک انگریزی طبیعیات دان اور بروئر تھے۔ 1845 میں، انہوں نے "گرما کا مکانی توسیع" عنوان سے ایک مقالہ شائع کیا، جس میں انہوں نے اپنے آلات اور طریقہ کار کا وصف کیا۔
جول نے پانی سے بھرا کپپر کیلومیٹر اور گرنے والے وزنوں سے منسلک پیڈل-وہیل مکینزم استعمال کیا۔
جب وزن گرتے تو وہ پیڈل وہیل کو چلانے کے لیے متحرک ہوتے تھے، جس سے کیلومیٹر کے اندر پانی کو ہلایا جاتا تھا۔ وزنوں اور پیڈل-وہیل کی متحرک توانائی کو پانی میں گرما کی توانائی میں تبدیل کردیا گیا تھا۔ جول نے پانی کی حرارت کا اضافہ میسر کیا اور وزنوں کے ذریعے کیے گئے کام کی مقدار کا حساب لگایا۔ انہوں نے مختلف وزن اور اونچائیوں کے ساتھ یہ تجربہ کئی بار دہرانا اور J کی کثیر قیمت ملی: 778.24 فٹ-پاؤنڈ-فورس فی ڈگری فارنہائٹ (4.1550 J/cal)۔
جول کا تجربہ ثابت کرتا ہے کہ کام اور گرما معادل اور محفوظ ہیں،
یعنی کہ انہیں بنایا نہیں جا سکتا یا تباہ نہیں کیا جا سکتا بلکہ صرف ایک شکل سے دوسری شکل میں تبدیل کیا جا سکتا ہے۔ یہ ترمودینامکس کی ترقی میں ایک بڑا کامیابی تھا، جو توانائی اور اس کی تبدیلیوں کا مطالعہ ہے۔
گرما کے مکانی توسیع کے کچھ کاربردیں کیا ہیں؟
گرما کے مکانی توسیع کا مفہوم سائنس اور مهندسی میں کئی کاربردیں ہیں۔ مثال کے طور پر:
یہ یہ بتاتا ہے کہ انجن کیسے کام کرتے ہیں کیونکہ وہ سیال کی کیمیائی توانائی کو مکانی توانائی میں تبدیل کرتے ہیں۔
یہ ہمیں ماشینوں اور عملوں کی کارکردگی کا حساب لگانے میں مدد کرتا ہے کیونکہ یہ داخلی کام اور باہر نکلنے والی گرما کا موازنہ کرتا ہے۔
یہ ہمیں ایسے ڈیوائس کا ڈیزائن کرنے کی اجازت دیتا ہے جو ضائع گرما کو مفید کام میں تبدیل کر سکے، جیسے ترمو الیکٹرک جنریٹرز۔
یہ ہمیں سمجھنے میں مدد کرتا ہے کہ زندہ اجرام کیسے متعدد کاموں کو کرنے کے لیے میٹابولک توانائی کا استعمال کرتے ہیں۔
گرما کا مکانی توسیع ترمودینامکس کے دیگر اہم مفاهیم سے بھی متعلق ہے، جیسے آنتروپی، مخصوص گرما کی صلاحیت، خفیہ گرما، اور حرارتی اضافہ۔
نتیجہ
اس مضمون میں ہم گرما کے مکانی توسیع کے بارے میں سیکھ چکے ہیں،
