भौतिक विज्ञान की एक स्वतंत्र शाखा के रूप में ऊष्मागतिकी का उदय 19वीं शताब्दी के पूर्वार्द्ध में हुआ। मशीनों का युग आ गया है। औद्योगिक क्रांति ने ऊष्मा इंजनों के कामकाज से जुड़ी प्रक्रियाओं का अध्ययन करने और उन्हें समझने की मांग की। मशीन युग की शुरुआत में, अकेले आविष्कारक केवल अंतर्ज्ञान और "प्रहार विधि" का उपयोग कर सकते थे। खोजों और आविष्कारों के लिए कोई सार्वजनिक व्यवस्था नहीं थी, यह किसी को भी नहीं हो सकता था कि वे उपयोगी हो सकें। लेकिन जब थर्मल (और थोड़ी देर बाद, इलेक्ट्रिक) मशीनें उत्पादन का आधार बन गईं, तो स्थिति बदल गई। वैज्ञानिकों ने अंततः पहले से प्रचलित शब्दावली संबंधी भ्रम को धीरे-धीरे सुलझा लिया है मध्य उन्नीसवींसदी, यह तय कर लिया कि ऊर्जा को क्या कहा जाए, बल क्या है, आवेग क्या है।

थर्मोडायनामिक्स क्या अभिधारणा करता है?

आइए सामान्य ज्ञान से शुरू करते हैं। शास्त्रीय ऊष्मप्रवैगिकी कई अभिधारणाओं (सिद्धांतों) पर आधारित है जिन्हें क्रमिक रूप से पूरे 19वीं शताब्दी में पेश किया गया था। यानी ये प्रावधान इसके ढांचे के भीतर साबित नहीं हो सकते। वे अनुभवजन्य डेटा के सामान्यीकरण के परिणामस्वरूप तैयार किए गए थे।

पहला कानून मैक्रोस्कोपिक सिस्टम के व्यवहार के वर्णन के लिए ऊर्जा के संरक्षण के कानून का अनुप्रयोग है (जिसमें शामिल हैं) एक बड़ी संख्या मेंकण)। संक्षेप में, इसे निम्नानुसार तैयार किया जा सकता है: एक पृथक थर्मोडायनामिक प्रणाली की आंतरिक ऊर्जा का भंडार हमेशा स्थिर रहता है।

ऊष्मप्रवैगिकी के दूसरे नियम का अर्थ उस दिशा को निर्धारित करना है जिसमें ऐसी प्रणालियों में प्रक्रियाएं आगे बढ़ती हैं।

तीसरा नियम आपको एन्ट्रापी जैसी मात्रा को सटीक रूप से निर्धारित करने की अनुमति देता है। आइए इसे और अधिक विस्तार से विचार करें।

एन्ट्रापी की अवधारणा

रुडोल्फ क्लॉसियस द्वारा 1850 में थर्मोडायनामिक्स के दूसरे नियम का निर्माण प्रस्तावित किया गया था: "कम गर्म शरीर से गर्मी को स्वचालित रूप से गर्म शरीर में स्थानांतरित करना असंभव है।" उसी समय, क्लॉसियस ने साडी कार्नोट की योग्यता पर जोर दिया, जिन्होंने 1824 की शुरुआत में यह स्थापित किया कि ऊर्जा का अनुपात जिसे ताप इंजन के काम में परिवर्तित किया जा सकता है, केवल हीटर और रेफ्रिजरेटर के बीच तापमान अंतर पर निर्भर करता है।

ऊष्मप्रवैगिकी के दूसरे नियम के आगे के विकास में, क्लॉसियस ने एन्ट्रापी की अवधारणा का परिचय दिया - ऊर्जा की मात्रा का एक उपाय जो अपरिवर्तनीय रूप से काम में रूपांतरण के लिए अनुपयुक्त रूप में बदल जाता है। क्लॉसियस ने इस मान को सूत्र dS = dQ/T द्वारा व्यक्त किया, जहाँ dS एन्ट्रापी में परिवर्तन को निर्धारित करता है। यहां:

डीक्यू - गर्मी परिवर्तन;

टी - पूर्ण तापमान (जिसे केल्विन में मापा जाता है)।

एक सरल उदाहरण: इंजन के चलने के साथ अपनी कार के हुड को स्पर्श करें। यह पर्यावरण की तुलना में स्पष्ट रूप से गर्म है। लेकिन कार के इंजन को रेडिएटर में हुड या पानी को गर्म करने के लिए नहीं बनाया गया है। गैसोलीन की रासायनिक ऊर्जा को ऊष्मा में और फिर यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करके यह उपयोगी कार्य करता है - यह शाफ्ट को घुमाता है। लेकिन उत्पन्न होने वाली अधिकांश गर्मी बर्बाद हो जाती है, क्योंकि इससे कोई उपयोगी काम नहीं निकाला जा सकता है, और निकास पाइप से जो उड़ता है वह किसी भी तरह से गैसोलीन नहीं है। इस मामले में, थर्मल ऊर्जा खो जाती है, लेकिन गायब नहीं होती है, लेकिन विलुप्त हो जाती है (विलुप्त हो जाती है)। एक गर्म हुड, निश्चित रूप से, ठंडा हो जाता है, और इंजन में सिलेंडर का प्रत्येक चक्र फिर से इसमें गर्मी जोड़ता है। इस प्रकार, सिस्टम थर्मोडायनामिक संतुलन तक पहुंच जाता है।

एन्ट्रापी विशेषताएं

क्लॉसियस ने सूत्र डीएस 0 में थर्मोडायनामिक्स के दूसरे कानून के लिए एक सामान्य सिद्धांत प्राप्त किया। इसका भौतिक अर्थ एन्ट्रॉपी के "गैर-घटते" के रूप में परिभाषित किया जा सकता है: प्रतिवर्ती प्रक्रियाओं में यह नहीं बदलता है, अपरिवर्तनीय प्रक्रियाओं में यह बढ़ता है।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि सभी वास्तविक शब्द "नॉन-डिक्रीजिंग" केवल इस तथ्य को दर्शाता है कि सैद्धांतिक रूप से संभव आदर्श संस्करण भी घटना के विचार में शामिल है। यानी किसी भी स्वतःस्फूर्त प्रक्रिया में दुर्गम ऊर्जा की मात्रा बढ़ जाती है।

परम शून्य तक पहुँचने की क्षमता

मैक्स प्लैंक ने थर्मोडायनामिक्स के विकास में एक बड़ा योगदान दिया। दूसरे नियम की सांख्यिकीय व्याख्या पर काम करने के अलावा, उन्होंने ऊष्मप्रवैगिकी के तीसरे नियम को लागू करने में सक्रिय भाग लिया। पहला सूत्रीकरण वाल्टर नर्नस्ट का है और 1906 को संदर्भित करता है। नर्नस्ट प्रमेय एक ऐसे तापमान पर संतुलन प्रणाली के व्यवहार पर विचार करता है जो निरपेक्ष शून्य की ओर अग्रसर होता है। थर्मोडायनामिक्स के पहले और दूसरे नियम यह पता लगाना असंभव बनाते हैं कि दी गई परिस्थितियों में एन्ट्रापी क्या होगी।

टी = 0 के पर, ऊर्जा शून्य है, सिस्टम के कण अराजक थर्मल गति को रोकते हैं और एक आदेशित संरचना बनाते हैं, एक क्रिस्टल जिसमें थर्मोडायनामिक संभावना एक के बराबर होती है। इसका मतलब है कि एन्ट्रापी भी गायब हो जाती है (नीचे हम जानेंगे कि ऐसा क्यों होता है)। वास्तव में, यह कुछ समय पहले भी करता है, जिसका अर्थ है कि किसी भी थर्मोडायनामिक प्रणाली, किसी भी शरीर को पूर्ण शून्य तक ठंडा करना असंभव है। तापमान मनमाने ढंग से इस बिंदु पर पहुंच जाएगा, लेकिन उस तक नहीं पहुंचेगा।

Perpetuum मोबाइल: आप ऐसा नहीं कर सकते, भले ही आप वास्तव में करना चाहें

क्लॉसियस ने थर्मोडायनामिक्स के पहले और दूसरे नियमों को सामान्यीकृत और तैयार किया: किसी भी बंद प्रणाली की कुल ऊर्जा हमेशा स्थिर रहती है, और समय के साथ कुल एन्ट्रापी बढ़ जाती है।

इस कथन का पहला भाग पहली तरह की सतत गति मशीन पर प्रतिबंध लगाता है - एक उपकरण जो बाहरी स्रोत से ऊर्जा के प्रवाह के बिना काम करता है। दूसरा भाग दूसरी तरह की सतत गति मशीन को भी मना करता है। ऐसी मशीन संरक्षण कानून का उल्लंघन किए बिना, एन्ट्रापी मुआवजे के बिना सिस्टम की ऊर्जा को काम में स्थानांतरित कर देगी। एक संतुलन प्रणाली से गर्मी को पंप करना संभव होगा, उदाहरण के लिए, तले हुए अंडे भूनना या पानी के अणुओं के थर्मल आंदोलन की ऊर्जा के कारण स्टील डालना, इस प्रकार इसे ठंडा करना।

ऊष्मप्रवैगिकी के दूसरे और तीसरे नियम दूसरी तरह की एक सतत गति मशीन को मना करते हैं।

काश प्रकृति से कुछ नहीं मिलता, फ्री में ही नहीं, कमीशन भी देना पड़ता है।

"गर्मी मौत"

विज्ञान में कुछ अवधारणाएँ हैं जो न केवल आम जनता के बीच, बल्कि स्वयं वैज्ञानिकों के बीच भी इतनी अस्पष्ट भावनाएँ पैदा करती हैं, जितना कि एन्ट्रापी। भौतिकविदों, और सबसे पहले क्लॉसियस ने, लगभग तुरंत गैर-घटने के कानून को पहले पृथ्वी पर, और फिर पूरे ब्रह्मांड में (क्यों नहीं, क्योंकि इसे थर्मोडायनामिक प्रणाली भी माना जा सकता है)। आखिरकार भौतिक मात्रा, कई तकनीकी अनुप्रयोगों में गणना का एक महत्वपूर्ण तत्व, किसी प्रकार की सार्वभौमिक बुराई के अवतार के रूप में माना जाने लगा जो उज्ज्वल और दयालु दुनिया को नष्ट कर देता है।

वैज्ञानिकों के बीच भी ऐसी राय है: चूंकि, ऊष्मप्रवैगिकी के दूसरे नियम के अनुसार, एन्ट्रापी अपरिवर्तनीय रूप से बढ़ती है, जल्दी या बाद में ब्रह्मांड की सारी ऊर्जा एक विसरित रूप में बदल जाती है, और "गर्मी की मृत्यु" होगी। इसमें खुश होने की क्या बात है? उदाहरण के लिए, क्लॉसियस अपने निष्कर्षों को प्रकाशित करने में कई वर्षों तक झिझकता रहा। बेशक, "गर्मी की मौत" परिकल्पना ने तुरंत कई आपत्तियां पैदा कीं। इसकी सत्यता को लेकर अब भी गंभीर संशय बना हुआ है।

दानव सॉर्टर

1867 में, गैसों के आणविक-गतिज सिद्धांत के लेखकों में से एक, जेम्स मैक्सवेल ने एक बहुत ही दृश्य (यद्यपि काल्पनिक) प्रयोग में ऊष्मप्रवैगिकी के दूसरे नियम के प्रतीत होने वाले विरोधाभास का प्रदर्शन किया। संक्षेप में, अनुभव को संक्षेप में निम्नानुसार किया जा सकता है।

गैस के साथ एक बर्तन होने दें। इसमें अणु बेतरतीब ढंग से चलते हैं, उनकी गति कुछ भिन्न होती है, लेकिन औसत गतिज ऊर्जा पूरे बर्तन में समान होती है। अब हम बर्तन को एक विभाजन के साथ दो अलग-अलग भागों में विभाजित करते हैं। बर्तन के दोनों हिस्सों में अणुओं का औसत वेग समान रहेगा। विभाजन को एक छोटे से दानव द्वारा संरक्षित किया जाता है जो तेज, "गर्म" अणुओं को एक हिस्से में प्रवेश करने की अनुमति देता है, और "ठंडे" अणुओं को दूसरे हिस्से में धीमा कर देता है। नतीजतन, गैस पहली छमाही में गर्म हो जाएगी, और दूसरी छमाही में शांत हो जाएगी, अर्थात, सिस्टम थर्मोडायनामिक संतुलन की स्थिति से तापमान क्षमता में अंतर तक जाएगा, जिसका अर्थ है एन्ट्रापी में कमी।

सारी समस्या यह है कि प्रयोग में प्रणाली इस परिवर्तन को स्वतःस्फूर्त रूप से नहीं करती है। यह बाहर से ऊर्जा प्राप्त करता है, जिसके कारण विभाजन खुलता और बंद होता है, या सिस्टम में एक दानव शामिल होता है जो एक द्वारपाल के कर्तव्यों पर अपनी ऊर्जा खर्च करता है। दानव की एन्ट्रापी में वृद्धि गैस में इसकी कमी की भरपाई से कहीं अधिक होगी।

अनियंत्रित अणु

एक गिलास पानी लें और उसे टेबल पर रख दें। गिलास देखना जरूरी नहीं है, बस थोड़ी देर बाद लौटकर उसमें पानी की स्थिति की जांच करने के लिए पर्याप्त है। हम देखेंगे कि इसकी संख्या में कमी आई है। अगर आप गिलास को ज्यादा देर तक छोड़ेंगे तो उसमें बिल्कुल भी पानी नहीं मिलेगा, क्योंकि यह सब वाष्पित हो जाएगा। प्रक्रिया की शुरुआत में, सभी पानी के अणु कांच की दीवारों द्वारा सीमित अंतरिक्ष के एक निश्चित क्षेत्र में थे। प्रयोग के अंत में, वे पूरे कमरे में बिखर गए। एक कमरे की मात्रा में, अणुओं के पास सिस्टम की स्थिति के लिए किसी भी परिणाम के बिना अपना स्थान बदलने का अधिक अवसर होता है। स्वास्थ्य लाभ के साथ पानी पीने के लिए हम उन्हें एक सोल्डर "सामूहिक" में इकट्ठा नहीं कर सकते हैं और उन्हें एक गिलास में वापस चला सकते हैं।

इसका मतलब है कि प्रणाली उच्च एन्ट्रापी की स्थिति में विकसित हुई है। ऊष्मप्रवैगिकी के दूसरे नियम के आधार पर, एन्ट्रापी, या सिस्टम के कणों के फैलाव की प्रक्रिया (इस मामले में, पानी के अणु) अपरिवर्तनीय है। ऐसा क्यों है?

