इंजिनियरिङ थर्मोडायनेमिक्स: मूलभूत सिद्धान्तहरु र सिद्धान्तहरु
भौतिक थर्मोडायनेमिक्सको मूलभूत सिद्धान्तहरूले प्रदर्शन र उपकरणहरूको डिजाइनमा सुधार गरी बेहतर विश्वको लागि एक महत्वपूर्ण भूमिका खेल्छन्।
उपकरणहरूको प्रदर्शन को मूल्याङ्कन गर्ने कुनै कारकहरू हुन्: अन्तिम उत्पादन, इनपुट रौ उपकरणको खपत, उत्पादन खर्च र पर्यावरणमा प्रभावको मूल्याङ्कन। आजकालका अभियान्त्रिकहरू थर्मोडायनेमिक्सको अवधारणा प्रयोग गरेर मानव सुरक्षा र सुखको लागि निर्माण गरिएको वस्तुहरूलाई परीक्षण र पुनर्विकास गर्छन्।
थर्मोडायनेमिक्सको विज्ञान १९वीं शताब्दीबाट अस्तित्वमा छ। त्यसपछि वैज्ञानिकहरू र अभियान्त्रिकहरूले यसलाई उपयोगकर्ता-अनुकूल बनाउन निरन्तर प्रयास गर्छन्।
थर्मोडायनेमिक्सको मूलभूत सिद्धान्तहरू
थर्मोडायनेमिक्स शब्द ग्रीक शब्द थेम (यो अर्थ गर्दछ "गर्मी") र डायनेमिक्स (यो अर्थ गर्दछ "शक्ति")बाट उत्पन्न भएको हो। अभियान्त्रिकहरूले प्रणालीहरू र उनीहरूको वातावरणसँगको बाटो अध्ययन गर्न मन्दान्छन्।
यस खण्डमा प्रयोग गरिएका अवधारणाहरू / परिभाषाहरू वाचकलाई अभियान्त्रिक थर्मोडायनेमिक्स (केही पटक गर्मी-शक्ति अभियान्त्रिकीको रूपमा जनाइन्छ)को अवधारणालाई बुझ्न मद्दत गर्छन्।
प्रणाली, वातावरण र ब्रह्माण्ड
प्रणाली यो हो जसलाई हामी अध्ययन गर्न र त्यसबाट रुचाउन चाहन्छौं, त्यसैले पहिलो चरण यो हो प्रणाली अध्ययनको उद्देश्य निश्चित गर्नु। प्रणाली अध्ययनको उद्देश्य प्रणालीको दक्षता सुधार गर्न वा नाटिसँग घटाउन जस्ता हुन सक्छ। उदाहरणका लागि, ठण्डो भण्डारण उद्योगमा रेफ्रिजरेशन चक्रको विश्लेषण वा शक्ति उत्पादन उद्योगमा रैंकिन चक्रको विश्लेषण।
प्रणालीलाई एक निश्चित भारको शुद्ध पदार्थको बन्द वा लोचदार सीमा द्वारा बाँधिएको भनिन्छ; यसैगरी, प्रणालीको अन्दरको पदार्थको संरचना चक्रको आधारमा नियत वा बिचर्यौ भइ सक्छ।
प्रणालीको आयाम आवश्यक रूपमा नियत छैन (जस्तै कम्प्रेसरमा वायुलाई पिस्टन द्वारा संपीडित गरिन्छ) यसले बिचर्यौ हुन सक्छ (जस्तै फुलाएको बल्लू)। प्रणालीको बाहिर र प्रणालीसँग बाहिर रूपमा बाटो गर्ने पदार्थलाई वातावरण भनिन्छ र ब्रह्माण्ड यो प्रणाली र वातावरणको परिणाम हो।
प्रणालीलाई वातावरणबाट अलग गर्ने तत्वलाई सीमा भनिन्छ। प्रणालीको सीमा नियत हुन सक्छ वा चल गर्न सक्छ।
प्रणाली र वातावरणको बीचको बाटो सीमा लाई पार गरेर भएको छ र यसले थर्मोडायनेमिक्स (यानी गर्मी-शक्ति अभियान्त्रिकी)मा एक अत्यन्त महत्वपूर्ण भूमिका खेल्छ।
