Thermodynamics:
வெப்பம், ஆற்றல் மற்றும் பிரபஞ்சத்தின் அறிவியல் ஆகும். எளிமையான குளிர்சாதனப் பெட்டியில் இருந்து மிகவும் சிக்கலான விண்மீன் திரள்கள் வரை, ஆற்றல் எவ்வாறு செயல்படுகிறது என்பதைப் புரிந்துகொள்வதில் வெப்ப இயக்கவியல் முக்கிய பங்கு வகிக்கிறது. இந்தக் கட்டுரையில், laws of thermodynamics ன் அடிப்படைகளை எளிதில் புரிந்துகொள்ளக்கூடிய கருத்துகளாக உடைப்போம், நமது பிரபஞ்சத்தை நிர்வகிக்கும் அடிப்படை விதிகளை ஆராய்வோம்.
1. Zeroth law
இரண்டு பொருள்கள் ஒவ்வொன்றும் மூன்றாவது பொருளுடன் வெப்ப சமநிலையில் இருந்தால், அவை ஒன்றோடொன்று வெப்ப சமநிலையில் இருக்கும்.
விளக்கம்:
இந்த சட்டம் வெப்பநிலை என்ற கருத்தை அறிமுகப்படுத்துகிறது. தொடும்போது இரண்டு விஷயங்கள் ஒரே “சூடு” அல்லது “குளிர்ச்சி” என உணர்ந்தால், அவை ஒரே வெப்பநிலையில் இருக்கும்.
எடுத்துக்காட்டு:
மூன்று கப் தண்ணீரை கற்பனை செய்து பாருங்கள் கோப்பை A, கோப்பை B, மற்றும் கோப்பை C. நீங்கள் ஒரு தெர்மோமீட்டரை கோப்பை A மற்றும் கோப்பை C இல் வைத்தால், அவை இரண்டும் 25 ° C ஆக இருந்தால், அவை வெப்ப சமநிலையில் இருக்கும்.
நீங்கள் அதில் ஒன்றை சூடுபடுத்தி அதன் வெப்பநிலையில் மாற்றம் ஏற்படுத்தினாலும் சிறிதுநேரம் கழித்து அந்த கோப்பையின் வெப்பநிலை மீண்டும் 25°கக்கே வந்துவிடும்.
கோப்பை B யும் அதே தெர்மாமீட்டரில் 25°C ஐப் படித்தால், A மற்றும் B கோப்பைகள் ஒரே வெப்பநிலையில் இருக்கும், நீங்கள் அவற்றை நேரடியாக ஒப்பிட்டுப் பார்க்காவிட்டாலும் கூட. வெப்பநிலை ஒரு உலகளாவிய சொத்து.
வெப்பநிலையை ஒப்பிடுவதற்கு தெர்மோமீட்டர்களைப் பயன்படுத்த இந்தச் சட்டம் நம்மை அனுமதிக்கிறது.
2. First law
ஆற்றலை உருவாக்கவோ அழிக்கவோ முடியாது; அது வடிவங்களை மட்டுமே மாற்ற முடியும் ஆற்றலைப் பாதுகாத்தல்.
சூத்திரம்:
ΔU = Q – W (உள் ஆற்றலில் மாற்றம் = வெப்பம் சேர்க்கப்பட்டது – செய்யப்படும் வேலை).
விளக்கம்:
ஒரு மூடிய அமைப்பில் ஆற்றல் நிலையானது. நீங்கள் “இலவச” ஆற்றலைப் பெற முடியாது, அது எங்கிருந்தோ வர வேண்டும்.
எடுத்துக்காட்டு:
கேம்ப்ஃபயர்: மரத்தில் உள்ள இரசாயன ஆற்றல் வெப்பமாகவும் ஒளியாகவும் மாறும்.
ஆற்றல் இழக்கப்படவில்லை – அது மறுபகிர்வு செய்யப்படுகிறது.
பணம் போன்று ஆற்றலைப் பற்றி சிந்தியுங்கள் நீங்கள் அதை நகர்த்தலாம் அல்லது மாற்றலாம், ஆனால் மொத்தத் தொகை அப்படியே இருக்கும்.
3. Second law
தனிமைப்படுத்தப்பட்ட அமைப்பின் மொத்த என்ட்ரோபி (கோளாறு அல்லது சீரற்ற தன்மை) எப்போதும் காலப்போக்கில் அதிகரிக்கிறது.