क्लॉसियस ने इस प्रश्न का उत्तर नहीं दिया, और लुडविग बोल्ट्जमैन से पहले कोई और ऐसा करने में सक्षम नहीं था।

मैक्रो और माइक्रोस्टेट्स

1872 में, इस वैज्ञानिक ने थर्मोडायनामिक्स के दूसरे नियम की सांख्यिकीय व्याख्या को विज्ञान में पेश किया। आखिरकार, मैक्रोस्कोपिक सिस्टम जिसके साथ ऊष्मप्रवैगिकी सौदे बनते हैं बड़ी मात्राऐसे तत्व जिनका व्यवहार सांख्यिकीय कानूनों के अधीन है।

आइए पानी के अणुओं पर वापस जाएं। कमरे के चारों ओर बेतरतीब ढंग से उड़ते हुए, वे अलग-अलग स्थिति ले सकते हैं, गति में कुछ अंतर हो सकते हैं (अणु लगातार एक दूसरे से और हवा में अन्य कणों से टकराते हैं)। अणुओं की एक प्रणाली की स्थिति के प्रत्येक प्रकार को एक माइक्रोस्टेट कहा जाता है, और इस तरह की एक बड़ी संख्या होती है। अधिकांश विकल्पों को लागू करते समय, सिस्टम का मैक्रोस्टेट किसी भी तरह से नहीं बदलेगा।

कुछ भी वर्जित नहीं है, लेकिन कुछ बेहद असंभव है

प्रसिद्ध संबंध एस = के एलएनडब्ल्यू संभावित तरीकों की संख्या को जोड़ता है जिसमें थर्मोडायनामिक सिस्टम (डब्ल्यू) के एक निश्चित मैक्रोस्टेट को इसकी एन्ट्रॉपी एस के साथ व्यक्त किया जा सकता है। मान डब्ल्यू को थर्मोडायनामिक संभावना कहा जाता है। इस सूत्र का अंतिम रूप मैक्स प्लैंक द्वारा दिया गया था। गुणांक k - एक अत्यंत छोटा मान (1.38 × 10 −23 J / K), जो ऊर्जा और तापमान के बीच संबंध को दर्शाता है, प्लैंक ने वैज्ञानिक के सम्मान में बोल्ट्जमैन स्थिरांक कहा, जो दूसरे कानून की सांख्यिकीय व्याख्या का प्रस्ताव देने वाले पहले व्यक्ति थे। ऊष्मप्रवैगिकी के।

यह स्पष्ट है कि W हमेशा होता है प्राकृतिक संख्या 1, 2, 3,…N (तरीकों की कोई भिन्न संख्या नहीं है)। तब लघुगणक W, और इसलिए एन्ट्रापी, ऋणात्मक नहीं हो सकता। सिस्टम के लिए एकमात्र संभव माइक्रोस्टेट के साथ, एन्ट्रॉपी शून्य के बराबर हो जाती है। यदि हम अपने गिलास में लौटते हैं, तो इस अभिधारणा को इस प्रकार दर्शाया जा सकता है: पानी के अणु, कमरे के चारों ओर बेतरतीब ढंग से घूमते हुए, वापस गिलास में लौट आए। उसी समय, प्रत्येक ने अपने पथ को बिल्कुल दोहराया और गिलास में उसी स्थान पर ले लिया जिसमें वह प्रस्थान से पहले था। इस विकल्प के कार्यान्वयन को कुछ भी मना नहीं करता है, जिसमें एन्ट्रापी शून्य के बराबर है। बस इस तरह के गायब होने की छोटी संभावना के कार्यान्वयन की प्रतीक्षा करें, इसके लायक नहीं है। यह एक उदाहरण है जो केवल सैद्धांतिक रूप से किया जा सकता है।

घर में सब बिखरा पड़ा है...

तो अणु अलग-अलग तरीकों से कमरे के चारों ओर बेतरतीब ढंग से उड़ रहे हैं। उनकी व्यवस्था में कोई नियमितता नहीं है, व्यवस्था में कोई व्यवस्था नहीं है, चाहे आप माइक्रोस्टेट के लिए विकल्प कैसे भी बदल लें, कोई भी समझदार संरचना का पता नहीं लगाया जा सकता है। कांच में भी ऐसा ही था, लेकिन सीमित स्थान के कारण अणुओं ने इतनी सक्रियता से अपनी स्थिति नहीं बदली।

सबसे संभावित के रूप में प्रणाली की अराजक, अव्यवस्थित स्थिति इसकी अधिकतम एन्ट्रापी से मेल खाती है। एक गिलास में पानी निचली एन्ट्रापी अवस्था का एक उदाहरण है। कमरे में समान रूप से वितरित अराजकता से इसके लिए संक्रमण व्यावहारिक रूप से असंभव है।

आइए हम सभी के लिए एक और समझने योग्य उदाहरण दें - घर में गंदगी साफ करना। हर चीज को उसकी जगह पर रखने के लिए हमें ऊर्जा भी खर्च करनी पड़ती है। इस कार्य की प्रक्रिया में हम गर्म हो जाते हैं (अर्थात हम जमते नहीं हैं)। यह पता चला है कि एन्ट्रापी उपयोगी हो सकती है। ये मामला है। हम और भी अधिक कह सकते हैं: एन्ट्रापी, और इसके माध्यम से ऊष्मप्रवैगिकी का दूसरा नियम (ऊर्जा के साथ) ब्रह्मांड को नियंत्रित करता है। आइए प्रतिवर्ती प्रक्रियाओं पर एक और नज़र डालें। अगर कोई एन्ट्रापी नहीं होती तो दुनिया कैसी दिखती: कोई विकास नहीं, कोई आकाशगंगा, तारे, ग्रह नहीं। कोई जीवन नहीं...

"गर्मी मौत" के बारे में कुछ और जानकारी। अच्छी खबर है। चूंकि, सांख्यिकीय सिद्धांत के अनुसार, "निषिद्ध" प्रक्रियाएं वास्तव में असंभव हैं, थर्मोडायनामिक रूप से संतुलन प्रणाली में उतार-चढ़ाव उत्पन्न होते हैं - ऊष्मप्रवैगिकी के दूसरे नियम का सहज उल्लंघन। वे मनमाने ढंग से बड़े हो सकते हैं। जब गुरुत्वाकर्षण को थर्मोडायनामिक प्रणाली में शामिल किया जाता है, तो कणों का वितरण अब एक समान नहीं होगा, और अधिकतम एन्ट्रापी की स्थिति तक नहीं पहुंच पाएगी। इसके अलावा, ब्रह्मांड अपरिवर्तनीय, स्थिर, स्थिर नहीं है। नतीजतन, "थर्मल डेथ" के प्रश्न का बहुत ही निरूपण अर्थहीन है।

ऊष्मप्रवैगिकी का पहला नियम ऊष्मप्रवैगिकी के तीन बुनियादी कानूनों में से एक है, जो उन प्रणालियों के लिए ऊर्जा के संरक्षण का कानून है जिनमें थर्मल प्रक्रियाएं आवश्यक हैं।

ऊष्मप्रवैगिकी के पहले नियम के अनुसार, एक थर्मोडायनामिक प्रणाली (उदाहरण के लिए, एक ऊष्मा इंजन में भाप) अपनी आंतरिक ऊर्जा या किसी बाहरी ऊर्जा स्रोत के कारण ही काम कर सकती है।

ऊष्मप्रवैगिकी का पहला नियम पहली तरह की एक सतत गति मशीन के अस्तित्व की असंभवता की व्याख्या करता है, जो किसी भी स्रोत से ऊर्जा खींचे बिना काम करेगी।

ऊष्मप्रवैगिकी के पहले नियम का सार इस प्रकार है:

ऊष्मा की एक निश्चित मात्रा के थर्मोडायनामिक सिस्टम को सूचित करते समय Q in सामान्य मामलासिस्टम DU की आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन होता है और सिस्टम A काम करता है:

समीकरण (4), ऊष्मप्रवैगिकी के पहले नियम को व्यक्त करते हुए, सिस्टम (DU) की आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन की परिभाषा है, क्योंकि Q और A स्वतंत्र रूप से मापने योग्य मात्राएँ हैं।

सिस्टम यू की आंतरिक ऊर्जा, विशेष रूप से, एडियाबेटिक प्रक्रिया में सिस्टम के काम को मापने के द्वारा पाई जा सकती है (अर्थात, क्यू \u003d 0 पर): और नरक \u003d - डीयू, जो यू को कुछ योज्य तक निर्धारित करता है निरंतर यू 0:

यू = यू + यू 0 (5)

ऊष्मप्रवैगिकी के पहले नियम में कहा गया है कि यू सिस्टम की स्थिति का एक कार्य है, अर्थात, थर्मोडायनामिक सिस्टम के प्रत्येक राज्य को यू के एक निश्चित मूल्य की विशेषता है, भले ही सिस्टम को इस राज्य में कैसे लाया जाए (जबकि मान क्यू और ए की प्रक्रिया उस प्रक्रिया पर निर्भर करती है जिसके कारण परिवर्तन प्रणाली की स्थिति हुई)। भौतिक प्रणालियों के थर्मोडायनामिक गुणों का अध्ययन करते समय, ऊष्मप्रवैगिकी का पहला नियम आमतौर पर ऊष्मप्रवैगिकी के दूसरे नियम के संयोजन में उपयोग किया जाता है।

3. ऊष्मप्रवैगिकी का दूसरा नियम

ऊष्मप्रवैगिकी का दूसरा नियम वह नियम है जिसके अनुसार परिमित दर पर चलने वाली मैक्रोस्कोपिक प्रक्रियाएं अपरिवर्तनीय हैं।

आदर्श (दोषरहित) यांत्रिक या इलेक्ट्रोडायनामिक प्रतिवर्ती प्रक्रियाओं के विपरीत, एक सीमित तापमान अंतर (यानी, एक सीमित गति से बहने) पर गर्मी हस्तांतरण से जुड़ी वास्तविक प्रक्रियाएं विभिन्न नुकसानों के साथ होती हैं: घर्षण, गैस प्रसार, शून्य में गैसों का विस्तार, रिलीज जूल गर्मी, आदि।

इसलिए, ये प्रक्रियाएं अपरिवर्तनीय हैं, अर्थात वे केवल एक ही दिशा में अनायास आगे बढ़ सकती हैं।

ऊष्मप्रवैगिकी का दूसरा नियम ऐतिहासिक रूप से ऊष्मा इंजनों के संचालन के विश्लेषण में उत्पन्न हुआ।

"थर्मोडायनामिक्स का दूसरा नियम" और इसका पहला फॉर्मूलेशन (1850) आर क्लॉसियस से संबंधित है: "... एक प्रक्रिया असंभव है जिसमें गर्मी ठंडे निकायों से गर्म निकायों में स्वचालित रूप से स्थानांतरित हो जाती है।"

इसके अलावा, इस तरह की प्रक्रिया सिद्धांत रूप में असंभव है: न तो ठंडे निकायों से गर्मी के सीधे हस्तांतरण से, न ही किसी अन्य प्रक्रिया के उपयोग के बिना किसी भी उपकरण के माध्यम से।

1851 में, अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी डब्ल्यू। थॉमसन ने थर्मोडायनामिक्स के दूसरे नियम का एक अलग सूत्रीकरण दिया: "प्रक्रियाएं प्रकृति में असंभव हैं, जिसका एकमात्र परिणाम थर्मल जलाशय को ठंडा करके उत्पादित भार को उठाना होगा।"

जैसा कि आप देख सकते हैं, ऊष्मप्रवैगिकी के दूसरे नियम के उपरोक्त दोनों सूत्र लगभग समान हैं।

इसका तात्पर्य दूसरे प्रकार के इंजन को लागू करने की असंभवता है, अर्थात। घर्षण और अन्य संबंधित नुकसानों के कारण ऊर्जा हानि के बिना इंजन।

इसके अलावा, यह इस प्रकार है कि खुली प्रणालियों में भौतिक दुनिया में होने वाली सभी वास्तविक प्रक्रियाएं अपरिवर्तनीय हैं।

आधुनिक ऊष्मप्रवैगिकी में, पृथक प्रणालियों के ऊष्मप्रवैगिकी का दूसरा नियम प्रणाली की स्थिति के एक विशेष कार्य में वृद्धि के कानून के रूप में एकल और सबसे सामान्य तरीके से तैयार किया जाता है, जिसे क्लॉसियस ने एन्ट्रॉपी (एस) कहा।

एन्ट्रापी का भौतिक अर्थ यह है कि उस स्थिति में जब भौतिक प्रणाली पूर्ण थर्मोडायनामिक संतुलन में होती है, इस प्रणाली को बनाने वाले प्राथमिक कण अनियंत्रित अवस्था में होते हैं और विभिन्न यादृच्छिक अराजक गति करते हैं। सिद्धांत रूप में, कोई इन संभावित राज्यों की कुल संख्या निर्धारित कर सकता है। इन राज्यों की कुल संख्या को दर्शाने वाला पैरामीटर एन्ट्रापी है।

आइए इसे एक साधारण उदाहरण से देखें।

एक पृथक प्रणाली में दो निकायों "1" और "2" के अलग-अलग तापमान T 1 >T 2 होते हैं। शरीर "1" एक निश्चित मात्रा में ऊष्मा Q देता है, और शरीर "2" इसे प्राप्त करता है। इस मामले में, शरीर "1" से शरीर "2" में गर्मी का प्रवाह होता है। जैसे ही तापमान बराबर होता है, "1" और "2" निकायों के प्राथमिक कणों की कुल संख्या, जो थर्मल संतुलन में हैं, बढ़ जाती है। जैसे-जैसे कणों की संख्या बढ़ती है, वैसे-वैसे एन्ट्रापी भी बढ़ती जाती है। और जैसे ही "1" और "2" निकायों का पूर्ण तापीय संतुलन आता है, एन्ट्रापी अपने अधिकतम मूल्य तक पहुंच जाएगी।

इस प्रकार, एक बंद प्रणाली में, एन्ट्रापी S या तो बढ़ जाती है या किसी वास्तविक प्रक्रिया के लिए अपरिवर्तित रहती है, अर्थात, एन्ट्रापी dS ³ 0 में परिवर्तन। इस सूत्र में समान चिह्न केवल उत्क्रमणीय प्रक्रियाओं के लिए होता है। संतुलन की स्थिति में, जब एक बंद प्रणाली की एन्ट्रापी अपने अधिकतम तक पहुंच जाती है, तो ऐसी प्रणाली में थर्मोडायनामिक्स के दूसरे नियम के अनुसार, कोई भी मैक्रोस्कोपिक प्रक्रिया संभव नहीं है।

यह इस प्रकार है कि एन्ट्रापी एक भौतिक मात्रा है जो मात्रात्मक रूप से एक प्रणाली की आणविक संरचना की विशेषताओं को दर्शाती है, जिस पर इसमें ऊर्जा परिवर्तन निर्भर करता है।

प्रणाली की आणविक संरचना के साथ एन्ट्रापी के संबंध को सबसे पहले एल. बोल्ट्जमैन ने 1887 में समझाया था। उन्होंने एन्ट्रापी (सूत्र 1.6) का सांख्यिकीय अर्थ स्थापित किया। बोल्ट्जमैन के अनुसार (उच्च क्रम की अपेक्षाकृत कम संभावना होती है)