थर्मोडायनेमिक्समा प्रणालीका प्रकारहरू
थर्मोडायनेमिक्समा दुई बुनियादी प्रकारका प्रणालीहरू छन्:
बन्द प्रणाली वा नियन्त्रण भार: यो एक निश्चित मात्राको पदार्थसँग जोडिएको छ। खुला प्रणालीको विपरीत, बन्द प्रणालीमा प्रणालीको सीमाको बाहिर पदार्थको भार बहाउन भइरहन्छ। यस्तो एक विशेष बन्द प्रणाली छ जो वातावरणबाट स्वतःलाई अलग र अलग गर्छ र यसलाई बन्द प्रणाली भनिन्छ।
नियन्त्रण आयतन (खुला प्रणाली): नियन्त्रण आयतन एक क्षेत्रमा सीमित छ जहाँ पदार्थ र ऊर्जा बह सक्छ र प्रणालीको सीमा लाई पार गर्छ। खुला प्रणालीको सीमालाई नियन्त्रण सतह भनिन्छ; यो नियन्त्रण सतह वास्तविक वा अवास्तविक हुन सक्छ।
नियन्त्रण आयतनको उदाहरणहरू यस्ता उपकरणहरू हुन् जहाँ पदार्थको बहन छ: जस्तै पम्पहरूद्वारा जलको बहन, टर्बाइनहरूमा भापको बहन र वायु कम्प्रेसरहरूद्वारा वायुको बहन।
सूक्ष्म थर्मोडायनेमिक्स
थर्मोडायनेमिक्समा सूक्ष्म दृष्टिकोणलाई अनुसांख्यिक थर्मोडायनेमिक्स पनि भनिन्छ र यो पदार्थको संरचनासँग जोडिएको छ र अनुसांख्यिक थर्मोडायनेमिक्सको उद्देश्य रुचाउने प्रणालीको रचना गर्ने कणहरूको औसत व्यवहार वर्णन गर्न र यस जानकारीलाई प्रयोग गरेर प्रणालीको मान्य व्यवहार देख्न हो।
थर्मोडायनेमिक्सको गुण, अवस्था र प्रक्रिया
थर्मोडायनेमिक्सको गुण
थर्मोडायनेमिक्सको गुण एक प्रणालीको मान्य विशेषता हो। गुणको मान कुनै पनि पूर्व विशेषता र यसको व्यवहारको जानकारी बिना दिइएको समयमा निर्धारित गर्न सकिन्छ।
विस्तारित गुण
भार पर निर्भर गुणहरूलाई विस्तारित गुण भनिन्छ र यसको मान प्रणालीको लागि यो गुणको मानहरूको योग हुन्छ। विस्तारित गुणका उदाहरणहरू आयतन, ऊर्जा र भार हुन्। विस्तारित गुण प्रणालीको आकार पर निर्भर छ र यो समयको साथ परिवर्तन गर्छ।
घनिष्ठ गुण
विस्तारित गुणको विपरीत, घनिष्ठ गुण भार पर निर्भर छैन र यो जोडिएको छैन र प्रणालीको कुल आकार पर निर्भर छैन। यो प्रणालीको अन्तर्गत यसको विभिन्न स्थानहरूमा भिन्न हुन सक्छ। घनिष्ठ गुणका उदाहरणहरू दाब र तापमान हुन्।
थर्मोडायनेमिक्सको अवस्था
अवस्था एक प्रणालीको स्थिति हो जसलाई यसको गुणहरूद्वारा बेस्ट वर्णन गरिन्छ। प्रणालीको अन्दरको भार विभिन्न अद्वितीय स्थितिहरूमा पाउन सकिन्छ, जसलाई अवस्था भनिन्छ। गुणहरूको बीच सम्बन्ध छ तर अवस्थालाई गुणहरूको उपसेटको मान प्रदान गरेर निर्धारित गर्न सकिन्छ।
थर्मोडायनेमिक्सको प्रक्रिया
