एन्थैल्पी, एन्ट्रोपी, और थर्मोडायनामिक्स का दूसरा नियम

निम्नलिखित अवधारणाओं की मूल बातें समझने का उद्देश्य है:

• आंतरिक ऊर्जा और थर्मोडायनैमिक्स का प्रथम नियम

• सिस्टम की चक्रीय और इच्छित प्रक्रिया

• पुनरावर्ती और अपुनरावर्ती

• एन्ट्रोपी और एन्थैल्पी

• थर्मोडायनैमिक्स का द्वितीय नियम

आंतरिक ऊर्जा और थर्मोडायनैमिक्स का प्रथम नियम

जब एक सिस्टम के अंदर के अणुओं की ऊर्जा सिस्टम के गुणधर्म से संबंधित होती है, तो इसे आंतरिक ऊर्जा (u) कहा जाता है।
ऊर्जा न तो बनाई जा सकती है और न ही नष्ट की जा सकती है, और इस सिद्धांत पर आधारित सिस्टम की आंतरिक ऊर्जा (u) बदलती है जब ऊर्जा सिस्टम की सीमा पार करती है।
इस प्रकार, जब ताप/कार्य सिस्टम से बातचीत करता है, तो थर्मोडायनैमिक्स का प्रथम नियम निम्नलिखित तरह से व्यक्त किया जा सकता है।

उपरोक्त समीकरण में u इकाई-द्रव्यमान पर आंतरिक ऊर्जा और q और w क्रमशः इकाई-द्रव्यमान पर ताप और कार्य हैं। उपरोक्त समीकरण में अपनाया गया संकेत नियम है:
dq > 0 (सकारात्मक माना जाता है) ⇒ सिस्टम में ताप स्थानांतरण
dq < 0 (ऋणात्मक माना जाता है) ⇒ सिस्टम से ताप स्थानांतरण dw > 0 (सकारात्मक माना जाता है) ⇒ सिस्टम द्वारा किया गया कार्य
dw < 0 (ऋणात्मक माना जाता है) ⇒ सिस्टम पर किया गया कार्य

सिस्टम की चक्रीय और इच्छित प्रक्रिया

थर्मोडायनैमिक्स के प्रथम नियम का एक महत्वपूर्ण रूप उस समय प्राप्त होता है जब

हम एक चक्रीय प्रक्रिया के लिए उपरोक्त समीकरण का समाकलन करते हैं।

जब एक सिस्टम ताप/कार्य के कारण यादृच्छिक परिवर्तनों के बाद अपनी मूल स्थिति में वापस आता है, तो उसे चक्रीय प्रक्रिया में कहा जाता है।

विचार करने के लिए बिंदु:

1. किसी भी राज्य गुणधर्म अवकलज का समाकलन इसकी सीमाओं का अंतर है।

2. अंतिम स्थिति मूल स्थिति जैसी ही है और सिस्टम की आंतरिक ऊर्जा में कोई परिवर्तन नहीं होता है।

इस प्रकार जब

उपरोक्त समीकरण में आंतरिक ऊर्जा की आरंभिक और अंतिम स्थिति क्रमशः i और f द्वारा दर्शाई गई है। उपरोक्त को समीकरण (1) में प्रतिस्थापित करने पर, तो,

समीकरण (2) सिस्टम द्वारा किए गए सभी कार्य के समाकलन या सिस्टम द्वारा नेट कार्य के बराबर है, जो सिस्टम में सभी ताप स्थानांतरण के समाकलन के बराबर है। इंजीनियरिंग थर्मोडायनैमिक्स सिस्टम और प्रक्रियाओं की अवधारणाओं का अधिक अन्वेषण करता है।

सिस्टम की इच्छित प्रक्रिया

यह थर्मोडायनैमिक्स के प्रथम नियम का परिणाम है और यदि एक सिस्टम में एक इच्छित प्रक्रिया शामिल हो, तो इसका समीकरण (1) से संबंध है।