जहां k बोल्ट्जमान स्थिरांक है, P सांख्यिकीय भार है।

कश्मीर = 1.37 10-23 जम्मू/कश्मीर।

सांख्यिकीय भार P एक मैक्रोस्कोपिक सिस्टम के तत्वों की संभावित सूक्ष्म अवस्थाओं की संख्या के समानुपाती होता है (उदाहरण के लिए, गैस के अणुओं के निर्देशांक और गति के विभिन्न वितरण ऊर्जा, दबाव और गैस के अन्य थर्मोडायनामिक मापदंडों के एक निश्चित मूल्य के अनुरूप होते हैं। ), यानी, यह एक मैक्रोस्टेट के सूक्ष्म विवरण के बीच एक संभावित विसंगति की विशेषता है।

एक पृथक प्रणाली के लिए, किसी दिए गए मैक्रोस्टेट की थर्मोडायनामिक संभावना डब्ल्यू इसके सांख्यिकीय वजन के समानुपाती होती है और सिस्टम की एन्ट्रॉपी द्वारा निर्धारित की जाती है:

डब्ल्यू = क्स्प (एस / के)। (7)

इस प्रकार, एन्ट्रापी वृद्धि का नियम सांख्यिकीय रूप से संभाव्य प्रकृति है और एक अधिक संभावित स्थिति में संक्रमण के लिए प्रणाली की निरंतर प्रवृत्ति को व्यक्त करता है। यह इस प्रकार है कि प्रणाली के लिए प्राप्त होने वाली सबसे संभावित स्थिति वह है जिसमें सिस्टम में एक साथ होने वाली घटनाओं को सांख्यिकीय रूप से पारस्परिक रूप से मुआवजा दिया जाता है।

मैक्रोसिस्टम की अधिकतम संभावित स्थिति संतुलन की स्थिति है, जो सिद्धांत रूप में, पर्याप्त रूप से लंबी अवधि में पहुंच सकती है।

जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, एन्ट्रापी एक योगात्मक मात्रा है, अर्थात यह प्रणाली में कणों की संख्या के समानुपाती होती है। इसलिए, सिस्टम के लिए एक बड़ी संख्या मेंकण, यहां तक ​​​​कि प्रति कण एन्ट्रापी में सबसे महत्वहीन सापेक्ष परिवर्तन, इसके निरपेक्ष मूल्य को महत्वपूर्ण रूप से बदल देता है; एन्ट्रापी में परिवर्तन, जो समीकरण (7) में घातांक में है, किसी दिए गए मैक्रोस्टेट डब्ल्यू की संभावना में बड़ी संख्या में बदलाव की ओर जाता है।

यही कारण है कि बड़ी संख्या में कणों वाली प्रणाली के लिए, थर्मोडायनामिक्स के दूसरे नियम के परिणाम व्यावहारिक रूप से संभाव्य नहीं हैं, लेकिन विश्वसनीय हैं। अत्यंत असंभाव्य प्रक्रियाओं, एन्ट्रापी में किसी भी उल्लेखनीय कमी के साथ, इतने बड़े प्रतीक्षा समय की आवश्यकता होती है कि उनका कार्यान्वयन व्यावहारिक रूप से असंभव है। साथ ही, सिस्टम के छोटे हिस्से में कणों की एक छोटी संख्या होती है जो निरंतर उतार-चढ़ाव का अनुभव करती है, साथ ही एन्ट्रॉपी में केवल एक छोटा पूर्ण परिवर्तन होता है। इन उतार-चढ़ावों की आवृत्ति और आकार के औसत मूल्य सांख्यिकीय ऊष्मागतिकी के उतने ही विश्वसनीय परिणाम हैं जितने कि ऊष्मागतिकी का दूसरा नियम।

पूरे ब्रह्मांड में थर्मोडायनामिक्स के दूसरे नियम का शाब्दिक अनुप्रयोग, जिसने क्लॉसियस को "ब्रह्मांड की थर्मल मौत" की अनिवार्यता के बारे में गलत निष्कर्ष पर पहुंचा दिया, अवैध है, क्योंकि सिद्धांत रूप में पूरी तरह से पृथक सिस्टम प्रकृति में मौजूद नहीं हो सकते हैं। जैसा कि नीचे दिखाया जाएगा, गैर-संतुलन ऊष्मप्रवैगिकी के खंड में, खुली प्रणालियों में होने वाली प्रक्रियाएं अन्य कानूनों का पालन करती हैं और अन्य गुण रखती हैं।

ऊष्मप्रवैगिकी का दूसरा नियम- गर्मी कम गर्म शरीर से गर्म शरीर में अनायास स्थानांतरित नहीं हो सकती है। ऊष्मा शरीर की आंतरिक ऊर्जा है।

दो ताप जलाशयों से संपर्क करने में सक्षम प्रणाली पर विचार करें। टैंक तापमान (हीटर)तथा (फ़्रिज).. प्रारंभिक अवस्था (आइटम 1) में सिस्टम का तापमान है। आइए हम इसे हीटर के साथ थर्मल संपर्क में लाएं और, अर्ध-स्थिर रूप से दबाव कम करके, वॉल्यूम बढ़ाएं।

सिस्टम एक ही तापमान के साथ एक राज्य में चला गया, लेकिन एक बड़ी मात्रा और कम दबाव (स्थिति 2) के साथ। उसी समय, सिस्टम द्वारा काम किया गया था, और हीटर ने गर्मी की मात्रा को इसमें स्थानांतरित कर दिया। इसके बाद, हम हीटर को हटाते हैं और अर्ध-स्थैतिक रूप से एडियाबैट के साथ हम सिस्टम को एक तापमान (स्थिति 3) के साथ एक राज्य में स्थानांतरित करते हैं। इस मामले में, सिस्टम काम करेगा। फिर हम सिस्टम को रेफ्रिजरेटर के संपर्क में लाते हैं और सांख्यिकीय रूप से सिस्टम की मात्रा को कम करते हैं। इस मामले में सिस्टम द्वारा छोड़ी जाने वाली गर्मी की मात्रा रेफ्रिजरेटर द्वारा अवशोषित की जाएगी - इसका तापमान वही रहेगा। सिस्टम पर काम किया गया है (या सिस्टम ने नकारात्मक काम किया है -)। सिस्टम की स्थिति (स्थिति 4) को इस तरह चुना जाता है कि सिस्टम को एडियाबैट (स्थिति 1) के साथ अपनी प्रारंभिक स्थिति में वापस करना संभव होगा। इस मामले में, सिस्टम नकारात्मक कार्य करेगा। सिस्टम अपनी मूल स्थिति में वापस आ गया, फिर चक्र के बाद आंतरिक ऊर्जा वही रही, लेकिन सिस्टम द्वारा काम किया गया। इससे यह पता चलता है कि काम के प्रदर्शन के दौरान ऊर्जा में परिवर्तन की भरपाई हीटर और रेफ्रिजरेटर द्वारा की गई थी। माध्यम , - काम करने के लिए जाने वाली गर्मी की मात्रा। क्षमता (दक्षता) सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है:

.

इसलिए इसका पालन होता है।

कार्नोट का प्रमेय ऐसा कहते हैं कार्नोट चक्र के अनुसार चलने वाले ऊष्मा इंजन की दक्षता केवल हीटर और रेफ्रिजरेटर दोनों के तापमान पर निर्भर करती है, लेकिन यह मशीन के डिजाइन के साथ-साथ काम करने वाले पदार्थ के प्रकार पर निर्भर नहीं करती है।

दूसरा कार्नोट प्रमेय कहते हैं - किसी भी ताप इंजन की दक्षता कार्नोट चक्र के अनुसार एक ही हीटर और कूलर तापमान के साथ संचालित एक आदर्श इंजन की दक्षता से अधिक नहीं हो सकती है।

क्लॉसियस असमानता:

इससे यह देखा जा सकता है कि सर्कुलर प्रक्रिया के दौरान सिस्टम को प्राप्त होने वाली गर्मी की मात्रा, उस निरपेक्ष तापमान से संबंधित है जिस पर प्रक्रिया हुई थी, एक गैर-सकारात्मक मान है। यदि प्रक्रिया अर्ध-स्थिर है, तो असमानता समानता में बदल जाती है:

इसका मतलब यह है कि किसी भी अर्ध-स्थैतिक परिपत्र प्रक्रिया में सिस्टम द्वारा प्राप्त गर्मी की कम मात्रा शून्य है .

अनंत में प्राप्त ऊष्मा की प्राथमिक कम मात्रा है

छोटी प्रक्रिया।

फाइनल में प्राप्त गर्मी की प्राथमिक कम मात्रा है

प्रक्रिया।

सिस्टम की एंट्रोपी वहाँ है इसका राज्य कार्य एक मनमाना स्थिरांक तक परिभाषित है।

एन्ट्रापी अंतर दो संतुलन अवस्थाओं में और परिभाषा के अनुसार, किसी भी अर्ध-स्थिर पथ के साथ इसे एक राज्य से दूसरे राज्य में स्थानांतरित करने के लिए सिस्टम को सूचित की जाने वाली ऊष्मा की कम मात्रा के बराबर है।

एन्ट्रॉपी को फ़ंक्शन द्वारा व्यक्त किया जाता है:

.

आइए मान लें कि प्रणाली संतुलन राज्य से पथ के साथ संतुलन राज्य तक जाती है, और संक्रमण अपरिवर्तनीय (धराशायी) है। एक अर्ध-स्थिर अवस्था में एक प्रणाली को उसकी मूल स्थिति में एक अलग तरीके से वापस किया जा सकता है। क्लॉसियस असमानता के आधार पर, हम लिख सकते हैं:

§ 5.3। हार्मोनिक कंपन का जोड़

5.4. जटिल दोलन और इसके हार्मोनिक स्पेक्ट्रम

5.5. मजबूर कंपन। गूंज

5.6। आत्म-दोलन

5.7. यांत्रिक तरंग समीकरण

5.8। ऊर्जा प्रवाह और तरंग तीव्रता

§ 5.9. सदमे की लहरें

5.10. डॉपलर प्रभाव

अध्याय 6 ध्वनिकी

6.1. ध्वनि की प्रकृति और उसकी भौतिक विशेषताएं

6.2. श्रवण संवेदना की विशेषताएं। ऑडियोमेट्री की अवधारणा

6.3. क्लिनिक में ध्वनि अनुसंधान विधियों का भौतिक आधार

6.4. लहर प्रतिरोध। ध्वनि तरंगों का परावर्तन। प्रतिध्वनि

6.5. सुनने की भौतिकी

6.6। अल्ट्रासाउंड और चिकित्सा में इसके अनुप्रयोग

6.7. इन्फ्रासाउंड

6.8. कंपन

7.1. एक तरल की चिपचिपाहट। न्यूटन का समीकरण। न्यूटोनियन और गैर-न्यूटोनियन तरल पदार्थ

7.2. पाइप के माध्यम से एक चिपचिपा द्रव का प्रवाह। पॉइज़ुइल सूत्र

7.3। एक श्यान द्रव में पिंडों की गति। स्टोक्स का नियम

7.4. किसी द्रव की श्यानता ज्ञात करने की विधियाँ। रक्त चिपचिपापन निर्धारित करने के लिए नैदानिक ​​​​विधि

7.5. अशांत प्रवाह। रेनॉल्ड्स संख्या

7.6. तरल पदार्थों की आणविक संरचना की विशेषताएं

7.7. सतह तनाव

7.8. गीला और गैर गीला। केशिका घटना

अध्याय 8

8.1। क्रिस्टलीय और अनाकार शरीर। पॉलिमर और बायोपॉलिमर

8.2. लिक्विड क्रिस्टल

8.3. ठोस के यांत्रिक गुण

§ 8.4. जैविक ऊतकों के यांत्रिक गुण

अध्याय 9 हेमोडायनामिक्स के भौतिक प्रश्न

9.1. परिसंचरण पैटर्न

§ 9.2. पल्स वेव

9.3। दिल का काम और ताकत। हार्ट-लंग मशीन

9.4. रक्तचाप को मापने के लिए नैदानिक ​​विधि का भौतिक आधार

9.5। रक्त प्रवाह वेग का निर्धारण

10.1। ऊष्मप्रवैगिकी की बुनियादी अवधारणाएँ। ऊष्मप्रवैगिकी का पहला नियम

§ 10.2। ऊष्मप्रवैगिकी का दूसरा नियम। एन्ट्रापी

§ 10.3। स्थिर अवस्था। न्यूनतम एन्ट्रापी उत्पादन का सिद्धांत

§ 10.4. एक खुली प्रणाली के रूप में शरीर

10.5. थर्मोमेट्री और कैलोरीमेट्री

§ 10.6। उपचार के लिए उपयोग किए जाने वाले गर्म और ठंडे मीडिया के भौतिक गुण। चिकित्सा में कम तापमान का उपयोग

अध्याय 11

§ 11.1. झिल्ली की संरचना और मॉडल

§ 11.2। झिल्ली के कुछ भौतिक गुण और पैरामीटर

§ 11.3. झिल्ली के माध्यम से अणुओं (परमाणुओं) का स्थानांतरण। फिक का समीकरण

11.4. नर्नस्ट-प्लैंक समीकरण। झिल्लियों में आयनों का परिवहन

11.5. झिल्ली के माध्यम से अणुओं और आयनों के निष्क्रिय स्थानांतरण की किस्में

§ 11.6. सक्रिय ट्रांसपोर्ट। अनुभव का उपयोग करना

§ 11.7. संतुलन और स्थिर झिल्ली क्षमता। विराम विभव

§ 11.8. कार्य क्षमता और उसका वितरण

§ 11.9. सक्रिय रूप से उत्साहित मीडिया। हृदय की मांसपेशियों में ऑटोवेव प्रक्रियाएं

धारा 4

12.1. शक्ति और क्षमता - विद्युत क्षेत्र की विशेषताएं

12.2. विद्युत द्विध्रुव

12.3. एक बहुध्रुव की अवधारणा

§ 12.4। द्विध्रुवीय विद्युत जनरेटर (वर्तमान द्विध्रुवीय)

12.5. इलेक्ट्रोकार्डियोग्राफी का भौतिक आधार

12.6. विद्युत क्षेत्र में डाइलेक्ट्रिक्स

12.7. पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव

§ 12.8. विद्युत क्षेत्र ऊर्जा

12.9। इलेक्ट्रोलाइट्स की चालकता

12.10. प्रत्यक्ष धारा पर जैविक ऊतकों और तरल पदार्थों की विद्युत चालकता

12.11. गैसों में विद्युत निर्वहन। Aeroions और उनके चिकित्सीय और रोगनिरोधी प्रभाव

अध्याय 13 चुंबकीय क्षेत्र

§ 13.1. चुंबकीय क्षेत्र की मुख्य विशेषताएं

§ 13.2. एम्पीयर का नियम

§ 13.3। चुंबकीय क्षेत्र की क्रिया

§ 13.4. पदार्थ के चुंबकीय गुण

§ 13.5. शरीर के ऊतकों के चुंबकीय गुण। बायोमैग्नेटिज्म और मैग्नेटोबायोलॉजी की अवधारणा

