इंजीनियरिंग थर्मोडायनामिक्स: मूल और सिद्धांत
इंजीनियरिंग थर्मोडायनैमिक्स के मूल सिद्धांत प्रदर्शन, उपकरणों और उनके समग्र डिजाइन की दक्षता में सुधार के माध्यम से एक बेहतर दुनिया की ओर बढ़ने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।
उपकरणों के प्रदर्शन का मूल्यांकन करने में आवश्यक कारक अंतिम उत्पाद का उत्पादन, इनपुट रॉ मैटेरियल की खपत, उत्पादन लागत और पर्यावरण पर प्रभाव का मूल्यांकन जैसी वस्तुएं हैं। आज के इंजीनियर थर्मोडायनैमिक्स की अवधारणा का उपयोग करके इंसानी सुरक्षा और सुविधा के लिए निर्मित चीजों की जांच और फिर से आविष्कार कर रहे हैं।
थर्मोडायनैमिक्स का विज्ञान 19वीं शताब्दी से मौजूद है। तब से वैज्ञानिकों और इंजीनियरों ने इसे उपयोगकर्ता के लिए जितना संभव हो सके उतना अच्छा बनाने का लगातार प्रयास किया है।
थर्मोडायनैमिक्स के मूल सिद्धांत
थर्मोडायनैमिक्स शब्द ग्रीक शब्द थेम (जिसका अर्थ है ऊष्मा) और डायनैमिक्स (जिसका अर्थ है बल) से लिया गया है। इंजीनियरिंग पेशेवर लोग उन प्रणालियों और उनके अपने वातावरण से अंतःक्रिया के अध्ययन में रुचि रखते हैं।
इस खंड में उपयोग किए गए अवधारणाएं / परिभाषाएं इंजीनियरिंग थर्मोडायनैमिक्स (कभी-कभी इसे गर्मी-शक्ति इंजीनियरिंग भी कहा जाता है) की अवधारणा को समझने में पाठकों की मदद करने में लाभदायक हैं।
प्रणाली, वातावरण और ब्रह्मांड
प्रणाली वह है जिसे हम अध्ययन करना चाहते हैं, इसलिए पहला चरण प्रणाली अध्ययन के उद्देश्य को सटीक रूप से निर्धारित करना है। प्रणाली अध्ययन का उद्देश्य प्रणाली की दक्षता में सुधार करना या नुकसान को कम करना आदि हो सकता है। प्रणाली का उदाहरण ठंडी स्टोरेज प्लांट में रेफ्रिजरेशन चक्र का विश्लेषण या एक पावर प्लांट में रैंकिन चक्र का विश्लेषण हो सकता है।
प्रणाली को एक बंद या लचीले सतह द्वारा सीमित एक निश्चित द्रव्यमान के शुद्ध पदार्थ के रूप में परिभाषित किया जाता है; इसी तरह, प्रणाली के अंदर पदार्थ की संरचना चक्र के आधार पर निश्चित या परिवर्तनशील हो सकती है।
प्रणाली के आयाम आवश्यक रूप से स्थिर नहीं होते (जैसे कंप्रेसर में एक पिस्टन द्वारा हवा को संपीड़ित किया जाता है) यह परिवर्तनशील भी हो सकता है (जैसे एक फुलाई हुई गुब्बारी)। प्रणाली के बाहर से बाहरी तत्व को वातावरण कहा जाता है और ब्रह्मांड प्रणाली और वातावरण का परिणाम है।
वह तत्व जो प्रणाली को अपने वातावरण से अलग करता है, उसे सीमा कहा जाता है। प्रणाली की सीमा स्थिर या गतिशील हो सकती है।
प्रणाली और वातावरण के बीच की अंतःक्रिया सीमा को पार करके होती है और इसलिए थर्मोडायनैमिक्स (यानी गर्मी-शक्ति इंजीनियरिंग) में बहुत महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है।
