مکانیکی کام کردن اور گرمی کے درمیان تبادلہ
اس مضمون میں ہم حرارت کے مکینکل مساوی کے تصور کا جائزہ لیں گے، جس کے مطابق مکینکل کام اور حرارت آپس میں تبدیل کیے جا سکتے ہیں۔ ہم اس تصور کے پیدائش کے پس منظر میں کئے گئے تجربات اور دریافتیں بھی سیکھیں گے اور یہ کہ یہ ترمودینامکس کی سائنس کو قائم کرنے میں کس طرح مدد کی۔
حرارت کا مکینکل مساوی کیا ہے؟
حرارت کا مکینکل مساوی ایک اصطلاح ہے جو مکینکل کام اور حرارت کے درمیان تعلق کو ظاہر کرتی ہے۔
یہ ایک نظام میں ایک یونٹ کی مقدار کی حرارت پیدا کرنے کے لیے درکار کام کی مقدار کے طور پر تعریف کیا جاتا ہے۔ حرارت کے مکینکل مساوی کا نشان J ہے، اور یہ سائنسدان کے نام پر جول کی دائمی قدر یا جول کا مکینکل مساوی بھی کہلاتا ہے جس نے پہلے اس کی پیمائش کی تھی۔
حرارت کے مکینکل مساوی کا فارمولا یہ ہے:
جہاں W نظام پر کیا گیا کام ہے، اور Q نظام میں پیدا ہونے والی حرارت ہے۔
حرارت کے مکینکل مساوی کا یونٹ جول پر کیلوم (J/cal) ہے، جس کا مطلب ہے کہ ایک جول کام ایک کیلوم حرارت پیدا کرتا ہے۔ ایک کیلوم ایک گرام پانی کی درجہ حرارت کو ایک ڈگری سیلسیس کو بڑھانے کے لیے درکار حرارت کی مقدار ہوتی ہے۔
حرارت کا مکینکل مساوی کیسے دریافت ہوا؟
مکینکل کام اور حرارت کے درمیان تبادلہ کا خیال پہلی بار 1798 میں بنجمین ٹھامسن، جسے کاؤنٹ رمفورڈ کے نام سے بھی جانا جاتا ہے، نے پیش کیا۔ وہ نے دیکھا کہ میونخ کے ایک ارسنل میں توپوں کے برل کے وقت لگنے والی فرکشن کی وجہ سے بہت زیادہ حرارت پیدا ہو رہی تھی۔ اس نے نتیجہ نکالا کہ حرارت پہلے کے خیال کے مطابق ایک مادہ نہیں بلکہ حرکت کی ایک شکل ہے۔
تاہم، رمفورڈ نے حرارت کے مکینکل مساوی کی عددی قدر فراہم نہیں کی، نہ کہ اس کی پیمائش کے لیے کنٹرول شدہ تجربہ کیا۔ اس کی مشاہدات کے حامیوں نے کیلومک نظریہ کے ذریعے چیلنج کیا، جس کے مطابق حرارت ایک مائع تھا جو گرم سے سرد جسم تک بہتی ہے۔
حرارت کے مکینکل مساوی کی پیمائش کرنے کے لیے پہلا شخص جیمز پریسکٹ جول، ایک انگریز طبیعیات دان اور بروئیر تھا۔ 1845 میں، اس نے "حرارت کا مکینکل مساوی" عنوان سے ایک مقالہ شائع کیا، جس میں اس نے اپنے آلات اور طریقہ کار کا ذکر کیا۔
جول نے پانی سے بھرا کپر کیلونی میٹر اور گرنے والے وزنوں سے متصل پیڈل وہیل مکینزم استعمال کیا۔
جب وزن گرتے تو وہ پیڈل وہیل کو گردایا، جس نے کیلونی میٹر کے اندر پانی کو ہلایا۔ وزنوں اور پیڈل وہیل کی کینیٹک توانائی کو پانی میں حرارت توانائی میں تبدیل کر دیا گیا۔ جول نے پانی کی درجہ حرارت کا اضافہ معلوم کیا اور وزنوں کے ذریعے کیے گئے کام کی مقدار کا حساب لگایا۔ اس نے مختلف وزنوں اور اونچائیوں کے ساتھ یہ تجربہ کئی بار دہراتا ہوا اور J کی متناسب قدر 778.24 فٹ-پاؤنڈ-فورس فی ڈگری فارنہٹ (4.1550 J/cal) معلوم کی۔
جول کا تجربہ ثابت کرتا ہے کہ کام اور حرارت مساوی ہیں اور محفوظ ہیں،
یعنی کہ ان کو پیدا کیا یا ناپیدا نہیں کیا جا سکتا بلکہ صرف ایک شکل سے دوسری شکل میں تبدیل کیا جا سکتا ہے۔ یہ ترمودینامکس کی ترقی کے لیے ایک بڑا کامیابی تھا، جو توانائی اور اس کی تبدیلیوں کا مطالعہ ہے۔
حرارت کے مکینکل مساوی کے کچھ اطلاقات کیا ہیں؟
حرارت کے مکینکل مساوی کا تصور سائنس اور انجینئرنگ میں کئی اطلاقات ہیں۔ مثال کے طور پر:
یہ انجن کے کام کا توضیح دیتا ہے جو فیول میں کیمیائی توانائی کو حرکت میں مکینکل توانائی میں تبدیل کرتا ہے۔
یہ ہمیں ماشینوں اور عملوں کی کارکردگی کا حساب لگانے میں مدد کرتا ہے باہمی کام اور باہمی حرارت کا موازنہ کرتے ہوئے۔
یہ ہمیں ایسے آلے تیار کرنے میں مدد کرتا ہے جو فضولات حرارت کو فائدہ مند کام میں تبدیل کر سکتے ہیں، جیسے ترمیائی بجلی گزار۔
یہ ہمیں یہ سمجھنے میں مدد کرتا ہے کہ زندہ اشیاء کیسے میٹابولک توانائی کو مختلف کاموں کے لیے استعمال کرتی ہیں۔
حرارت کا مکینکل مساوی ترمودینامکس کے دیگر اہم تصورات کے ساتھ بھی متعلق ہے، جیسے انتروپی، خاص حرارتی کیپیسٹی، خفی حرارت، اور حرارتی توسیع۔
نتیجہ
اس مضمون میں ہم حرارت کے مکینکل مساوی کے بارے میں سیکھ چکے ہیں،