§14.1. मुक्त विद्युत चुम्बकीय दोलन

14.2. प्रत्यावर्ती धारा

§ 14.3. प्रत्यावर्ती धारा परिपथ में प्रतिबाधा। तनाव प्रतिध्वनि

§ 14.4. शरीर के ऊतक प्रतिबाधा। प्रतिबाधा का फैलाव। रियोग्राफी का भौतिक आधार

§ 14.5. विद्युत आवेग और आवेग धारा

§ 14.6। विद्युतचुम्बकीय तरंगें

§ 14.7. विद्युत चुम्बकीय तरंगों का पैमाना। चिकित्सा में अपनाए गए आवृत्ति अंतरालों का वर्गीकरण

§ 15.1. शरीर के ऊतकों पर प्रत्यक्ष धारा की प्राथमिक क्रिया। गैल्वनीकरण। औषधीय पदार्थों का वैद्युतकणसंचलन

§ 15.2. प्रत्यावर्ती (आवेग) धाराओं का एक्सपोजर

§ 15.3. एक वैकल्पिक चुंबकीय क्षेत्र के संपर्क में

§ 15.4. एक वैकल्पिक विद्युत क्षेत्र के संपर्क में

§ 15.5. विद्युत चुम्बकीय तरंगों का एक्सपोजर

धारा 5 मेडिकल इलेक्ट्रॉनिक्स

अध्याय 16

§ 16.1. सामान्य और चिकित्सा इलेक्ट्रॉनिक्स। चिकित्सा इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों और उपकरणों के मुख्य समूह

§ 16.2. चिकित्सा उपकरणों की विद्युत सुरक्षा

§ 16.3। चिकित्सा उपकरणों की विश्वसनीयता

अध्याय 17

§ 17.1. चिकित्सा और जैविक जानकारी के निष्कासन, संचरण और पंजीकरण का संरचनात्मक आरेख

§ 17.2. बायोइलेक्ट्रिक सिग्नल लेने के लिए इलेक्ट्रोड

§ 17.3. बायोमेडिकल सूचना सेंसर

§ 17.4. सिग्नल ट्रांसमिशन। रेडियो टेलीमेट्री

§ 17.5. एनालॉग रिकॉर्डर

§ 17.6. बायोपोटेंशियल को रिकॉर्ड करने वाले चिकित्सा उपकरणों के संचालन का सिद्धांत

अध्याय 18

§ 18.1. एम्पलीफायर लाभ

§ 18.2. एम्पलीफायर की आयाम विशेषता। अरेखीय विकृति

18.3. एम्पलीफायर की आवृत्ति प्रतिक्रिया। रैखिक विकृति

§ 18.4. जैव विद्युत संकेतों का प्रवर्धन

§ 18.5. विभिन्न प्रकार के इलेक्ट्रॉनिक जनरेटर। एक नियॉन लैंप पर स्पंदित दोलनों का जनरेटर

§ 18.6. इलेक्ट्रॉनिक उत्तेजक। कम आवृत्ति वाले फिजियोथेरेप्यूटिक इलेक्ट्रॉनिक उपकरण

§ 18.7. उच्च आवृत्ति फिजियोथेरेप्यूटिक इलेक्ट्रॉनिक उपकरण। इलेक्ट्रोसर्जरी उपकरण

18.8. इलेक्ट्रॉनिक आस्टसीलस्कप

धारा 6

अध्याय 19

§ 19.3. व्यतिकरणमापी और उनके अनुप्रयोग। एक हस्तक्षेप माइक्रोस्कोप की अवधारणा

§ 19.4. हाइजेंस-फ्रेस्नेल सिद्धांत

§ 19.5. समानांतर बीम में भट्ठा विवर्तन

§ 19.6. डिफ़्रैक्शन ग्रेटिंग। विवर्तन स्पेक्ट्रम

§ 19.7। एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण के मूल सिद्धांत

§ 19.8. होलोग्राफी की अवधारणा और चिकित्सा में इसके संभावित अनुप्रयोग

अध्याय 20

20.1। प्रकाश प्राकृतिक और ध्रुवीकृत है। मालुस का नियम

20.2। परावर्तन पर प्रकाश का ध्रुवीकरण और दो डाइलेक्ट्रिक्स की सीमा पर अपवर्तन

20.3। द्विभाजन पर प्रकाश का ध्रुवीकरण

§ 20.4। ध्रुवीकरण के विमान का रोटेशन। ध्रुवनमापन

20.5। ध्रुवीकृत प्रकाश में जैविक ऊतकों का अध्ययन

अध्याय 21

§ 21.1. तरंग प्रकाशिकी के सीमित मामले के रूप में ज्यामितीय प्रकाशिकी

§ 21.2. लेंस विपथन

§ 21.3. एक आदर्श केंद्रित ऑप्टिकल प्रणाली की अवधारणा

§ 21.4. आंख की ऑप्टिकल प्रणाली और इसकी कुछ विशेषताएं

§ 21.5. आँख के ऑप्टिकल सिस्टम के नुकसान और उनका मुआवजा

§ 21.6. आवर्धक लेंस

§ 21.7. ऑप्टिकल सिस्टम और माइक्रोस्कोप डिवाइस

§ 21.8. माइक्रोस्कोप का संकल्प और उपयोगी आवर्धन। अब्बे सिद्धांत की अवधारणा

§ 21.9. ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी की कुछ विशेष तकनीकें

21.10. फाइबर ऑप्टिक्स और ऑप्टिकल उपकरणों में इसका उपयोग

अध्याय 22

§ 22.1. थर्मल विकिरण के लक्षण। काला शरीर

§ 22.2. किरचॉफ का नियम

§ 22.3. ब्लैक बॉडी रेडिएशन के नियम

§ 22.5। शरीर का ताप अपव्यय। थर्मोग्राफी की अवधारणा

§ 22.6. इन्फ्रारेड विकिरण और चिकित्सा में इसका अनुप्रयोग

§ 22.7. पराबैंगनी विकिरण और चिकित्सा में इसका अनुप्रयोग

धारा 7

अध्याय 23

§ 23.1. डी ब्रोगली की परिकल्पना।

§ 23.2. इलेक्ट्रान सूक्ष्मदर्शी। इलेक्ट्रॉन प्रकाशिकी की अवधारणा

§ 23.3. वेव फंक्शन और इसका भौतिक अर्थ

§ 23.4. अनिश्चितता संबंध

§ 23.5. श्रोडिंगर समीकरण।

§ 23.6. हाइड्रोजन परमाणु के लिए श्रोडिंगर समीकरण का अनुप्रयोग। क्वांटम संख्याएं

§ 23.7. बोहर के सिद्धांत की अवधारणा

§ 23.8. जटिल परमाणुओं के इलेक्ट्रॉनिक गोले

§ 23.9. अणुओं का ऊर्जा स्तर

अध्याय 24

§ 24.1. प्रकाश अवशोषण

§ 24.2. प्रकाश बिखरना

§ 24.3. ऑप्टिकल परमाणु स्पेक्ट्रा

§ 24.4. आणविक स्पेक्ट्रा

§ 24.5. विभिन्न प्रकार के ल्यूमिनेसिसेंस

§ 24.6. फोटोलुमिनेसेंस

§ 24.7. chemiluminescence

§ 24.8. चिकित्सा में लेजर और उनके अनुप्रयोग

§ 24.9. फोटोबायोलॉजिकल प्रक्रियाएं। फोटोबायोलॉजी और फोटोमेडिसिन के बारे में अवधारणाएं

24.10. दृश्य स्वागत की बायोफिजिकल नींव

अध्याय 25

§ 25.1. चुंबकीय क्षेत्र में परमाणुओं के ऊर्जा स्तरों का विभाजन

§ 25.2. इलेक्ट्रॉन पैरामैग्नेटिक रेजोनेंस और इसके बायोमेडिकल अनुप्रयोग

§ 25.3. नाभिकीय चुबकीय अनुनाद। एनएमआर इंट्रोस्कोपी (चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग)

धारा 8

अध्याय 26

§ 26.1. एक्स-रे ट्यूब डिवाइस। ब्रेम्सस्ट्रालंग एक्स-रे

§ 26.2. विशेषता एक्स-रे विकिरण। परमाणु एक्स-रे स्पेक्ट्रा

§ 26.3. पदार्थ के साथ एक्स-रे विकिरण की परस्पर क्रिया

§ 26.4. चिकित्सा में एक्स-रे के उपयोग के लिए भौतिक आधार

अध्याय 27 रेडियोधर्मिता। पदार्थ के साथ आयनकारी विकिरण की परस्पर क्रिया

§ 27.1. रेडियोधर्मिता

§ 27.2. रेडियोधर्मी क्षय का मूल नियम। गतिविधि

§ 27.3. पदार्थ के साथ आयनकारी विकिरण की परस्पर क्रिया

§ 27.4. शरीर पर आयनकारी विकिरण की क्रिया का भौतिक आधार

27.5. आयनकारी विकिरण डिटेक्टर

§ 27.6. चिकित्सा में रेडियोन्यूक्लाइड और न्यूट्रॉन का उपयोग

§ 27.7. कण त्वरक और चिकित्सा में उनका उपयोग

अध्याय 28 आयनकारी विकिरण के डोसिमेट्री के तत्व

§ 28.1. विकिरण खुराक और जोखिम खुराक। खुराक की दर

§ 28.2. आयनकारी विकिरण के जैविक प्रभाव का मात्रात्मक मूल्यांकन। खुराक के बराबर

§ 28.3. डोसिमेट्रिक उपकरण

§ 28.4. आयनकारी विकिरण से सुरक्षा

उत्पाद खरीद के लिए

§ 10.2। ऊष्मप्रवैगिकी का दूसरा नियम। एन्ट्रापी

ऊष्मप्रवैगिकी का पहला नियम, जो अनिवार्य रूप से ऊर्जा के संरक्षण के नियम की अभिव्यक्ति है, प्रक्रियाओं के संभावित पाठ्यक्रम की दिशा को इंगित नहीं करता है। इसलिए, उदाहरण के लिए, ऊष्मप्रवैगिकी के पहले नियम के अनुसार, गर्मी हस्तांतरण के दौरान यह समान रूप से संभव होगा कि गर्मी को अधिक गर्म शरीर से कम गर्म शरीर में स्थानांतरित किया जाए, और इसके विपरीत, कम गर्म शरीर से अधिक गर्म शरीर में। तन। दैनिक अनुभव से, तथापि, यह सर्वविदित है कि दूसरी प्रक्रिया प्रकृति में वास्तविक नहीं है; इसलिए, उदाहरण के लिए, कमरे में हवा के ठंडा होने के कारण केतली में पानी स्वतः गर्म नहीं हो सकता। एक और उदाहरण: जब कोई पत्थर जमीन पर गिरता है, तो वह गर्म हो जाता है, जो संभावित ऊर्जा में बदलाव के बराबर होता है, रिवर्स प्रक्रिया - केवल ठंडा होने के कारण किसी पत्थर का स्वतःस्फूर्त उठाना - असंभव है।

ऊष्मप्रवैगिकी का दूसरा नियम, पहले की तरह, प्रयोगात्मक डेटा का सामान्यीकरण है।

ऊष्मप्रवैगिकी के दूसरे नियम के कई सूत्र हैं: ऊष्मा कम तापमान वाले शरीर से उच्च तापमान (क्लॉसियस के सूत्रीकरण) वाले शरीर में स्वचालित रूप से स्थानांतरित नहीं हो सकती है, या दूसरी तरह की एक सतत गति मशीन असंभव है (थॉमसन का सूत्रीकरण), यानी ऐसी आवधिक प्रक्रिया असंभव है, जिसका एकमात्र परिणाम शरीर के ठंडा होने के कारण गर्मी को काम में बदलना होगा।

एक ऊष्मा इंजन में, स्थानांतरित गर्मी के कारण काम किया जाता है, लेकिन गर्मी का हिस्सा आवश्यक रूप से रेफ्रिजरेटर में स्थानांतरित हो जाता है। अंजीर पर। 10.4 योजनाबद्ध रूप से, क्रमशः असंभव (ए) और संभव (बी), दूसरे कानून के अनुसार, आवधिक प्रक्रियाओं को दर्शाता है।

कुछ थर्मोडायनामिक अवधारणाओं पर विचार करें जो हमें ऊष्मप्रवैगिकी के दूसरे नियम की मात्रा निर्धारित करने की अनुमति देते हैं।

प्रक्रिया 1-2 को प्रतिवर्ती कहा जाता है यदि सभी मध्यवर्ती अवस्थाओं के माध्यम से रिवर्स प्रक्रिया 2-1 करना संभव हो ताकि सिस्टम के अपनी मूल स्थिति में वापस आने के बाद, आसपास के निकायों में कोई परिवर्तन न हो।

एक प्रतिवर्ती प्रक्रिया एक भौतिक अमूर्त है। सभी वास्तविक प्रक्रियाएं अपरिवर्तनीय हैं, यदि केवल एक घर्षण बल की उपस्थिति के कारण, जो आसपास के पिंडों के ताप का कारण बनती है। अपरिवर्तनीय प्रक्रियाओं के कुछ विशिष्ट उदाहरण हैं एक शून्य में गैस का विस्तार, प्रसार, गर्मी हस्तांतरण, आदि। इन सभी मामलों में, सिस्टम को उसकी प्रारंभिक स्थिति में वापस लाने के लिए बाहरी निकायों द्वारा काम किया जाना चाहिए।

चक्र या वृत्ताकार प्रक्रिया एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें प्रणाली अपनी मूल स्थिति में लौट आती है।

जी चक्र ग्राफ एक बंद रेखा है। अंजीर में दिखाया गया चक्र। 10.5, - प्रत्यक्ष, यह एक ऊष्मा इंजन से मेल खाता है, अर्थात एक उपकरण जो एक निश्चित निकाय से ऊष्मा की मात्रा प्राप्त करता है - एक ऊष्मा उत्सर्जक (हीटर), कार्य करता है और

इस गर्मी का एक हिस्सा दूसरे शरीर को देता है - एक हीट रिसीवर (रेफ्रिजरेटर) (चित्र। 10.4, बी)।

इस चक्र में, काम करने वाला पदार्थ (गैस) समग्र रूप से सकारात्मक कार्य करता है (चित्र। 10.5): प्रक्रिया 1-a-2 में, गैस फैलती है, कार्य सकारात्मक होता है और संख्यात्मक रूप से वक्र 1 के नीचे के क्षेत्र के बराबर होता है। ए-2; 2-बी-1 प्रक्रिया में, कार्य ऋणात्मक (गैस संपीड़न) है और संख्यात्मक रूप से संबंधित वक्र के नीचे के क्षेत्र के बराबर है। बीजगणितीय योग प्रति चक्र गैस द्वारा किए गए समग्र सकारात्मक कार्य को दर्शाता है। यह संख्यात्मक रूप से बंद वक्र 1-a-2-b-1 से घिरे क्षेत्र के बराबर है।

