থার্মোডিনামিকসের দ্বিতীয় আইন: সূত্র, সমীকরণ, উদাহরণ - শারীরিক - 2025

তাপগতিবিদ্যার দ্বিতীয় সূত্র প্রকাশের বিভিন্ন ফরম হয়েছে। তাদের মধ্যে একটিতে উল্লেখ করা হয়েছে যে কোনও তাপ ইঞ্জিন এটির ব্যবহারযোগ্য কাজে (কেলভিন-প্ল্যাঙ্ক গঠন) রূপান্তরিত করে সমস্ত শক্তি সম্পূর্ণরূপে রূপান্তর করতে সক্ষম নয় is এটিকে বলার আর একটি উপায় বলা যায় যে প্রকৃত প্রক্রিয়াগুলি এমন অর্থে ঘটে যে শক্তির গুণগতমান কম হয় কারণ এনট্রপি বৃদ্ধি পেতে থাকে।

এই আইনটি, থার্মোডিনামিকসের দ্বিতীয় নীতি হিসাবেও পরিচিত, উনবিংশ শতাব্দীর শুরু থেকে বর্তমান অবধি সময়ের সাথে সাথে বিভিন্নভাবে প্রকাশিত হয়েছে, যদিও এর উত্স ইংলন্ডের প্রথম বাষ্প ইঞ্জিনগুলির তৈরি থেকে শুরু করে।, 18 শতকের শুরুতে।

চিত্র 1. ভবনের ব্লকগুলি মাটিতে ফেলে দেওয়ার সময়, তারা ক্রমক্রমে পড়ে গেলে এটি খুব অবাক হবে। সূত্র: পিক্সাবে।

তবে যদিও এটি বিভিন্ন উপায়ে প্রকাশ করা হয়, তবুও ধারণাটি বিশৃঙ্খলাবদ্ধ হয়ে যায় এবং কোনও প্রক্রিয়া 100% দক্ষ হয় না, যেহেতু সর্বদা ক্ষতির অস্তিত্ব থাকবে।

সমস্ত থার্মোডাইনামিক সিস্টেমগুলি এই নীতিটি মেনে চলে, মহাবিশ্বের সাথেই শুরু হয় কফির সকালের কাপ পর্যন্ত যা পরিবেশের সাথে তাপের বিনিময়ে টেবিলে চুপচাপ অপেক্ষা করে।

সময়ের সাথে সাথে কফি শীতল হয়ে যায়, যতক্ষণ না এটি পরিবেশের সাথে তাপমাত্রায় ভারসাম্য বজায় থাকে, তাই একদিন বিপরীত ঘটনাটি ঘটে এবং কফি নিজেই উত্তপ্ত হয়ে ওঠে যখন পরিবেশ শীতল হয় তবে এটি খুব অবাকই হবে। এটি হওয়ার সম্ভাবনা নেই, কেউ কেউ অসম্ভব বলে বলবে, তবে যে বিষয়গুলি স্বতঃস্ফূর্তভাবে ঘটে তা বোঝার জন্য এটি কল্পনা করা যথেষ্ট।

অন্য উদাহরণে, আমরা যদি কোনও টেবিলের উপরিভাগ জুড়ে কোনও বই স্লাইড করি তবে এটি শেষ পর্যন্ত বন্ধ হয়ে যাবে, কারণ এর গতিশক্তি ঘর্ষণজনিত কারণে তাপ হিসাবে নষ্ট হয়ে যাবে।

থার্মোডায়নামিক্সের প্রথম এবং দ্বিতীয় আইনটি ১৮৫০ সালের দিকে প্রতিষ্ঠিত হয়েছিল, লর্ড কেলভিনের মতো বিজ্ঞানীদের ধন্যবাদ - "থার্মোডাইনামিক্স" শব্দটির স্রষ্টা - উইলিয়াম র্যাঙ্কাইন - থার্মোডাইনামিক্সের প্রথম আনুষ্ঠানিক পাঠ্যের লেখক - এবং রুডলফ ক্লাউসিয়াস।

