परिचय (Introduction)

• उष्मागतिकी: ऊर्जा के रूप में उष्मा का संचरण, दाब, और कार्य के बीच के संबंध का अध्ययन।
• प्रमुख विषय: उष्मा के नियम, उष्मागतिकी के नियम, और उष्मा मशीनों का सिद्धांत।

उष्मागतिकी के पहले नियम (First Law of Thermodynamics)

• उष्मागतिकी का पहला नियम: ऊर्जा का संरक्षण सिद्धांत। यह बताता है कि आंतरिक्षीय ऊर्जा का परिवर्तन, उष्मा और कार्य के आदान-प्रदान के बराबर होता है।
  • समीकरण: ΔU = Q − W
  • जहां ΔU = आंतरिक्षीय ऊर्जा में परिवर्तन, Q = उष्मा, W = कार्य

उष्मागतिकी के दूसरे नियम (Second Law of Thermodynamics)

• उष्मागतिकी का दूसरा नियम: उष्मा उच्च तापमान से निम्न तापमान की ओर प्रवाहित होती है और समवाय (entropy) की मात्रा हमेशा बढ़ती है।
  • क्लॉसियस का सिद्धांत: उष्मा स्वचालित रूप से उच्च तापमान से निम्न तापमान तक नहीं प्रवाहित होती।
  • केल्विन का सिद्धांत: कोई भी मशीन पूर्णतः उष्मा ऊर्जा को कार्य में परिवर्तित नहीं कर सकती।

थर्मोडायनामिक सिस्टम (Thermodynamic Systems)

• आंतरिक ऊर्जा (Internal Energy): एक सिस्टम की आंतरिक्षीय ऊर्जा, जो उसके तापमान, दाब, और द्रव्यमान पर निर्भर करती है।
• काम (Work): उष्मागतिकी में, काम को किसी सिस्टम पर लगाए गए बल और उसकी चाल के उत्पाद के रूप में परिभाषित किया जाता है।
  • दबाव-आयतन कार्य (Pressure-Volume Work): W = PΔV

उष्मागतिकी के तीसरे नियम (Third Law of Thermodynamics)

• उष्मागतिकी का तीसरा नियम: जब तापमान शून्य के केल्विन तक पहुंचता है, तो आदर्श क्रिस्टल की आंतरिक्षीय ऊर्जा शून्य होती है।
• समवाय (Entropy): एक सिस्टम की अव्यवस्था का माप, जो प्राकृतिक प्रक्रियाओं की दिशा को दर्शाता है।

कर्लियन मशीनें (Carnot Machines)

• कर्लियन साइकिल: एक आदर्श थर्मल इंजन की कल्पना, जो दो तापमान पर काम करती है। इसका उद्देश्य अधिकतम कार्य प्राप्त करना है।
  • कर्लियन इम्प्रूवमेंट: तापीय दक्षता:
    • η = 1 − TC/TH​​
    • जहां η = दक्षता, TC​ = ठंडा तापमान, TH​ = गर्म तापमान

थर्मोडायनामिक प्रक्रिया (Thermodynamic Processes)

• इसोथर्मल प्रक्रिया (Isothermal Process): तापमान स्थिर रहता है।
• एडिएबेटिक प्रक्रिया (Adiabatic Process): उष्मा का आदान-प्रदान नहीं होता।
• इसोबेरिक प्रक्रिया (Isobaric Process): दबाव स्थिर रहता है।
• इसोकोरिक प्रक्रिया (Isochoric Process): आयतन स्थिर रहता है।

वास्तविक और आदर्श गैसें (Real and Ideal Gases)

• आदर्श गैस: एक काल्पनिक गैस, जो गैस के नियमों का पालन करती है और जिसमें अणुओं के बीच कोई आकर्षण या प्रतिकर्षण बल नहीं होते।
  • आदर्श गैस का समीकरण: PV = nRT
• वास्तविक गैसें: आदर्श गैस के नियमों का पूर्ण रूप से पालन नहीं करतीं।
  • वान डेर वाल्स का समीकरण: ( P + a/V² ) (V−b) = nRT

महत्वपूर्ण परिभाषाएँ (Important Definitions)

1. उष्मागतिकी का पहला नियम (First Law of Thermodynamics): ऊर्जा का संरक्षण सिद्धांत।
2. उष्मागतिकी का दूसरा नियम (Second Law of Thermodynamics): उष्मा की प्रवाह दिशा और समवाय की वृद्धि।
3. उष्मागतिकी का तीसरा नियम (Third Law of Thermodynamics): शून्य केल्विन पर आदर्श क्रिस्टल की आंतरिक्षीय ऊर्जा शून्य होती है।
4. कर्लियन साइकिल (Carnot Cycle): आदर्श थर्मल इंजन की कल्पना।
5. आदर्श गैस (Ideal Gas): कोई आकर्षण या प्रतिकर्षण बल के बिना गैस।