एक ऊष्मा इंजन या एक प्रत्यक्ष चक्र की दक्षता कार्य करने वाले पदार्थ द्वारा प्राप्त ऊष्मा की मात्रा से किए गए कार्य का अनुपात है

हीटर से:

चूँकि ऊष्मा की मात्रा के कारण ऊष्मा इंजन का कार्य किया जाता है, और कार्यशील पदार्थ की आंतरिक ऊर्जा प्रति चक्र (AU \u003d 0) नहीं बदलती है, यह ऊष्मागतिकी के पहले नियम से चलता है जो परिपत्र प्रक्रियाओं में काम करता है गर्मी की मात्रा के बीजगणितीय योग के बराबर: ए \u003d क्यू एक्स + क्यू 2।

फलस्वरूप,

कार्यशील पदार्थ द्वारा प्राप्त ऊष्मा Q v की मात्रा धनात्मक होती है, कार्यशील पदार्थ द्वारा रेफ्रिजरेटर को दी गई ऊष्मा Q 2 की मात्रा ऋणात्मक होती है।

हे भाई चक्र 2 रेफ्रिजरेशन मशीन के संचालन से मेल खाता है, यानी ऐसी प्रणाली जो रेफ्रिजरेटर से गर्मी लेती है और हीटर में अधिक गर्मी स्थानांतरित करती है। ऊष्मप्रवैगिकी के दूसरे नियम के अनुसार, यह प्रक्रिया (चित्र। 10.6) अपने आप आगे नहीं बढ़ सकती है, यह बाहरी निकायों के काम के कारण होती है। इस मामले में, गैस नकारात्मक कार्य करती है: 2-ए-1 प्रक्रिया में संपीड़न का कार्य नकारात्मक है, कार्य। प्रक्रिया में बीजीय विस्तार के परिणामस्वरूप 1-6-2 सकारात्मक है। योग के परिणामस्वरूप, हम संख्यात्मक रूप से गैस का ऋणात्मक कार्य प्राप्त करते हैं क्षेत्रफल के बराबर, वक्र 2-a-1 -b-2 से घिरा है।

कार्नोट चक्र (चित्र। 10.7) पर विचार करें, अर्थात, एक गोलाकार प्रक्रिया जिसमें दो समताप मंडल 1-2, 3-4 होते हैं, जो तापमान T 1 और T 2 (T 1\u003e T 2), और दो रुद्धोष्म 2- के अनुरूप होते हैं। 3 , 4-1। इस चक्र में काम करने वाला पदार्थ एक आदर्श गैस है। हीटर से काम करने वाले पदार्थ में गर्मी की मात्रा का स्थानांतरण तापमान टी 1 और काम करने वाले पदार्थ से रेफ्रिजरेटर में - तापमान टी 2 पर होता है। सबूत के बिना, हम इंगित करते हैं कि प्रतिवर्ती कार्नोट चक्र की दक्षता केवल हीटर और रेफ्रिजरेटर के तापमान टी 1 और टी 2 पर निर्भर करती है:

थर्मोडायनामिक्स के दूसरे नियम के आधार पर कार्नोट ने निम्नलिखित साबित किया: एक तापमान पर हीटर के साथ दो इज़ोटेर्म और दो एडियाबैट्स से युक्त चक्र में चलने वाली सभी रिवर्सिबल मशीनों की दक्षता टी जी और तापमान टी 2 पर एक रेफ्रिजरेटर, हैं एक दूसरे के बराबर और चक्र बनाने वाली मशीन के काम करने वाले पदार्थों और संरचनाओं पर निर्भर नहीं होते हैं; एक अपरिवर्तनीय मशीन की दक्षता एक प्रतिवर्ती मशीन की तुलना में कम होती है।

(10.9) और (10.10) के आधार पर, इन प्रावधानों को इस प्रकार लिखा जा सकता है:

जहाँ चिन्ह "=" एक प्रतिवर्ती चक्र को दर्शाता है, और चिन्ह "<» - к необ­ратимому.

यह व्यंजक दूसरे सिद्धांत का मात्रात्मक सूत्रीकरण है। आइए हम दिखाते हैं कि अनुभाग की शुरुआत में दिए गए दोनों गुणात्मक सूत्र इसके परिणाम हैं।

आइए मान लें कि दो निकायों के बीच काम किए बिना गर्मी का आदान-प्रदान होता है, यानी क्यू एल + क्यू 2 = 0। फिर [देखें। (10.11)] टी 1 - टी 2> 0 और टी 1> टी 2, जो क्लॉसियस के निर्माण से मेल खाती है: एक सहज प्रक्रिया में, उच्च तापमान वाले निकायों से कम तापमान वाले निकायों में गर्मी स्थानांतरित की जाती है।

इस घटना में कि गर्मी इंजन काम करने के लिए गर्मी हस्तांतरण के दौरान प्राप्त सभी ऊर्जा को पूरी तरह से खर्च करता है और रेफ्रिजरेटर को ऊर्जा नहीं देता है, क्यू 2 \u003d 0 और (10.11) से हमारे पास है

जो असंभव है, क्योंकि T 1 और T 2 धनात्मक हैं। इससे थॉमसन ने दूसरी तरह की एक सतत गति मशीन की असंभवता का निर्माण किया। आइए व्यंजक (10.11) को रूपांतरित करें:

कार्यशील पदार्थ द्वारा प्राप्त या दी गई ऊष्मा की मात्रा का उस तापमान से अनुपात जिस पर ऊष्मा का आदान-प्रदान होता है, ऊष्मा की घटी हुई मात्रा कहलाती है।

इसलिए, (10.12) निम्नानुसार तैयार किया जा सकता है: प्रति चक्र गर्मी की कम मात्रा का बीजगणितीय योग शून्य से अधिक नहीं है (प्रतिवर्ती चक्रों में यह शून्य के बराबर है, अपरिवर्तनीय चक्रों में यह शून्य से कम है)।

यदि निकाय की स्थिति कार्नोट चक्र के अनुसार नहीं, बल्कि कुछ मनमाने चक्र के अनुसार बदलती है, तो इसे पर्याप्त रूप से छोटे कार्नोट चक्रों के एक सेट के रूप में दर्शाया जा सकता है (चित्र 10.8)। तब व्यंजक (10.12) पर्याप्त रूप से कम मात्रा में ऊष्मा के योग में परिवर्तित हो जाता है, जिसे सीमा में समाकलन द्वारा व्यक्त किया जाता है।

अभिव्यक्ति (10.13) किसी भी अपरिवर्तनीय (चिह्न "<») или обратимого (знак «=») цикла; dQ/T - элементарная при­веденная теплота. Кружок на знаке интеграла означает, что интег­рирование проводится по замкнутому контуру, т. е. по циклу. 1 Рассмотрим обратимый цикл (см. рис. 10.5), состоящий из двух процессов аи б. Для него справедливо равенство:

प्रतिवर्ती चक्रों के लिए (10.13) के आधार पर, हमारे पास है

और
पथ b के साथ एकीकरण की सीमा को बदलने पर, हम प्राप्त करते हैं

उत्तरार्द्ध का अर्थ है कि एक राज्य से दूसरे राज्य में सिस्टम के प्रतिवर्ती संक्रमण के दौरान गर्मी की कम मात्रा का योग प्रक्रिया पर निर्भर नहीं करता है, और गैस के दिए गए द्रव्यमान के लिए केवल सिस्टम की प्रारंभिक और अंतिम अवस्थाओं द्वारा निर्धारित किया जाता है . अंजीर पर। 10.9 विभिन्न प्रतिवर्ती प्रक्रियाओं (ए, बी, सी) के ग्राफ दिखाता है, जिसके लिए प्रारंभिक 1 और अंतिम 2 राज्य आम हैं। इन प्रक्रियाओं में गर्मी और काम की मात्रा अलग-अलग होती है, लेकिन कम मात्रा में गर्मी का योग समान हो जाता है।

एक भौतिक विशेषता जो किसी प्रक्रिया या विस्थापन पर निर्भर नहीं करती है, आमतौर पर प्रक्रिया की अंतिम और प्रारंभिक अवस्था या सिस्टम की स्थिति के अनुरूप एक निश्चित फ़ंक्शन के दो मानों के बीच अंतर के रूप में व्यक्त की जाती है। इसलिए, उदाहरण के लिए, प्रक्षेपवक्र से गुरुत्वाकर्षण के कार्य की स्वतंत्रता हमें इस कार्य को प्रक्षेपवक्र के अंतिम बिंदुओं पर संभावित ऊर्जाओं में अंतर के संदर्भ में व्यक्त करने की अनुमति देती है; चार्ज के प्रक्षेपवक्र से इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र की ताकतों के काम की स्वतंत्रता हमें इस काम को क्षेत्र के बिंदुओं के संभावित अंतर के साथ जोड़ने की अनुमति देती है, जो इसके आंदोलन के दौरान सीमा हैं।

इसी तरह, एक प्रतिवर्ती प्रक्रिया के लिए कम मात्रा में गर्मी के योग को कुछ सिस्टम स्टेट फ़ंक्शन के दो मानों के बीच अंतर के रूप में दर्शाया जा सकता है, जिसे एन्ट्रॉपी कहा जाता है:

जहां एस 2 और एस 1 - क्रमशः अंतिम 2 और प्रारंभिक 1 राज्यों में एन्ट्रापी। तो, एन्ट्रापी प्रणाली की स्थिति का एक कार्य है, जिसके मूल्यों में अंतर दो राज्यों के लिए एक राज्य से दूसरे राज्य में सिस्टम के प्रतिवर्ती संक्रमण के दौरान कम मात्रा में गर्मी के योग के बराबर है।

यदि प्रक्रिया अपरिवर्तनीय है, तो समानता (10.15) धारण नहीं करती है। मान लीजिए कि एक चक्र दिया गया है (चित्र 10.10) जिसमें एक प्रतिवर्ती 2-बी-1 और एक अपरिवर्तनीय 1-ए-2 प्रक्रिया शामिल है। चूँकि चक्र का भाग अपरिवर्तनीय है, संपूर्ण चक्र भी अपरिवर्तनीय है, इसलिए (10.13) के आधार पर हम लिखते हैं

(10.15) के अनुसार, तो (10.16) के स्थान पर हमें प्राप्त होता है, या

तो, एक अपरिवर्तनीय प्रक्रिया में, ऊष्मा की कम मात्रा का योग एन्ट्रापी में परिवर्तन से कम होता है। (10.15) और (10.17) की दायीं भुजाओं को मिलाने पर, हम प्राप्त करते हैं

जहाँ चिन्ह "=" प्रतिवर्ती को संदर्भित करता है, और चिन्ह ">" - अपरिवर्तनीय प्रक्रियाओं को।

संबंध (10.18) (10.11) के आधार पर प्राप्त किया गया था और इसलिए यह ऊष्मागतिकी के दूसरे नियम को भी व्यक्त करता है।

आइए हम एन्ट्रापी का भौतिक अर्थ स्थापित करें।

फॉर्मूला (10.15) केवल एन्ट्रापी अंतर देता है, जबकि एन्ट्रापी स्वयं एक मनमाना स्थिरांक तक निर्धारित होता है:

यदि प्रणाली एक राज्य से दूसरे राज्य में चली गई है, तो प्रक्रिया की प्रकृति की परवाह किए बिना - चाहे वह प्रतिवर्ती हो या अपरिवर्तनीय - एन्ट्रापी में परिवर्तन की गणना इन राज्यों के बीच होने वाली किसी भी प्रतिवर्ती प्रक्रिया के लिए सूत्र (10.15) द्वारा की जाती है। यह इस तथ्य के कारण है कि एन्ट्रापी प्रणाली की स्थिति का एक कार्य है।

दो राज्यों के एन्ट्रापी अंतर की गणना एक प्रतिवर्ती इज़ोटेर्मल प्रक्रिया में आसानी से की जाती है:

जहां क्यू एक स्थिर तापमान टी पर राज्य 1 से राज्य 2 में संक्रमण के दौरान सिस्टम द्वारा प्राप्त गर्मी की कुल मात्रा है। अंतिम सूत्र का उपयोग पिघलने, वाष्पीकरण आदि जैसी प्रक्रियाओं में एन्ट्रॉपी में परिवर्तन की गणना के लिए किया जाता है। इनमें मामले, क्यू चरण परिवर्तनों की गर्मी है। यदि प्रक्रिया एक पृथक प्रणाली (dQ = 0) में होती है, तो [देखें। (10.18)] एक प्रतिवर्ती प्रक्रिया में, एन्ट्रापी नहीं बदलती है: एस 2 - एस 1 = 0, एस = कास्ट, और एक अपरिवर्तनीय प्रक्रिया में यह बढ़ जाता है। यह दो निकायों के बीच गर्मी विनिमय के उदाहरण से स्पष्ट किया जा सकता है जो एक पृथक प्रणाली बनाते हैं और तापमान क्रमशः टी 1 और टी 2 होता है (टी 1> टी 2)। यदि ऊष्मा dQ की थोड़ी मात्रा पहले शरीर से दूसरे में जाती है, तो पहले शरीर की एन्ट्रापी dS 1 = dQ/T 1 से घट जाती है, और दूसरे शरीर की एन्ट्रापी dS 2 = dQ/T 2 बढ़ जाती है। चूँकि ऊष्मा की मात्रा कम होती है, इसलिए हम यह मान सकते हैं कि ऊष्मा हस्तांतरण के दौरान पहले और दूसरे पिंडों का तापमान नहीं बदलता है। सिस्टम की एन्ट्रापी में कुल परिवर्तन सकारात्मक है:

नतीजतन, एक पृथक प्रणाली की एन्ट्रापी बढ़ जाती है। यदि इस प्रणाली में कम तापमान वाले शरीर से उच्च तापमान वाले शरीर में गर्मी का सहज हस्तांतरण होता है, तो सिस्टम की एन्ट्रॉपी कम हो जाएगी:

और यह विरोधाभास (10.18) है। इस प्रकार, एक पृथक प्रणाली में, ऐसी प्रक्रियाएं नहीं हो सकती हैं जो सिस्टम की एन्ट्रॉपी (ऊष्मप्रवैगिकी के दूसरे नियम का एक और सूत्रीकरण) में कमी का कारण बनती हैं।

एक पृथक प्रणाली में एन्ट्रापी में वृद्धि अनिश्चित काल तक नहीं होगी। ऊपर दिए गए उदाहरण में, समय के साथ, पिंडों का तापमान समान रूप से समाप्त हो जाएगा, उनके बीच गर्मी हस्तांतरण बंद हो जाएगा और एक संतुलन स्थिति आ जाएगी (देखें 10.1)। इस स्थिति में, सिस्टम के पैरामीटर अपरिवर्तित रहेंगे, और एन्ट्रापी अपने अधिकतम तक पहुंच जाएगी।