সূত্র এবং সমীকরণ

এন্ট্রপি - শুরুতে উল্লিখিত - আমাদের যে অনুভূতিতে ঘটেছিল তা প্রতিষ্ঠিত করতে আমাদের সহায়তা করে। আসুন তাপীয় যোগাযোগের মৃতদেহের উদাহরণে ফিরে যাই।

যখন বিভিন্ন তাপমাত্রায় দুটি বস্তু সংস্পর্শে আসে এবং অবশেষে কিছুক্ষণ পরে তাপীয় ভারসাম্যটি পৌঁছে যায় তখন তারা এটিকে এটিকে চালিত করে যে এন্ট্রপি সর্বোচ্চ পর্যায়ে পৌঁছায়, যখন উভয়ের তাপমাত্রা একই থাকে।

এস হিসাবে এনট্রপিকে বোঝানো, একটি সিস্টেমের এনট্রপি ΔS এর পরিবর্তনের দ্বারা দেওয়া হয়েছে:

এনট্রপি Δ এস-এর পরিবর্তন কোনও সিস্টেমে ব্যাধির মাত্রা নির্দেশ করে, তবে এই সমীকরণের ব্যবহারে একটি বিধিনিষেধ রয়েছে: এটি কেবল প্রবর্তনযোগ্য প্রক্রিয়াগুলির জন্যই প্রযোজ্য, যাঁরা এই সিস্টেমটিতে না রেখেই তার মূল অবস্থায় ফিরে যেতে পারেন কি ঘটেছে তার ট্রেস-।

অপরিবর্তনীয় প্রক্রিয়াগুলিতে, থার্মোডাইনামিকসের দ্বিতীয় আইনটি নীচে প্রদর্শিত হয়:

বিপরীত এবং অপরিবর্তনীয় প্রক্রিয়া processes

কফির কাপটি সর্বদা শীতল হয়ে যায় এবং এটি অপরিবর্তনীয় প্রক্রিয়ার একটি ভাল উদাহরণ, যেহেতু এটি সর্বদা কেবলমাত্র এক দিকে থাকে। আপনি যদি কফিতে ক্রিম যুক্ত করেন এবং ঝাঁকুনি হন তবে আপনি খুব সুন্দর সংমিশ্রণ পাবেন তবে আপনি যতই আবার ঝাঁকুন না কেন, আপনার আবার কফি এবং ক্রিম আলাদা থাকবে না, কারণ আলোড়ন অপরিবর্তনীয়।

চিত্র 2. কাপ বিরতি একটি অপরিবর্তনীয় প্রক্রিয়া। সূত্র: পিক্সাবে।

যদিও বেশিরভাগ দৈনিক প্রক্রিয়া অপরিবর্তনীয়, কিছু কিছু প্রায় বিপরীত হয়। বিপরীতমুখীকরণ একটি আদর্শীকরণ। এটি হওয়ার জন্য, সিস্টেমটিকে খুব ধীরে ধীরে পরিবর্তন করতে হবে, এমনভাবে যাতে প্রতিটি পয়েন্টে এটি সর্বদা ভারসাম্যহীন থাকে। এইভাবে আশেপাশে কোনও চিহ্ন না রেখে এটিকে আগের অবস্থায় ফিরিয়ে দেওয়া সম্ভব।

এই আদর্শের কাছাকাছি থাকা প্রক্রিয়াগুলি আরও দক্ষ, কারণ তারা কম শক্তি খরচ করে আরও বেশি পরিমাণে কাজ সরবরাহ করে।

ঘর্ষণ শক্তি অপরিবর্তনীয়তার বেশিরভাগের জন্য দায়ী, কারণ এর দ্বারা উত্পন্ন তাপটি যে ধরণের শক্তি চাওয়া হয় তা নয়। সারণী জুড়ে স্লাইডিং বইটিতে, ঘর্ষণীয় তাপ এমন শক্তি যা পুনরুদ্ধার হয় না।