விளக்கம்:
இயற்கையான செயல்முறைகள் ஒழுங்கில் இருந்து ஒழுங்கின்மைக்கு நகர்கின்றன. அதைத் தடுக்கும் வேலையைச் செய்யாவிட்டால் ஆற்றல் பரவுகிறது.
எடுத்துக்காட்டுகள்:
பனி உருகுதல்: ஒரு ஐஸ் க்யூப் (வரிசைப்படுத்தப்பட்ட அமைப்பு) தண்ணீரில் உருகும் (ஒழுங்கற்ற மூலக்கூறுகள்). என்ட்ரோபி அதிகரிக்கிறது.
ஒரு அறையில் வாசனை திரவியம்: நீங்கள் வாசனை திரவியத்தை தெளித்தால், வாசனை மூலக்கூறுகள் அறையை நிரப்பும். அவை ஒருபோதும் தன்னிச்சையாக பாட்டில் மீண்டும் ஒன்றிணைய வாய்ப்பில்லை.
சூடான காபி கூலிங்: இரண்டும் அறை வெப்பநிலையை அடையும் வரை காபியில் இருந்து வெப்பம் குளிர்ந்த காற்றில் பாய்கிறது.
டேக்அவே: இந்தச் சட்டம் நேரத்துக்கு ஏன் ஒரு “திசை” உள்ளது என்பதை விளக்குகிறது (எ.கா., முட்டைகள் தங்களைத் துண்டித்துக் கொள்ளாது).
வெப்ப இயக்கவியலின் இரண்டாம் விதி இரண்டு முக்கிய அறிக்கைகளில் வெளிப்படுத்தப்படலாம்: கெல்வின்-பிளாங்க் அறிக்கை மற்றும் கிளாசியஸ் அறிக்கை.
ஆற்றல் பரிமாற்ற செயல்முறைகளின் வரம்புகள் மற்றும் திசையை இரண்டும் விவரிக்கின்றன.
1. கெல்வின்-பிளாங்க் அறிக்கை
அது என்ன சொல்கிறது: வேறு எந்த விளைவையும் உருவாக்காமல் (எ.கா., கழிவு வெப்பம்) ஒரு வெப்ப மூலத்திலிருந்து வெப்ப ஆற்றலை உறிஞ்சி அனைத்து வெப்பத்தையும் வேலையாக மாற்றும் ஒரு எந்திரத்தை உருவாக்குவது சாத்தியமற்றது.
எந்த இயந்திரமும் 100% திறன் கொண்டதாக இருக்க முடியாது. சில வெப்பம் எப்போதும் வீணடிக்கப்பட வேண்டும் அல்லது குளிர்ந்த இடத்திற்கு வெளியேற்றப்பட வேண்டும்.
எடுத்துக்காட்டு:
ஒரு கார் எஞ்சின் எரிபொருளை எரிப்பதில் இருந்து அனைத்து வெப்பத்தையும் இயந்திர வேலையாக மாற்ற முடியாது; சில வெப்பம் எப்போதும் சுற்றுப்புறத்திற்கு வீணடிக்கப்படுகிறது.
2. கிளாசியஸ் அறிக்கை
ஒரு அமைப்பில் வெளிப்புற வேலைகள் செய்யப்படாமல், குளிர்ந்த இடத்தில் இருந்து வெப்பமான இடத்திற்கு வெப்பம் தன்னிச்சையாகப் பாய்வது சாத்தியமில்லை.வெப்பம் இயற்கையாகவே வெப்பமான இடத்தில் இருந்து குளிர்ச்சியான இடத்திற்கு பாய்கிறது, ஆற்றல் சேர்க்கப்படாவிட்டால் (எ.கா., குளிர்சாதனப் பெட்டி அல்லது ஏர் கண்டிஷனர்) ஒரு பொருளை சுற்றுப்புரசூழலில் இருக்கும் வெப்பத்தை விட குறைக்க முடியாது.
எடுத்துக்காட்டு: குளிர்சாதனப்பெட்டியானது குளிர்ந்த உட்புறத்திலிருந்து வெப்பமான வெளிப்புறத்திற்கு வெப்பத்தை நகர்த்துகிறது, ஆனால் அவ்வாறு செய்வதற்கு மின் ஆற்றல் தேவைப்படுகிறது.