आणविक गतिज सिद्धांत के अनुसार, एन्ट्रापी को एक प्रणाली में कणों की व्यवस्था में विकार के माप के रूप में सबसे अच्छा वर्णित किया जा सकता है। इसलिए, उदाहरण के लिए, गैस के आयतन में कमी के साथ, इसके अणुओं को एक दूसरे के सापेक्ष अधिक से अधिक निश्चित पदों पर कब्जा करने के लिए मजबूर किया जाता है, जो सिस्टम में एक बड़े क्रम से मेल खाता है, जबकि एन्ट्रापी कम हो जाती है। जब कोई गैस स्थिर तापमान पर संघनित होती है या तरल क्रिस्टलीकृत होती है, तो ऊष्मा निकलती है और एन्ट्रापी कम हो जाती है। और इस स्थिति में, कणों की व्यवस्था में क्रम में वृद्धि होती है।

प्रणाली की स्थिति का विकार मात्रात्मक रूप से थर्मोडायनामिक संभावना W t ep द्वारा विशेषता है। इसका अर्थ स्पष्ट करने के लिए, गैस के चार कणों से युक्त एक प्रणाली पर विचार करें: ए, बी, सी, डी (चित्र। 10.11)। ये कण मानसिक रूप से दो समान कोशिकाओं में विभाजित मात्रा में होते हैं और इसमें स्वतंत्र रूप से घूम सकते हैं।

पहली और दूसरी कोशिकाओं में कणों की संख्या से निर्धारित प्रणाली की स्थिति, हम मैक्रोस्टेट कहेंगे; प्रत्येक कोशिका में कौन से विशिष्ट कण हैं, द्वारा निर्धारित प्रणाली की स्थिति, एक माइक्रोस्टेट है। तब (चित्र 10.11, ए) मैक्रोस्टेट - पहली कोशिका में एक कण और दूसरे में तीन कण - चार माइक्रोस्टेट द्वारा महसूस किया जाता है। प्रत्येक कोशिका में दो समान रूप से चार कणों की नियुक्ति के अनुरूप मैक्रोस्टेट, छह माइक्रोस्टेट्स (चित्र। 10.11.6) द्वारा महसूस किया जाता है।

थर्मोडायनामिक संभाव्यता कणों को रखने के तरीकों की संख्या या किसी दिए गए मैक्रोस्टेट को साकार करने वाले माइक्रोस्टेट्स की संख्या है।

माना उदाहरणों में, पहले मामले में W t ep = 4 और दूसरे में W t ep = 6। जाहिर है, कोशिकाओं (दो कोशिकाओं) पर कणों का एक समान वितरण एक उच्च थर्मोडायनामिक संभावना से मेल खाता है। दूसरी ओर, कणों का एक समान वितरण उच्चतम एन्ट्रापी के साथ एक संतुलन अवस्था से मेल खाता है। संभाव्यता के सिद्धांत से यह स्पष्ट है कि सिस्टम, अपने आप को छोड़ दिया, मैक्रोस्टेट में आने के लिए जाता है, जो कि सबसे बड़ी संख्या में माइक्रोस्टेट्स की सबसे बड़ी संख्या, यानी सबसे बड़ी थर्मोडायनामिक संभावना वाले राज्य में महसूस किया जाता है।

ध्यान दें कि यदि गैस को विस्तार करने की अनुमति दी जाती है, तो इसके अणु समान रूप से संपूर्ण संभावित आयतन पर कब्जा कर लेंगे, इस प्रक्रिया में एन्ट्रापी बढ़ जाती है। रिवर्स प्रक्रिया - अणुओं की मात्रा के केवल एक हिस्से पर कब्जा करने की प्रवृत्ति, उदाहरण के लिए, कमरे का आधा हिस्सा - मनाया नहीं जाता है; यह बहुत कम थर्मोडायनामिक संभावना और कम एन्ट्रापी वाली स्थिति के अनुरूप होगा।

इससे हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि एन्ट्रापी थर्मोडायनामिक संभावना से संबंधित है। बोल्ट्जमैन ने पाया कि एन्ट्रापी रैखिक रूप से थर्मोडायनामिक संभावना के लघुगणक से संबंधित है:

जहां k बोल्ट्जमान नियतांक है।

ऊष्मप्रवैगिकी का दूसरा नियम एक सांख्यिकीय नियम है, इसके विपरीत, उदाहरण के लिए, ऊष्मागतिकी का पहला नियम या न्यूटन का दूसरा नियम।

कुछ प्रक्रियाओं की असंभवता के बारे में दूसरे कानून का बयान, संक्षेप में, उनकी बेहद कम संभावना, व्यावहारिक रूप से असंभवता, यानी असंभवता के बारे में एक बयान है।

ब्रह्मांडीय पैमाने पर, ऊष्मप्रवैगिकी के दूसरे नियम से महत्वपूर्ण विचलन देखे जाते हैं, लेकिन यह पूरे ब्रह्मांड पर लागू नहीं होता है, साथ ही साथ कम संख्या में अणुओं से युक्त प्रणालियों पर भी लागू होता है।

निष्कर्ष में, हम एक बार फिर ध्यान दें कि यदि ऊष्मागतिकी के पहले नियम में प्रक्रिया का ऊर्जा संतुलन शामिल है, तो दूसरा नियम इसकी संभावित दिशा दिखाता है। जिस प्रकार ऊष्मागतिकी का दूसरा नियम अनिवार्य रूप से पहले नियम का पूरक है, उसी प्रकार एन्ट्रापी ऊर्जा की अवधारणा का पूरक है।

ऊष्मप्रवैगिकी का दूसरा नियम(ऊष्मप्रवैगिकी का दूसरा नियम) एक थर्मोडायनामिक प्रणाली की स्थिति के एक समारोह के रूप में एन्ट्रापी के अस्तित्व को स्थापित करता है और पूर्ण थर्मोडायनामिक तापमान की अवधारणा का परिचय देता है, अर्थात "दूसरा कानून एन्ट्रापी का कानून है" और इसके गुण। एक पृथक प्रणाली में, एन्ट्रापी या तो अपरिवर्तित रहती है या बढ़ जाती है (कोई भी संतुलन प्रक्रियाओं में), थर्मोडायनामिक संतुलन तक पहुंचने पर अधिकतम तक पहुंच जाता है ( एन्ट्रापी बढ़ाने का नियम) . साहित्य में पाए जाने वाले ऊष्मप्रवैगिकी के दूसरे नियम के विभिन्न सूत्र विशेष अभिव्यक्ति हैं सामान्य विधिएन्ट्रापी में वृद्धि।

ऊष्मप्रवैगिकी का दूसरा नियम एक तर्कसंगत तापमान पैमाने का निर्माण करना संभव बनाता है जो थर्मोमेट्रिक संपत्ति और इसके माप की विधि के चुनाव में मनमानी पर निर्भर नहीं करता है।

साथ में, पहले और दूसरे सिद्धांत घटनात्मक थर्मोडायनामिक्स का आधार बनते हैं, जिन्हें माना जा सकता है विकसित प्रणालीइन दो सिद्धांतों के परिणाम। उसी समय, एक थर्मोडायनामिक प्रणाली में पहले कानून द्वारा अनुमत सभी प्रक्रियाओं से, दूसरा कानून हमें वास्तव में संभव को बाहर करने और सहज प्रक्रियाओं के प्रवाह की दिशा स्थापित करने की अनुमति देता है, साथ ही थर्मोडायनामिक में संतुलन के मानदंड भी। प्रणाली

विश्वकोश YouTube

1 / 5

हीट इंजीनियरिंग की मूल बातें। ऊष्मप्रवैगिकी का दूसरा नियम। एन्ट्रॉपी। नर्नस्ट का प्रमेय।

थर्मोडायनामिक्स के पहले और दूसरे नियम

भौतिकी। थर्मोडायनामिक्स: थर्मोडायनामिक्स का पहला नियम। फॉक्सफोर्ड ऑनलाइन लर्निंग सेंटर

व्याख्यान 5. उष्मागतिकी का द्वितीय नियम। एन्ट्रॉपी। रासायनिक संतुलन

ऊष्मागतिकी का प्रथम नियम। आंतरिक ऊर्जा

उपशीर्षक

कहानी

ऊष्मप्रवैगिकी का दूसरा नियम ऊष्मा इंजनों के कार्य सिद्धांत के रूप में उत्पन्न हुआ, जो उन परिस्थितियों को स्थापित करता है जिनके तहत ऊष्मा का कार्य में रूपांतरण होता है अधिकतम प्रभाव. ऊष्मप्रवैगिकी के दूसरे नियम के विश्लेषण से पता चलता है कि इस प्रभाव का छोटा मूल्य प्रदर्शन का गुणांक (COP) ऊष्मा इंजनों की तकनीकी अपूर्णता के कारण नहीं, बल्कि ऊर्जा हस्तांतरण की एक विधि के रूप में ऊष्मा की ख़ासियत के कारण होता है, जो इसके परिमाण पर प्रतिबंध लगाता है। प्रथम सैद्धांतिक अध्ययनऊष्मा इंजन का कार्य फ्रांसीसी इंजीनियर साडी कार्नोट द्वारा किया गया था। वह इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि ऊष्मा इंजनों की दक्षता थर्मोडायनामिक चक्र और कार्यशील द्रव की प्रकृति पर निर्भर नहीं करती है, बल्कि बाहरी स्रोतों - हीटर और रेफ्रिजरेटर के आधार पर पूरी तरह से निर्धारित होती है। कार्नोट का कार्य ऊष्मा और कार्य की तुल्यता के सिद्धांत की खोज और ऊर्जा के संरक्षण के नियम की सार्वभौमिक मान्यता से पहले लिखा गया था। कार्नोट ने अपने निष्कर्षों को दो विरोधाभासी नींवों पर आधारित किया: कैलोरी सिद्धांत, जिसे जल्द ही त्याग दिया गया था, और हाइड्रोलिक सादृश्य। कुछ समय बाद, आर. क्लॉसियस और डब्ल्यू. थॉमसन-केल्विन ने ऊर्जा के संरक्षण के नियम के साथ कार्नोट के प्रमेय पर सहमति व्यक्त की और इस बात की नींव रखी कि अब ऊष्मागतिकी के दूसरे नियम की सामग्री क्या है।

कार्नोट के प्रमेय की पुष्टि करने और दूसरे कानून के निर्माण के लिए, एक नया अभिधारणा पेश करना आवश्यक था।

ऊष्मप्रवैगिकी के दूसरे नियम के अभिधारणा का सबसे सामान्य सूत्रीकरण

क्लॉसियस की अभिधारणा (1850):

एक ठंडे शरीर से एक गर्म शरीर में गर्मी अनायास स्थानांतरित नहीं हो सकती है।.

एम. प्लैंक द्वारा प्रतिपादित थॉमसन-केल्विन की अभिधारणा (1852):

समय-समय पर चलने वाली मशीन बनाना असंभव है, जिसकी पूरी गतिविधि वजन उठाने और गर्मी जलाशय को ठंडा करने के लिए कम हो जाती है।

मशीन के संचालन की आवृत्ति का एक संकेत आवश्यक है, क्योंकि यह संभव है गैर-परिपत्र प्रक्रिया, जिसका एकमात्र परिणाम थर्मल जलाशय से प्राप्त आंतरिक ऊर्जा के कारण काम की प्राप्ति होगी। यह प्रक्रिया थॉमसन-केल्विन अभिधारणा का खंडन नहीं करती है, क्योंकि प्रक्रिया गैर-गोलाकार है और इसलिए, मशीन समय-समय पर काम नहीं कर रही है। संक्षेप में, थॉमसन का अभिधारणा दूसरी तरह की एक सतत गति मशीन बनाने की असंभवता की बात करता है, जो एक अटूट स्रोत से गर्मी लेते हुए लगातार काम करने में सक्षम है। दूसरे शब्दों में, एक हीट इंजन को लागू करना असंभव है, जिसका एकमात्र परिणाम बिना मुआवजे के काम में गर्मी का रूपांतरण होगा, अर्थात, गर्मी के हिस्से को अन्य निकायों में स्थानांतरित किए बिना और इस प्रकार, काम के लिए अपरिवर्तनीय रूप से खो जाना .

यह साबित करना आसान है कि क्लॉसियस और थॉमसन के अभिधारणा समतुल्य हैं। सबूत इसके विपरीत से आता है।

मान लें कि क्लॉसियस का अभिधारणा पूरा नहीं हुआ है। एक ऊष्मा इंजन पर विचार करें जिसके काम करने वाले पदार्थ को चक्र के दौरान एक गर्म स्रोत से ऊष्मा की मात्रा प्राप्त होती है Q 1 (\displaystyle Q_(1)), ठंडे स्रोत को ऊष्मा की मात्रा और उत्पादित कार्य दिया। चूंकि, धारणा के अनुसार, क्लॉसियस का अभिधारणा सत्य नहीं है, हम गर्मजोशी से कर सकते हैं क्यू 2 (\displaystyle Q_(2))पर्यावरण में बदलाव के बिना गर्म पानी के झरने में लौटना। नतीजतन, ठंडे स्रोत की स्थिति नहीं बदली, गर्म स्रोत ने काम करने वाले पदार्थ को गर्मी की मात्रा दी क्यू 2 - क्यू 1 (\displaystyle Q_(2)-Q_(1))और इस गर्मी के कारण मशीन ने काम किया ए = क्यू 1 - क्यू 2 (\displaystyle A=Q_(1)-Q_(2)), जो थॉमसन की अभिधारणा का खंडन करता है।

क्लॉसियस और थॉमसन-केल्विन के अभिधारणाओं को किसी भी घटना की संभावना से इनकार के रूप में तैयार किया गया है, अर्थात। जैसा कि निषेध निर्धारित करता है। निषेध के पद एंट्रोपी के अस्तित्व के सिद्धांत की पुष्टि के लिए सामग्री और आधुनिक आवश्यकताओं के अनुरूप नहीं हैं और एन्ट्रापी बढ़ाने के सिद्धांत को प्रमाणित करने के कार्य को पूरी तरह से संतुष्ट नहीं करते हैं, क्योंकि उनमें एक निश्चित दिशा का संकेत होना चाहिए। प्रकृति में देखी गई अपरिवर्तनीय घटनाओं का, और उनके विपरीत प्रवाह की संभावना से इनकार नहीं।

• प्लैंक की अभिधारणा (1926):

घर्षण द्वारा ऊष्मा उत्पन्न करना अपरिवर्तनीय है।

प्लांक की अभिधारणा, उष्मा के कार्य में पूर्ण परिवर्तन की संभावना को नकारने के साथ-साथ कार्य के ऊष्मा में पूर्ण परिवर्तन की संभावना के बारे में एक अभिकथन शामिल है।

शास्त्रीय ऊष्मप्रवैगिकी के दूसरे नियम का आधुनिक सूत्रीकरण।

ऊष्मप्रवैगिकी का दूसरा नियम यह दावा है कि किसी भी संतुलन प्रणाली का एक निश्चित राज्य कार्य होता है - एन्ट्रापी और पृथक और एडियाबेटिक रूप से पृथक प्रणालियों में किसी भी प्रक्रिया में इसकी गैर-घटती।

दूसरे शब्दों में, ऊष्मप्रवैगिकी का दूसरा नियम है अस्तित्व का एकीकृत सिद्धांत और एन्ट्रापी की वृद्धि.