এমনকি যদি বইটি তার আসল অবস্থানে ফিরে আসে, টেবিলটি আসতে এবং এটি চালিয়ে যাওয়ার চিহ্ন হিসাবে উত্তপ্ত হয়ে উঠত।

এখন একটি ভাস্বর আলোতে দেখুন: ফিলামেন্টের মাধ্যমে স্রোতের মাধ্যমে বেশিরভাগ কাজ জোল প্রভাব দ্বারা উত্তাপে নষ্ট হয়। হালকা নির্গত করতে শুধুমাত্র একটি অল্প শতাংশ ব্যবহৃত হয়। উভয় প্রক্রিয়াতে (বই এবং লাইট বাল্ব), সিস্টেমের এনট্রপি বৃদ্ধি পেয়েছে।

অ্যাপ্লিকেশন

একটি আদর্শ মোটর হ'ল এটি হ'ল বিপরীতমুখী প্রক্রিয়াগুলি ব্যবহার করে তৈরি করা হয়েছে এবং ঘর্ষণের অভাব রয়েছে যা শক্তি বর্জ্য সৃষ্টি করে, প্রায় সমস্ত তাপীয় শক্তি ব্যবহারযোগ্য কাজে রূপান্তর করে।

আমরা প্রায় শব্দটি জোর দিয়েছি, কারণ কার্নোটের আদর্শ ইঞ্জিনটিও 100% দক্ষ নয়। থার্মোডিনামিক্সের দ্বিতীয় আইনটি এই ক্ষেত্রে নয় সেদিকে খেয়াল রাখে।

কার্নোট ইঞ্জিন

কার্নোট ইঞ্জিনটি সবচেয়ে কার্যকর ইঞ্জিন যা তৈরি করা যেতে পারে। তাপীয় শক্তির স্থানান্তর ছাড়াই এটি দুটি আইসোথার্মাল প্রক্রিয়াতে দুটি তাপমাত্রার ট্যাঙ্কগুলির মধ্যে সঞ্চালিত হয় - ধ্রুবক তাপমাত্রায় - এবং দুটি অ্যাডিয়াব্যাটিক প্রক্রিয়া।

পিভি নামক গ্রাফগুলি - চাপ-ভলিউম ডায়াগ্রামগুলি - এক নজরে পরিস্থিতি পরিষ্কার করুন:

চিত্র 3. বাম দিকে কার্নোট মোটর ডায়াগ্রাম এবং ডানদিকে পিভি ডায়াগ্রাম। সূত্র: উইকিমিডিয়া কমন্স।

বাম দিকে, 3 নম্বরে কর্নট ইঞ্জিন সি এর ডায়াগ্রামটি রয়েছে, যা তাপমাত্রা T ₁ এ থাকা ট্যাঙ্ক থেকে তাপ Q ₁ নেয়, সেই তাপকে ডাব্লুতে রূপান্তরিত করে এবং বর্জ্য প্রশ্ন _{2 টি} ঠান্ডা ট্যাঙ্কে স্থানান্তর করে, যা তাপমাত্রা টি _{2 হয়} ।

এ থেকে শুরু করে, সিস্টেমটি বি তে পৌঁছানো অবধি প্রসারিত হয়, নির্দিষ্ট তাপমাত্রা টি ₁ এ তাপ শোষণ করে । বি তে, সিস্টেমটি একটি অ্যাডিয়াব্যাটিক সম্প্রসারণ শুরু করে যেখানে কোনও তাপ পাওয়া যায় না বা হারিয়ে যায় না, সি পৌঁছানোর জন্য

সিতে আরেকটি আইসোথার্মাল প্রক্রিয়া শুরু হয়: এটি অন্য ঠান্ডা তাপীয় আমানতে তাপ স্থানান্তর করে যা টি _{2 তে থাকে} । এটি ঘটে যাওয়ার সাথে সাথে সিস্টেমটি সংকুচিত হয় এবং ডি বিন্দুতে পৌঁছে যায় the

কার্নোট ইঞ্জিনের দক্ষতা দুটি তাপ জলাশয়ের কেলভিনের তাপমাত্রার উপর নির্ভর করে:

