Sound, Oscillations, Heat & Thermodynamics-2[ध्वनि, दोलन, ऊष्मा और ऊष्मागतिकी -2]

Heat and thermodynamics (Heat, Temperature, Temperature scale, Thermal expansion, expansion of liquids, calorimetry, Ideal gas equation[ऊष्मा और ऊष्मागतिकी (ताप, तापमान, तापमान पैमाने, ऊष्मीय विस्तार, तरल पदार्थों का विस्तार, कैलोरीमीटर, आदर्श गैस समीकरण]

Introduction[परिचय]

Thermodynamics[ऊष्मप्रवैगिकी]

  • The word ‘thermodynamics’ is composed of two words, namely ‘Thermo’ and ‘dynamics’. ‘Thermo’ stands for heat while ‘dynamics’ is used in connection with mechanical motion which involves ‘work’ done. Thus, thermodynamics is the branch of physics which deals with process involving heat, work and internal energy.[शब्द ‘थर्मोडायनामिक्स’ दो शब्दों से बना है, जिसका नाम ‘थर्मो’ और ‘डायनामिक्स’ है। ‘थर्मो ‘का मतलब गर्मी से है जबकि’ गतिकी ‘का उपयोग यांत्रिक गति के संबंध में किया जाता है जिसमें’ काम ’शामिल होता है। इस प्रकार, ऊष्मागतिकी भौतिकी की वह शाखा है जो ऊष्मा, कार्य और आंतरिक ऊर्जा से संबंधित प्रक्रिया से संबंधित है।]
  • There are two ways of studying the behavior of the system. One is microscopic behavior which deals with the study of atoms and molecules of the substance, constituting that system. Second way is to study the macroscopic behavior.[तंत्र के व्यवहार का अध्ययन करने के दो तरीके हैं। एक सूक्ष्म व्यवहार है जो पदार्थ के परमाणुओं और अणुओं के अध्ययन से संबंधित है, जो उस प्रणाली का निर्माण करता है। दूसरा तरीका मैक्रोस्कोपिक व्यवहार का अध्ययन करना है।]
  • In this way we study the average behavior of extremely large study the average behavior of extremely large number of atoms/molecules constituting the system.[इस प्रकार हम अत्यंत बड़े अध्ययन के औसत व्यवहार का अध्ययन करते हैं और सिस्टम का गठन करने वाले परमाणुओं / अणुओं की औसत संख्या का औसत व्यवहार करते हैं।]
  • In thermodynamics we deal with quantities like temperature, pressure, volume, internal energy, etc. These quantities, actually, describe the average behaviorof a large number of atoms/molecules or the pressure exerted by a few molecules. Instead we talk about temperature of pressure of a gas which contains a large number of molecules. Thus, thermodynamics is concerned with macroscopic behavior rather than microscopic behavior of the system.[ऊष्मागतिकी में हम तापमान, दबाव, आयतन, आंतरिक ऊर्जा आदि की मात्राओं का सामना करते हैं। ये मात्राएँ वास्तव में, औसत व्यवहार का वर्णन बड़ी संख्या में परमाणुओं / अणुओं या कुछ अणुओं द्वारा दबाव के रूप में करती हैं। इसके बजाय हम एक गैस के दबाव के तापमान के बारे में बात करते हैं जिसमें बड़ी संख्या में अणु होते हैं। इस प्रकार, थर्मोडायनामिक्स प्रणाली के सूक्ष्म व्यवहार के बजाय मैक्रोस्कोपिक व्यवहार से संबंधित है।]




thermodynamics

Internal Energy (U)-“Heat” [आंतरिक ऊर्जा (यू) – “हीट”]

  • Atoms/molecules, constituting matter, are constantly in motion. Type of motion depends upon the state of matter, i.e., whether it is a solid, a liquid or a gas. Energy possessed by the atoms/molecules by virtue of their motion is called kinetic energy.[परमाणुओं / अणुओं, पदार्थ का गठन, लगातार गति में हैं। गति का प्रकार पदार्थ की स्थिति पर निर्भर करता है, अर्थात्, चाहे वह एक ठोस, तरल या गैस हो। परमाणुओं / अणुओं द्वारा अपनी गति के आधार पर धारण की जाने वाली ऊर्जा को गतिज ऊर्जा कहा जाता है।]