एन्ट्रापी के अस्तित्व का सिद्धांतनिकायों की स्थिति (थर्मोडायनामिक सिस्टम) के एक निश्चित कार्य के अस्तित्व के बारे में शास्त्रीय ऊष्मप्रवैगिकी के दूसरे नियम का बयान है एन्ट्रापी एस (\ डिस्प्लेस्टाइल एस), जिसका अंतर है पूर्ण अंतर डी एस (\displaystyle डीएस), और इसे प्रतिवर्ती प्रक्रियाओं में बाहर से आपूर्ति की गई गर्मी की प्राथमिक मात्रा के अनुपात के रूप में परिभाषित किया गया है δ क्यू रेव ∗ (\displaystyle \delta Q_(\text(rev))^(*))शरीर के पूर्ण तापमान (प्रणाली) के लिए टी (\ डिस्प्लेस्टाइल टी):

डी एस रेव = δ क्यू रेव ∗ टी (\displaystyle dS_(\text(rev))=(\frac (\delta Q_(\text(rev))^(*))(T)))

एन्ट्रापी बढ़ाने का सिद्धांतअपने राज्य को बदलने की सभी वास्तविक प्रक्रियाओं में पृथक प्रणालियों के एन्ट्रॉपी में निरंतर वृद्धि के बारे में शास्त्रीय थर्मोडायनामिक्स के दूसरे कानून का बयान है। (पृथक प्रणालियों की स्थिति को बदलने की प्रतिवर्ती प्रक्रियाओं में, उनकी एन्ट्रापी नहीं बदलती है)।

डी एस पृथक ≥ 0 (\displaystyle dS_(\text(पृथक))\geq 0)

शास्त्रीय ऊष्मप्रवैगिकी के दूसरे नियम की गणितीय अभिव्यक्ति:

डी एस = δ क्यू ∗ टी ≥ 0 (\displaystyle डीएस=(\frac (\delta Q^(*))(T))\geq 0)

एन्ट्रापी की सांख्यिकीय परिभाषा

सांख्यिकीय भौतिकी में, एन्ट्रॉपी (एस) (\ डिस्प्लेस्टाइल (एस))थर्मोडायनामिक प्रणाली को संभाव्यता के कार्य के रूप में माना जाता है (डब्ल्यू) (\ डिस्प्लेस्टाइल (डब्ल्यू))इसकी स्थिति ("बोल्ट्ज़मैन सिद्धांत")।

S = k l n W , (\displaystyle S=klnW,)

कहाँ पे k (\displaystyle k)बोल्ट्जमान स्थिरांक, डब्ल्यू (\ डिस्प्लेस्टाइल डब्ल्यू)एक राज्य की थर्मोडायनामिक संभावना, जो किसी दिए गए मैक्रोस्टेट को साकार करने वाले माइक्रोस्टेट की संख्या से निर्धारित होती है।

ऊष्मप्रवैगिकी के दूसरे नियम की पुष्टि के तरीके।

आर क्लॉसियस विधि

दूसरे नियम के अपने औचित्य में, क्लॉसियस ने दो यांत्रिक रूप से युग्मित प्रतिवर्ती ताप इंजनों की वृत्ताकार प्रक्रियाओं की पड़ताल की, जो एक आदर्श गैस को एक कार्यशील तरल पदार्थ के रूप में उपयोग करते हैं, आदर्श गैसों के लिए कार्नोट के प्रमेय (एक प्रतिवर्ती कार्नोट चक्र की दक्षता की अभिव्यक्ति) को साबित करते हैं। η = 1 - टी 2 टी 1 (\displaystyle \eta =1-(\frac (T_(2))(T_(1)))), और फिर क्लॉसियस इंटीग्रल नामक एक प्रमेय तैयार करता है:

⁡ δ क्यू टी = 0 (\displaystyle \oint (\frac (\delta Q)(T))=0)

चूँकि वृत्ताकार समाकल शून्य के बराबर होता है, इसलिए इसका समाकलन किसी राज्य फलन . का कुल अंतर होता है एस (\ डिस्प्लेस्टाइल एस), और निम्नलिखित समानता प्रतिवर्ती प्रक्रियाओं के लिए एन्ट्रापी के अस्तित्व के सिद्धांत की गणितीय अभिव्यक्ति है:

डी एस = δ क्यू टी (\displaystyle डीएस=(\frac (\delta Q)(T)))

इसके अलावा, क्लॉसियस प्रतिवर्ती और अपरिवर्तनीय मशीनों की दक्षता की असमानता को साबित करता है और अंततः, इस निष्कर्ष पर पहुंचता है कि पृथक प्रणालियों की एन्ट्रापी कम नहीं होती है: क्लॉसियस का उपयोग करके थर्मोडायनामिक्स के दूसरे कानून के निर्माण के संबंध में कई आपत्तियां और टिप्पणियां की गई थीं। तरीका। यहाँ उनमें से कुछ हैं:

1. एन्ट्रापी क्लॉसियस के अस्तित्व के सिद्धांत का निर्माण आदर्श गैसों के लिए प्रतिवर्ती कार्नोट चक्र की दक्षता की अभिव्यक्ति के साथ शुरू होता है, और फिर इसे सभी प्रतिवर्ती चक्रों तक विस्तारित करता है। इस प्रकार, क्लॉसियस क्लैपेरॉन समीकरण का पालन करते हुए आदर्श गैसों के अस्तित्व की संभावना को स्पष्ट रूप से बताता है पी वी = आर टी (\displaystyle पीवी=आरटी)और जूल का नियम u = u (t) (\displaystyle u=u(t)) .

2. कार्नोट प्रमेय का औचित्य गलत है, क्योंकि अनावश्यक स्थितिएक अधिक उत्तम प्रतिवर्ती मशीन को हमेशा एक ताप इंजन की भूमिका सौंपी जाती है। हालाँकि, यदि हम स्वीकार करते हैं कि एक प्रशीतन मशीन एक अधिक उत्तम मशीन है, और क्लॉसियस के अभिधारणा के बजाय, हम विपरीत कथन को स्वीकार करते हैं कि गर्मी एक गर्म शरीर से एक ठंडे शरीर में स्वतः स्थानांतरित नहीं हो सकती है, तो कार्नोट का प्रमेय भी उसी में सिद्ध होगा मार्ग। इस प्रकार, निष्कर्ष स्वयं बताता है कि एन्ट्रापी के अस्तित्व का सिद्धांत सहज प्रक्रियाओं के प्रवाह की दिशा पर निर्भर नहीं करता है, और अपरिवर्तनीयता की अभिधारणा एन्ट्रापी के अस्तित्व को साबित करने का आधार नहीं हो सकती है।

3. निषेध के एक अभिधारणा के रूप में क्लॉसियस का अभिधारणा एक स्पष्ट कथन नहीं है जो प्रकृति में देखी गई अपरिवर्तनीय घटनाओं के प्रवाह की दिशा की विशेषता है, विशेष रूप से, एक गर्म शरीर से एक ठंडे शरीर में गर्मी के सहज हस्तांतरण के बारे में एक बयान, क्योंकि अभिव्यक्ति पार नहीं कर सकताअभिव्यक्ति के बराबर नहीं है गुजरता.

4. अपरिवर्तनीयता के सिद्धांत की संभाव्य प्रकृति और 1951 में खोज के बारे में सांख्यिकीय भौतिकी के निष्कर्ष। असामान्य (क्वांटम) सिस्टम के साथ नकारात्मक निरपेक्ष तापमान,जिसमें सहज गर्मी हस्तांतरण की विपरीत दिशा होती है, गर्मी पूरी तरह से काम में बदल सकती है, और काम पूरी तरह से (मुआवजे के बिना) गर्मी में नहीं बदल सकता है, क्लॉसियस, थॉमसन - केल्विन और प्लैंक के मूल सिद्धांतों को पूरी तरह से खारिज कर दिया, और गंभीर प्रतिबंध लगा दिए। दूसरों पर।

शिलर-कैराथियोडोरी विधि

20 वीं शताब्दी में, एन। शिलर, के। कैराथेओडोरी, टी। अफानसेवा - एरेनफेस्ट, ए। गुखमन और एन.आई. के कार्यों के लिए धन्यवाद। बेलोकॉन, ऊष्मागतिकी के दूसरे नियम की पुष्टि करने में एक नई स्वयंसिद्ध दिशा दिखाई दी। यह पता चला कि प्रकृति में देखी गई वास्तविक प्रक्रियाओं की दिशा की परवाह किए बिना एन्ट्रापी के अस्तित्व के सिद्धांत की पुष्टि की जा सकती है, अर्थात। अपरिवर्तनीयता के सिद्धांत से, और निरपेक्ष तापमान और एन्ट्रापी को निर्धारित करने के लिए, जैसा कि हेल्महोल्ट्ज़ ने उल्लेख किया है, न तो परिपत्र प्रक्रियाओं पर विचार किया जाता है और न ही आदर्श गैसों के अस्तित्व की धारणा की आवश्यकता होती है। 1909 में, एक प्रमुख जर्मन गणितज्ञ, कॉन्स्टेंटिन कैराथेओडोरी ने एक काम प्रकाशित किया जिसमें उन्होंने एन्ट्रापी के अस्तित्व के सिद्धांत की पुष्टि वास्तविक थर्मोडायनामिक प्रणालियों की अवस्थाओं के अध्ययन के परिणामस्वरूप नहीं की, बल्कि इसके लिए अभिव्यक्तियों के गणितीय विचार के आधार पर की। विभेदक बहुपद (Pfaff रूपों) के रूप में प्रतिवर्ती गर्मी हस्तांतरण। इससे पहले भी, सदी के मोड़ पर, एन. शिलर इसी तरह के निर्माण में आए थे, लेकिन उनके काम पर तब तक ध्यान नहीं दिया गया जब तक कि टी. अफानासेवा-एरेनफेस्ट ने 1928 में उन पर ध्यान नहीं दिया।

कैराथियोडोरी का अभिधारणा (एडियाबेटिक अप्राप्यता का अभिधारणा)।

प्रणाली की प्रत्येक संतुलन अवस्था के पास, इसकी अवस्थाएँ संभव हैं जिन्हें प्रतिवर्ती रुद्धोष्म प्रक्रिया का उपयोग करके प्राप्त नहीं किया जा सकता है।

कैराथियोडोरी के प्रमेय में कहा गया है कि यदि Pfaff अंतर बहुपद में संपत्ति है कि कुछ बिंदु की मनमानी निकटता में अन्य बिंदु हैं जो पथ के साथ लगातार आंदोलनों से अप्राप्य हैं, तो इस बहुपद और समीकरणों के एकीकृत विभाजक हैं ∑ X i d x i = 0 (\displaystyle \sum X_(i)dx_(i)=0).

एम. प्लैंक कैराथियोडोरी पद्धति के आलोचक थे। कैराथेओडोरी का अभिधारणा, उनकी राय में, स्पष्ट और स्पष्ट स्वयंसिद्धों में से नहीं है: "इसमें निहित कथन आम तौर पर प्राकृतिक प्रक्रियाओं पर लागू नहीं होता है ...। किसी भी राज्य के सभी आसन्न राज्यों में रुद्धोष्म तरीके से पहुंचने के लक्ष्य के साथ किसी ने भी प्रयोग स्थापित नहीं किया है। प्लैंक कैराथेओडोरी प्रणाली का विरोध करता है, जो कि अपनी प्रणाली पर आधारित है: "घर्षण के माध्यम से गर्मी का निर्माण अपरिवर्तनीय है", जो उनकी राय में, ऊष्मागतिकी के दूसरे नियम की सामग्री को समाप्त कर देता है। इस बीच, कैराथियोडोरी पद्धति को टी. अफानासेवा-एरेनफेस्ट "अपरिवर्तनीयता, एकतरफाता और उष्मागतिकी का दूसरा नियम" (1928) के काम में अत्यधिक सराहना मिली। अपने उल्लेखनीय लेख में, Afanasyeva-Ehrenfest कई महत्वपूर्ण निष्कर्षों पर आया, विशेष रूप से:

1. दूसरे नियम की मुख्य सामग्री यह है कि ऊष्मा की प्राथमिक मात्रा δ क्यू (\displaystyle \delta Q), जिसे सिस्टम एक अर्ध-प्रणालीगत प्रक्रिया में आदान-प्रदान करता है, के रूप में दर्शाया जा सकता है टी डी एस (\displaystyle टीडीएस), कहाँ पे टी = एफ (टी) (\displaystyle टी=एफ(टी))तापमान का सार्वभौमिक कार्य, जिसे निरपेक्ष तापमान कहा जाता है, और (एस) (\ डिस्प्लेस्टाइल (एस))सिस्टम की स्थिति के मापदंडों का एक कार्य, जिसे एन्ट्रापी कहा जाता है। जाहिर है अभिव्यक्ति δ क्यू = टी डी एस (\displaystyle \डेल्टा क्यू=टीडीएस)अर्थ है एन्ट्रापी के अस्तित्व का सिद्धांत.

2. गैर-संतुलन प्रक्रियाओं और संतुलन प्रक्रियाओं के बीच मूलभूत अंतर यह है कि तापमान क्षेत्र की गैर-एकरूपता की शर्तों के तहत, पर्यावरण के साथ गर्मी विनिमय के बिना एक अलग एन्ट्रापी के साथ एक राज्य में सिस्टम का संक्रमण संभव है। (इस प्रक्रिया को बाद में एन.आई. बेलोकॉन के कार्यों में "आंतरिक गर्मी हस्तांतरण" या काम कर रहे तरल पदार्थ का गर्मी हस्तांतरण कहा जाता था।) एक पृथक प्रणाली में गैर-संतुलन प्रक्रिया का एक परिणाम इसकी एकतरफाता है।

3. एन्ट्रापी में एकतरफा परिवर्तन या तो इसकी स्थिर वृद्धि या इसकी स्थिर कमी के समान ही बोधगम्य है। भौतिक पूर्वापेक्षाएँ - जैसे कि रुद्धोष्म अप्राप्यता और वास्तविक प्रक्रियाओं की अपरिवर्तनीयता, सहज प्रक्रियाओं के प्रवाह की प्रमुख दिशा के संबंध में कोई आवश्यकता व्यक्त नहीं करती है।

4. वास्तविक प्रक्रियाओं के लिए प्रयोगात्मक डेटा के साथ प्राप्त निष्कर्षों के सामंजस्य के लिए, एक अभिधारणा को अपनाना आवश्यक है, जिसका दायरा इन आंकड़ों की प्रयोज्यता की सीमा से निर्धारित होता है। यह अभिधारणा सिद्धांत है एन्ट्रापी वृद्धि.