இரண்டு அறிக்கைகளுக்கு இடையே உள்ள உறவு
இரண்டு அறிக்கைகளும் சமமானவை மற்றும் ஒரே அடிப்படைக் கொள்கையை விவரிக்கின்றன: ஆற்றல் மாற்றங்கள் மாற்ற முடியாதவை மற்றும் உள்ளார்ந்த வரம்புகளைக் கொண்டுள்ளன.
Kelvin-Planck அறிக்கையானது ஒரு சரியான வெப்ப இயந்திரத்தின் சாத்தியமற்ற தன்மையில் கவனம் செலுத்துகிறது, அதே நேரத்தில் கிளாசியஸ் அறிக்கை வெப்ப ஓட்டத்தின் திசையில் கவனம் செலுத்துகிறது.
சாராம்சத்தில், இந்த அறிக்கைகள் தெர்மோடைனமிக் செயல்முறைகளில் மீளமுடியாது மற்றும் செயல்திறன் வரம்புகளை எடுத்துக்காட்டுகின்றன.
4. Third law
ஒரு அமைப்பின் வெப்பநிலை முழு பூஜ்ஜியத்தை (0 கெல்வின் அல்லது -273°C) நெருங்கும்போது, ஒரு சரியான படிகத்தின் என்ட்ரோபி பூஜ்ஜியத்தை நெருங்குகிறது.
விளக்கம்:
முழுமையான பூஜ்ஜியத்தில், துகள்கள் நகர்வதை நிறுத்துகின்றன, மேலும் அனுக்க்கள் சரியாக ஒழுங்கமைக்கப்படுகிறது. இருப்பினும், 0 K ஐ அடைவது சாத்தியமற்றது. எடுத்துக்காட்டு:
சூப்பர் கண்டக்டர்கள்: 0 K க்கு அருகில் குளிர்விக்கப்படும் போது, சில பொருட்கள் அனைத்து மின் எதிர்ப்பையும் இழக்கின்றன. (என்ட்ரோபி டிராப்ஸ்).
ஹீலியம் திரவமாக்கல்: ஹீலியம் வாயுவை ஒரு சூப்பர் ஃப்ளூயிட் நிலைக்கு குளிர்விக்க முடியும், ஆனால் கூட, விஞ்ஞானிகளால் 0 K ஐ அடைய முடியாது.
முழுமையான பூஜ்ஜியம் என்பது குளிர்ச்சிக்கான “வேக வரம்பு” போன்றது – நீங்கள் நெருங்கி வரலாம் ஆனால் அதை முழுமையாக அடைய முடியாது.
இந்த சட்டங்கள் எளிதில் நிணைவிருக்கக.
Zeroth: வெப்பநிலையை வரையறுக்கிறது.
முதல்: உங்களால் வெல்ல முடியாது ஆற்றல் சேமிக்கப்படுகிறது.
இரண்டாவது: உங்களால் உடைக்க முடியாது-என்ட்ரோபி எப்போதும் செலவாகும்.
மூன்றாவது: நீங்கள் விளையாட்டை விட்டு வெளியேற முடியாது – முழுமையான பூஜ்ஜியத்தை அடைய முடியாது.
முடிவுரை
வெப்ப இயக்கவியலுக்கான எளிமையான வழிகாட்டி உங்களிடம் இருக்கிறது. இந்த அடிப்படைக் கருத்துக்களைப் புரிந்துகொள்வதன் மூலம், உங்களைச் சுற்றியுள்ள உலகத்தைப் பற்றிய ஆழமான புரிதலைப் பெற்றுள்ளீர்கள்.
தெர்மோடைனமிக்ஸ் என்பது ஒரு அறிவியல் கோட்ப்பாடு என்பதை விட அதிகம்; பிரபஞ்சத்தின் ரகசியங்களை, சிறிய மூலக்கூறுகள் முதல் பரந்த விண்வெளி வரை திறக்க இது ஒரு திறவுகோலாகும்.
வெப்ப இயக்கவியலின் கவர்ச்சிகரமான உலகத்தை மேலும் ஆராயவும் கண்டறியவும் இந்தக் கட்டுரை உங்களைத் தூண்டியது என்று நம்புகிறோம்.