इस समीकरण में q और w क्रमशः प्रक्रिया के लिए नेट ताप स्थानांतरण और नेट कार्य हैं, जबकि uf और ui आंतरिक ऊर्जा (u) के अंतिम और आरंभिक मान हैं। एक ठोस और अलग-अलग एडियाबेटिक सिस्टम (w = 0, q = 0) में, तो इसकी आंतरिक ऊर्जा (u) अपरिवर्तित रहती है। फिर समीकरण (2) से एक चक्रीय प्रक्रिया के लिए।

पुनरावर्ती और अपुनरावर्ती

जब एक सिस्टम की आरंभिक स्थिति अंतिम स्थिति में बदलती है, तो उसे प्रक्रिया में जाना जाता है। दाब, आयतन, एन्थैल्पी, तापमान, एन्ट्रोपी आदि जैसे गुणधर्म एक थर्मोडायनैमिक प्रक्रिया के दौरान बदलते हैं। थर्मोडायनैमिक्स का द्वितीय नियम प्रक्रियाओं को दो शीर्षकों के तहत वर्गीकृत करता है

• आदर्श या पुनरावर्ती प्रक्रियाएँ

• प्राकृतिक या अपुनरावर्ती प्रक्रियाएँ

यदि तापमान (t) और दाब (p) के परिवर्तन एक सिस्टम में अत्यंत लघु हों, जो एक प्रक्रिया से गुजर रहा है, तो उस प्रक्रिया को निकट-संतुलन स्थितियों या अनुमानित पुनरावर्ती के रूप में वर्णित किया जा सकता है।
यदि मूल स्थिति विपरीत दिशा में वापस आ जाती है, तो प्रक्रिया आंतरिक रूप से पुनरावर्ती कही जाती है।
यदि प्रक्रिया के साथ जुड़े परिवर्तन भी विपरीत अनुक्रम में वापस आ सकते हैं, तो प्रक्रिया बाहरी रूप से पुनरावर्ती कही जाती है।
पुनरावर्ती प्रक्रिया वह है जो आंतरिक और बाहरी दोनों रूप से पुनरावर्ती है।
वास्तविक प्रक्रियाओं की सफलता मापने के लिए, पेशेवर पुनरावर्ती प्रक्रिया का उपयोग करते हैं, जिससे वास्तविक और वास्तविक प्रक्रियाओं को पुनरावर्ती के निकट लाने के लिए नुकसान को कम करके प्रक्रियाओं की दक्षता बढ़ाई जा सकती है।

अपुनरावर्ती

जब वास्तविक प्रक्रियाएँ पुनरावर्ती की आवश्यकताओं को पूरा नहीं करती हैं, तो उन्हें अपुनरावर्ती कहा जाता है।
अपुनरावर्ती प्रक्रिया में सिस्टम और इसके आसपास की आरंभिक स्थिति को अंतिम स्थिति से आरंभिक स्थिति में वापस नहीं लाया जा सकता है। अपुनरावर्ती प्रक्रिया में सिस्टम की एन्ट्रोपी तेजी से बढ़ती है और इस मान को अंतिम मान से आरंभिक मान में वापस नहीं लाया जा सकता है।
अपुनरावर्ती प्रक्रियाएँ दाब, संरचना, तापमान, संरचना में परिवर्तन के कारण होती हैं, जो ताप स्थानांतरण, ठोस और तरल में घर्षण, रासायनिक प्रतिक्रिया के कारण होती हैं। पेशेवर अपुनरावर्ती प्रक्रियाओं और तंत्रों के प्रभावों को कम करने के लिए अपनी प्रयास लगा रहे हैं।

एन्ट्रोपी और एन्थैल्पी

आंतरिक ऊर्जा की तरह, एन्ट्रोपी और एन्थैल्पी थर्मोडायनैमिक गुणधर्म हैं। एन्ट्रोपी को प्रतीक s द्वारा दर्शाया जाता है और एन्ट्रोपी में परिवर्तन Δs kJ/kg-K में दर्शाया जाता है। एन्ट्रोपी एक अव्यवस्था की स्थिति ह