ए। गुखमैन, कैराथेओडोरी के काम का मूल्यांकन करते हुए, मानते हैं कि यह "गणितीय शब्दों में औपचारिक तार्किक कठोरता और पूर्णता द्वारा प्रतिष्ठित है ... साथ ही, सबसे बड़ी व्यापकता प्राप्त करने के प्रयास में, कैराथोडोरी ने अपनी प्रणाली को ऐसा सार दिया और जटिल रूप है कि यह उस समय के अधिकांश भौतिकविदों के लिए लगभग दुर्गम निकला। रुद्धोष्म अप्राप्यता के अभिधारणा के संबंध में, गुचमैन नोट करते हैं कि, एक भौतिक सिद्धांत के रूप में, इसे उस सिद्धांत के आधार के रूप में नहीं लिया जा सकता है जिसमें सार्वभौमिक अर्थ, क्योंकि उसके पास स्वयंसिद्ध संपत्ति नहीं है। "एक सरल ... प्रणाली के संबंध में सब कुछ बेहद स्पष्ट है ... लेकिन यह स्पष्टता पूरी तरह से एक विषम प्रणाली के सामान्य मामले में खो जाती है, रासायनिक परिवर्तनों से जटिल और बाहरी क्षेत्रों के संपर्क में।" वह इस बारे में भी बात करता है कि अफानसेव-एरेनफेस्ट कितना सही था, वास्तविक प्रक्रियाओं की अपरिवर्तनीयता के विचार से जुड़ी हर चीज से एंट्रोपी के अस्तित्व की समस्या को पूरी तरह से अलग करने की आवश्यकता पर जोर देता है। ऊष्मप्रवैगिकी की नींव के निर्माण के बारे में, गुखमन का मानना ​​​​है कि "एन्ट्रापी के अस्तित्व की कोई स्वतंत्र अलग समस्या नहीं है। अन्य सभी ऊर्जा अंतःक्रियाओं के अध्ययन के अनुभव के आधार पर विकसित विचारों की एक श्रृंखला के थर्मल इंटरैक्शन के मामले में विस्तार के लिए प्रश्न कम हो गया है, और प्राथमिक मात्रा में कार्रवाई के लिए एक समीकरण वर्दी की स्थापना में परिणत होता है डी क्यू = पी डी एक्स (\displaystyle dQ=Pdx)यह एक्सट्रपलेशन विचारों की बहुत संरचना द्वारा सुझाया गया है। निस्संदेह, इसे एक बहुत ही प्रशंसनीय परिकल्पना के रूप में स्वीकार करने के लिए पर्याप्त आधार हैं, और इस प्रकार एन्ट्रापी के अस्तित्व को अभिधारणा.

एन.आई. बेलोकॉन ने अपने मोनोग्राफ "थर्मोडायनामिक्स" में ऊष्मप्रवैगिकी के दूसरे नियम को अस्तित्व के एक एकीकृत सिद्धांत और अकेले अपरिवर्तनीयता के आधार पर एन्ट्रापी की वृद्धि के रूप में प्रमाणित करने के कई प्रयासों का विस्तृत विश्लेषण दिया। उन्होंने दिखाया कि इस तरह के औचित्य के प्रयास मेल नहीं खाते अत्याधुनिकऊष्मप्रवैगिकी का विकास और इसे उचित नहीं ठहराया जा सकता है, सबसे पहले, क्योंकि एन्ट्रापी और निरपेक्ष तापमान के अस्तित्व के बारे में निष्कर्ष का प्राकृतिक घटनाओं की अपरिवर्तनीयता से कोई लेना-देना नहीं है (ये कार्य पृथक प्रणालियों की एन्ट्रापी में वृद्धि या कमी की परवाह किए बिना मौजूद हैं), और दूसरे, देखी गई अपरिवर्तनीय घटना की दिशा का संकेत ऊष्मागतिकी के दूसरे नियम की व्यापकता के स्तर को कम करता है और तीसरा, काम में गर्मी के पूर्ण रूपांतरण की असंभवता पर थॉमसन-प्लैंक का उपयोग अध्ययन के परिणामों के विपरीत है नकारात्मक निरपेक्ष तापमान वाली प्रणालियाँ, जिनमें ऊष्मा का कार्य में पूर्ण रूपांतरण किया जा सकता है, लेकिन कार्य को ऊष्मा में पूर्ण रूप से परिवर्तित करना असंभव है। निम्नलिखित टी. अफानसयेवा-एरेनफेस्ट एन.आई. बेलोकॉन का तर्क है कि सामग्री में अंतर, व्यापकता का स्तर और अस्तित्व के सिद्धांतों का दायरा और एन्ट्रापी में वृद्धि काफी स्पष्ट है:

1. एन्ट्रापी के अस्तित्व के सिद्धांत से कई महत्वपूर्ण अंतर का अनुसरण करता है समीकरणथर्मोडायनामिक्स, थर्मोडायनामिक प्रक्रियाओं के अध्ययन में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है और भौतिक गुणपदार्थ, और इसके वैज्ञानिक महत्व को शायद ही कम करके आंका जा सकता है।

2. पृथक प्रणालियों की बढ़ती एन्ट्रापी का सिद्धांत प्रकृति में देखी गई घटनाओं के अपरिवर्तनीय प्रवाह के बारे में एक बयान है। इस सिद्धांत का उपयोग भौतिक प्रक्रियाओं के प्रवाह की सबसे संभावित दिशा के बारे में निर्णय लेने में किया जाता है और रसायनिक प्रतिक्रिया, और सभी असमानताओंऊष्मप्रवैगिकी।

शिलर ए कैराथियोडोरी बेलोकॉन की विधि द्वारा एन्ट्रापी के अस्तित्व के सिद्धांत की पुष्टि के बारे में नोट करता है कि इस पद्धति द्वारा अस्तित्व के सिद्धांत के निर्माण में, के एकीकृत विभाजकों के अस्तित्व के लिए शर्तों पर कैराथोडोरी प्रमेय का उपयोग करना नितांत आवश्यक है। विभेदक बहुपद δ Q = ∑ X i d x i = d Z , (\displaystyle \delta Q=\sum X_(i)dx_(i)=\tau dZ,)हालाँकि, इस प्रमेय का उपयोग करने की आवश्यकता को "बहुत शर्मनाक माना जाना चाहिए, क्योंकि विचाराधीन प्रकार के विभेदक बहुपदों का सामान्य सिद्धांत (Pfaff रूपों) कुछ कठिनाइयों को प्रस्तुत करता है और केवल उच्च गणित पर विशेष कार्यों में प्रस्तुत किया जाता है।" अधिकांश ऊष्मप्रवैगिकी पाठ्यक्रमों में, कैराथोडोरी प्रमेय बिना प्रमाण के दिया जाता है, या प्रमाण एक गैर-कठोर, सरलीकृत रूप में दिया जाता है। .

K. Carathéodory, N.I की योजना के अनुसार संतुलन प्रणालियों के एन्ट्रापी के अस्तित्व के सिद्धांत के निर्माण का विश्लेषण करना। बेलोकॉन तापमान को एक साथ चालू करने की संभावना के बारे में पूरी तरह से अनुचित धारणा के उपयोग पर ध्यान आकर्षित करता है टी (\ डिस्प्लेस्टाइल टी)और ─ संतुलन प्रणाली के स्वतंत्र राज्य चर की संरचना में कार्य करता है और इस निष्कर्ष पर पहुंचता है कि कि कैराथेओडोरी की अभिधारणा, विभेदक बहुपदों के समाकलन भाजक के अस्तित्व के लिए सामान्य परिस्थितियों के समूह के बराबर है X i d x i (\displaystyle \sum X_(i)dx_(i)), लेकिन नाकाफीअस्तित्व स्थापित करने के लिएप्राथमिक एकीकृत विभक्त (टी) = टी (\displaystyle \ताऊ (टी)=टी), यानी औचित्य साबित करने के लिए निरपेक्ष तापमान और एन्ट्रापी के अस्तित्व का सिद्धांत . इसके अलावा, वे कहते हैं: "यह बिल्कुल स्पष्ट है कि कैराथेओडोरी प्रमेय के आधार पर पूर्ण तापमान और एन्ट्रॉपी के अस्तित्व के सिद्धांत के निर्माण में, इस तरह के एक अभिधारणा का उपयोग किया जाना चाहिए, जो कि असंगति पर प्रमेय के बराबर होगा। एडियाबैट और इज़ोटेर्म ... " इन सही निर्माणों में, अभिधारणा पूरी तरह से बेमानी कैराथोडोरी बन जाती है, क्योंकि यह अभिधारणा एडियाबैट और इज़ोटेर्म की असंगति पर आवश्यक प्रमेय का एक विशेष परिणाम है।

विधि एन.आई. बेलोकोनी

औचित्य में एन.आई. की विधि के अनुसार। बेलोकॉन, ऊष्मागतिकी का दूसरा नियम दो सिद्धांतों (कानूनों) में विभाजित है:

1. पूर्ण तापमान और एन्ट्रापी के अस्तित्व का सिद्धांत ( थर्मोस्टेटिक की दूसरी शुरुआत).

2. एन्ट्रापी बढ़ाने का सिद्धांत ( ऊष्मप्रवैगिकी का दूसरा नियम).

इनमें से प्रत्येक सिद्धांत को स्वतंत्र अभिधारणाओं के आधार पर प्रमाणित किया गया था।

• थर्मोस्टैटिक्स (बेलोकॉन) के दूसरे नियम का अभिधारणा।

तापमान ही एकमात्र अवस्था फलन है जो स्वतःस्फूर्त ऊष्मा अंतरण की दिशा निर्धारित करता है, अर्थात। निकायों और निकायों के तत्वों के बीच जो थर्मल संतुलन में नहीं हैं, एक साथ सहज (संतुलन के अनुसार) विपरीत दिशाओं में गर्मी का हस्तांतरण असंभव है - उन निकायों से जो अधिक गर्म होते हैं और कम गर्म होते हैं और इसके विपरीत। .

ऊष्मातापी के द्वितीय नियम की अभिधारणा है कार्य-कारण की एक विशेष अभिव्यक्ति और प्रकृति के नियमों की अस्पष्टता . उदाहरण के लिए, यदि कोई कारण है जिसके कारण, किसी दिए गए सिस्टम में, गर्मी एक गर्म शरीर से कम गर्म शरीर में जाती है, तो यही कारण विपरीत दिशा में गर्मी के हस्तांतरण को रोक देगा और इसके विपरीत। अपरिवर्तनीय घटना की दिशा के संबंध में यह अभिधारणा पूरी तरह से सममित है, क्योंकि इसमें हमारी दुनिया में अपरिवर्तनीय घटनाओं की देखी गई दिशा का कोई संकेत नहीं है - सकारात्मक पूर्ण तापमान की दुनिया।

थर्मोस्टैटिक्स के दूसरे नियम के परिणाम:

कोरोलरी I. असंभव समकालिक(सकारात्मक या नकारात्मक निरपेक्ष तापमान की एक ही स्थान-समय प्रणाली के भीतर) गर्मी के पूर्ण परिवर्तन को काम में और काम को गर्मी में लागू करना।

कोरोलरी II। (एडियाबैट और इज़ोटेर्म की असंगति का प्रमेय)। एक संतुलन थर्मोडायनामिक प्रणाली के एक इज़ोटेर्म पर एक ही प्रणाली के दो अलग-अलग एडियाबैट्स को पार करते हुए, गर्मी हस्तांतरण शून्य नहीं हो सकता है।

कोरोलरी III (पिंडों के तापीय संतुलन का प्रमेय)। दो ऊष्मीय रूप से युग्मित पिंडों की संतुलन परिपत्र प्रक्रियाओं में (t I = t I I) (\displaystyle (t_(I)=t_(I)I))रुद्धोष्म रूप से पृथक प्रणाली का निर्माण करते हुए, दोनों निकाय एक साथ अपने मूल रुद्धोष्म और अपनी मूल अवस्था में लौट आते हैं।

थर्मोस्टैट्स के दूसरे नियम के अभिधारणा के परिणामों के आधार पर, एन.आई. बेलोकॉन ने प्रतिवर्ती और अपरिवर्तनीय प्रक्रियाओं के लिए निरपेक्ष तापमान और एन्ट्रापी के अस्तित्व के सिद्धांत के निर्माण का प्रस्ताव रखा δ क्यू = δ क्यू ∗ + क्यू ∗ टी डी एस (\displaystyle \delta Q=\delta Q^(*)+Q^(**)TdS)

• ऊष्मप्रवैगिकी के दूसरे नियम का अभिधारणा (एंट्रॉपी वृद्धि का सिद्धांत)।

ऊष्मप्रवैगिकी के दूसरे नियम का अभिधारणा एक बयान के रूप में प्रस्तावित है जो सकारात्मक निरपेक्ष तापमान की हमारी दुनिया में एक विशिष्ट घटना की दिशा निर्धारित करता है:

घर्षण या विद्युत ताप द्वारा कार्य को सीधे और पूरी तरह से ऊष्मा में परिवर्तित किया जा सकता है।

कोरोलरी I. गर्मी को पूरी तरह से काम में नहीं बदला जा सकता है।(बहिष्कृत Perpetuum मोबाइल II जीनस का सिद्धांत):

η < 1 {\displaystyle \eta <1}

.

कोरोलरी II। बाहरी स्रोतों के दिए गए तापमान पर किसी भी अपरिवर्तनीय ताप इंजन (क्रमशः इंजन या रेफ्रिजरेटर) की दक्षता या शीतलन क्षमता समान स्रोतों के बीच चलने वाली प्रतिवर्ती मशीनों की दक्षता या शीतलन क्षमता से हमेशा कम होती है।

वास्तविक ताप इंजनों की दक्षता और शीतलन क्षमता में कमी प्रक्रियाओं के संतुलन प्रवाह के उल्लंघन से जुड़ी है (गर्मी स्रोतों और काम कर रहे तरल पदार्थ के बीच तापमान अंतर के कारण गैर-संतुलन गर्मी हस्तांतरण) और गर्मी में काम का अपरिवर्तनीय रूपांतरण (घर्षण हानि और आंतरिक प्रतिरोध)।

थर्मोस्टैटिक्स के दूसरे नियम के इस कोरोलरी और कोरोलरी I से सीधे तौर पर I और II प्रकार के Perpetuum मोबाइल को साकार करने की असंभवता का अनुसरण करता है। ऊष्मप्रवैगिकी के दूसरे नियम के अभिधारणा के आधार पर, शास्त्रीय उष्मागतिकी के दूसरे नियम की गणितीय अभिव्यक्ति को एंट्रोपी के अस्तित्व और वृद्धि के एक एकीकृत सिद्धांत के रूप में प्रमाणित किया जा सकता है:

डी एस δ क्यू ∗ टी (\displaystyle डीएस\geq (\frac (\delta Q^(*))(T)))