थर्मोडायनैमिक्स में प्रणाली के प्रकार
थर्मोडायनैमिक्स में दो मूल प्रकार की प्रणालियाँ होती हैं:
बंद प्रणाली या नियंत्रण द्रव्यमान: निश्चित मात्रा के पदार्थ से संबद्ध है। खुली प्रणाली के विपरीत, बंद प्रणाली में पदार्थ का द्रव्यमान प्रणाली की सीमा से गुजरकर नहीं बदलता है। एक ऐसी विशेष बंद प्रणाली जो वातावरण से अंतःक्रिया नहीं करती और अपने आप को अलग कर देती है, उसे अलग प्रणाली कहा जाता है।
नियंत्रण आयतन (खुली प्रणाली): नियंत्रण आयतन एक अंतरिक्ष क्षेत्र से सीमित होता है, जिसके माध्यम से द्रव्यमान और ऊर्जा और प्रणाली की सीमा को पार कर सकते हैं। खुली प्रणाली की सीमा को नियंत्रित सतह कहा जाता है; यह नियंत्रित सतह वास्तविक या अवास्तविक हो सकती है।
नियंत्रण आयतन के उदाहरण पंपों में पानी का प्रवाह, टर्बाइन में भाप का प्रवाह और वायु कंप्रेसर में हवा का प्रवाह जैसे उपकरण हैं, जिनमें पदार्थ का प्रवाह प्रणाली की सीमा को पार करता है।
सूक्ष्म थर्मोडायनैमिक्स
थर्मोडायनैमिक्स में सूक्ष्म दृष्टिकोण को सांख्यिकीय थर्मोडायनैमिक्स भी कहा जाता है और यह पदार्थ की संरचना से संबंधित है और सांख्यिकीय थर्मोडायनैमिक्स का उद्देश्य दिलचस्पी वाले प्रणाली के अणुओं की औसत व्यवहार को वर्णित करना और इस जानकारी का उपयोग करके प्रणाली के जैविक व्यवहार को देखना है।
थर्मोडायनैमिक्स गुण, अवस्था और प्रक्रिया
थर्मोडायनैमिक्स गुण
थर्मोडायनैमिक्स गुण एक प्रणाली का जैविक विशेषता है। गुण का मान किसी भी दिए गए समय पर बिना पिछले मान और इसकी व्यवहार की जानकारी के निर्धारित किया जा सकता है।
विस्तृत गुण
द्रव्यमान पर निर्भर गुणों को विस्तृत गुण कहा जाता है और इसका मान प्रणाली के लिए योग होता है, जिसमें प्रणाली को विभाजित किया गया है। विस्तृत गुणों के उदाहरण आयतन, ऊर्जा और द्रव्यमान हैं। विस्तृत गुण प्रणाली के आकार पर निर्भर करता है और यह समय के साथ बदल सकता है।
संकेंद्रित गुण
विस्तृत गुण के विपरीत, संकेंद्रित गुण द्रव्यमान पर निर्भर नहीं होता और योगात्मक नहीं होता और प्रणाली के कुल आकार पर निर्भर नहीं होता। यह प्रणाली के भीतर किसी भी समय पर विभिन्न स्थानों पर भिन्न हो सकता है। संकेंद्रित गुणों के उदाहरण दाब और तापमान हैं।
थर्मोडायनैमिक्स अवस्था
अवस्था को एक प्रणाली की स्थिति के रूप में परिभाषित किया जाता है जो उसके गुणों द्वारा सर्वोत्तम रूप से वर्णित की जाती है। प्रणाली में घिरा द्रव्यमान विभिन्न अद्वितीय स्थितियों, जिन्हें अवस्था कहा जाता है, में पाया जा सकता है। प्रणाली के गुणों के बीच संबंध होते हैं लेकिन अवस्था को गुणों के एक उपसमुच्चय के मान देकर निर्धारित किया जा सकता है।