  • Since there is a force of attraction between any two molecules, they possess some potential energy due to that.[चूँकि किन्हीं दो अणुओं के बीच आकर्षण बल होता है, वे उसी के कारण कुछ संभावित ऊर्जा रखते हैं।]
  • The sum of total kinetic and potential energies of atoms or molecules constituting a system is called the internal energy of the system.[किसी सिस्टम को बनाने वाले परमाणुओं या अणुओं की कुल गतिज और संभावित ऊर्जाओं के योग को सिस्टम की आंतरिक ऊर्जा कहा जाता है।]
  • Internal energy of a system depends upon the parameters of the system. It has a definite value for a definte thermodynamic state. It is not a measurable quantity. In actual practice, we shall deal with change in internal energy which is a measurable quantity.[किसी सिस्टम की आंतरिक ऊर्जा सिस्टम के मापदंडों पर निर्भर करती है। यह एक निश्चित थर्मोडायनामिक राज्य के लिए एक निश्चित मूल्य है। यह एक औसत दर्जे की मात्रा नहीं है। वास्तविक व्यवहार में, हम आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन से निपटेंगे जो एक औसत दर्जे की मात्रा है।]




Heat[तपिश]

  • When a cold body ‘A’ is placed in contact with a hot body ‘B’ something is transferred from hot body ‘B’ to the cold body ‘A’ which results in a rise in temperature of the cold body. This transference stops when the two have acquired same temperature. This indicates that only a part of energy of ‘B’ is transferred to ‘A’. This part is called heat. Heat is that part of internal energy which is transferred from one body to another an account of the temperature difference.[जब एक ठंडे शरीर ’ए’ को गर्म शरीर something बी ’के संपर्क में रखा जाता है, तो गर्म शरीर cold बी’ से ठंडे शरीर ’ए’ में स्थानांतरित किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप ठंडे शरीर का तापमान बढ़ जाता है। जब दोनों ने एक ही तापमान प्राप्त कर लिया हो तो यह संक्रमण रुक जाता है। यह इंगित करता है कि that B ‘की ऊर्जा का केवल एक हिस्सा। A’ में स्थानांतरित हो जाता है। इस भाग को ऊष्मा कहते हैं। ऊष्मा आंतरिक ऊर्जा का वह हिस्सा है जो एक शरीर से दूसरे तापमान अंतर के खाते में स्थानांतरित किया जाता है।]
  • By convention, heat is given to a body is taken as positive while that taken out of the body is taken as negative.[अधिवेशन के द्वारा, शरीर को ऊष्मा दी जाती है, उसे सकारात्मक रूप में लिया जाता है जबकि शरीर से निकाला गया ऋणात्मक रूप में लिया जाता है।]
Sign conventions for change ‘ΔU’ in internal energy:-[आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन Δ ’U के लिए हस्ताक्षर: -]
  • (a) ΔU is taken as positive if the internal energy of the system increases.[(a) energyU को धनात्मक के रूप में लिया जाता है यदि सिस्टम की आंतरिक ऊर्जा बढ़ती है।]
  • (b) ΔU is taken as negative if the internal energy of the system decreases.[(b) bU को नकारात्मक के रूप में लिया जाता है यदि सिस्टम की आंतरिक ऊर्जा कम हो जाती है।

Work[काम ]

  • Work is said to be done when a force acting on a system displaces the body in its own direction. Work ‘W’ done on or by a system is the product of force and displacement.[कहा जाता है कि काम तब किया जाता है जब एक प्रणाली पर काम करने वाला बल शरीर को अपनी दिशा में विस्थापित करता है। किसी सिस्टम पर या उसके द्वारा किया गया कार्य ‘W’ बल और विस्थापन का उत्पाद है।]
  • So, W = (F) (x) = (P) (A) = P (Vf – Vi)
  • Sign conventions for change ‘ΔU’ in internal energy:-[आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन Δ ’U के लिए हस्ताक्षर: -]
  • (a) If the gas expands, work is said to be done by the system. In this case Vf > Vi, therefore, W will be positive.[(a) यदि गैस का विस्तार होता है, तो सिस्टम द्वारा काम किया जाना कहा जाता है। इस मामले में, Vf> Vi, इसलिए, डब्ल्यू सकारात्मक होगा।
  • (b) If the gas is compressed, work is said to be done on the system. In this case Vf < Vi, therefore, work done is negative.[(b) यदि गैस को संपीड़ित किया जाता है, तो सिस्टम पर काम करने के लिए कहा जाता है। इस मामले में, Vf <Vi, इसलिए, किया गया कार्य नकारात्मक है।
Equilibrium of a System[एक प्रणाली का संतुलन]
  • A system is said to be in equilibrium if its macroscopic quantities do not change with time. An equilibrium can be classified into following three categories.[एक प्रणाली को संतुलन में कहा जाता है यदि इसकी मैक्रोस्कोपिक मात्रा समय के साथ नहीं बदलती है। एक संतुलन को तीन श्रेणियों में वर्गीकृत किया जा सकता है।
  • (a) Mechanical Equilibrium:- If there is no macroscopic movement between the system and its surroundings, the system is said to mechanical equilibrium.[(a) मैकेनिकल इक्विलिब्रियम: – यदि सिस्टम और उसके आसपास कोई स्थूल आंदोलन नहीं है, तो सिस्टम को मैकेनिकल संतुलन कहा जाता है।
  • (b) Chemical Equilibrium:- If the composition of the system remains constant with time, it is said to be in chemical equilibrium.[(b) रासायनिक संतुलन: – यदि प्रणाली की संरचना समय के साथ स्थिर रहती है, तो इसे रासायनिक संतुलन में कहा जाता है।]
  • (c) Thermal Equilibrium:- If the temperature of the system remains constant with time, it is said to be in thermal equilibrium.[(c) थर्मल इक्विलिब्रियम: – यदि सिस्टम का तापमान समय के साथ स्थिर रहता है, तो इसे थर्मल संतुलन कहा जाता है।]
  • In thermodynamics, we shall deal only with the concept of thermal equilibrium. [ऊष्मप्रवैगिकी में, हम केवल थर्मल संतुलन की अवधारणा से निपटेंगे।]
Relation Between Joule and Calorie[जूल और कैलोरी के बीच संबंध]
  • Work and heat belong to the same category of physical quantity i.e., energy. They have same dimensions and are measured in same unit i.e., joule. However, heat is some times expressed in calorie also. To convert joule into calorie and vice-versa, we shall have to use a relation called joule-cal relation which is given below.[कार्य और ऊष्मा भौतिक मात्रा की एक ही श्रेणी अर्थात् ऊर्जा से संबंधित हैं। उनके समान आयाम हैं और उन्हें एक ही इकाई यानी जूल में मापा जाता है। हालाँकि, कुछ समय कैलोरी में भी गर्मी व्यक्त की जाती है। जूल को कैलोरी और इसके विपरीत में परिवर्तित करने के लिए, हमें जूल-काल संबंध नामक एक संबंध का उपयोग करना होगा जो नीचे दिया गया है।]
  • 1 joule = 4.186 cal




-: Practice Questions[अभ्यास प्रश्न] :-

Question for practice:[अभ्यास के लिए प्रश्न:]

  1. What do you understand by the term thermodynamics?[ऊष्मागतिकी शब्द से आप क्या समझते हैं?]
  2. How heat and thermodynamics are inter-related?[कैसे ऊष्मा और ऊष्मागतिकी आपस में जुड़े होते हैं?]
  3. Thermodynamics deals with which type of quantitites?[थर्मोडायनामिक्स किस प्रकार के क्वांटिटाइट से संबंधित है?]
  4. Explain internal energy?[आंतरिक ऊर्जा की व्याख्या करें?]
  5. Explain temperature scale?[तापमान पैमाने की व्याख्या करें?]
  6. Explain ideal gas equation?[आदर्श गैस समीकरण की व्याख्या करें?]
  7. Explain the laws of thermodynamics?[ऊष्मप्रवैगिकी के नियमों की व्याख्या करें?]

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