কার্নোটের উপপাদ্যটি বলে যে এটি সেখানে সবচেয়ে কার্যকর তাপ ইঞ্জিন, তবে এটি কিনতে খুব তাড়াতাড়ি করবেন না। প্রক্রিয়াগুলির বিপর্যয় সম্পর্কে আমরা কি বলেছি মনে আছে? তাদের খুব, খুব ধীরে ধীরে ঘটতে হবে, সুতরাং এই মেশিনটির পাওয়ার আউটপুট কার্যত শূন্য হয়।

মানব বিপাক

মানুষের সমস্ত সিস্টেমকে কাজ করে রাখার জন্য শক্তির প্রয়োজন, সুতরাং তারা তাপীয় মেশিনগুলির মতো আচরণ করে যা শক্তি গ্রহণ করে এবং এটিকে যান্ত্রিক শক্তিতে রূপান্তরিত করে, উদাহরণস্বরূপ, স্থানান্তরিত করে।

কাজ করার সময় মানব দেহের দক্ষতা এটি সরবরাহ করতে পারে এমন যান্ত্রিক শক্তি এবং খাদ্যের সাথে মোট শক্তি ইনপুটগুলির মধ্যে ভাগফল হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা যেতে পারে।

যেহেতু গড় শক্তি পি _মি একটি সময়ের ব্যবধানে কাজ ডব্লিউ কাজ তাই এটি প্রকাশ করা যেতে পারে:

যদি ΔU / Δt এমন হার হয় যেখানে শক্তি যোগ করা হয় তবে শরীরের দক্ষতাটি হয়ে যায়:

স্বেচ্ছাসেবকদের সাথে অসংখ্য পরীক্ষার মাধ্যমে, 17% পর্যন্ত দক্ষতা অর্জন করা হয়েছে, কয়েক ঘন্টা ধরে প্রায় 100 ওয়াট শক্তি সরবরাহ করে।

অবশ্যই, এটি মূলত যে কাজটি করা হয়েছে তার উপর নির্ভর করবে। সাইকেলের প্যাডেলিং প্রায় 19% এর কাছাকাছি কিছুটা দক্ষ, অন্যদিকে পুনরাবৃত্ত কাজগুলি যেখানে বেলচা, পিকস এবং হুজগুলি অন্তর্ভুক্ত করে প্রায় 3% হিসাবে কম।

উদাহরণ

থার্মোডিনামিক্সের দ্বিতীয় আইন মহাবিশ্বে ঘটে যাওয়া সমস্ত প্রক্রিয়াতে অন্তর্ভুক্ত। এন্ট্রপি সর্বদা বৃদ্ধি পাচ্ছে, যদিও কিছু সিস্টেমে এটি হ্রাসজনক বলে মনে হয়। এটি হওয়ার জন্য এটি অন্য কোথাও বাড়াতে হয়েছিল, যাতে মোট ব্যালেন্সে এটি ইতিবাচক হয়।

- শেখার ক্ষেত্রে এনট্রপি রয়েছে। এমন লোকেরা আছেন যাঁরা জিনিসগুলি ভাল এবং দ্রুত শিখেন, পাশাপাশি সহজেই পরে তাদের স্মরণে রাখতে সক্ষম হন। বলা হয়ে থাকে যে তারা স্বল্প এনট্রপি শেখার মানুষ, তবে উচ্চতর এনট্রপি সহকারীর তুলনায় তারা কম সংখ্যক: যাদের পড়াশোনাগুলি মনে রাখা তাদের পক্ষে বেশি কষ্টসাধ্য মনে হয়।

- বিশৃঙ্খলাবদ্ধ শ্রমিকদের সাথে সংস্থাগুলির একাধিক এনট্রপি রয়েছে যেখানে শ্রমিকরা সুশৃঙ্খলভাবে কাজ সম্পাদন করে। এটি স্পষ্ট যে পূর্ববর্তীটি আগেরটির চেয়ে আরও দক্ষ হবে।

- ঘর্ষণ শক্তিগুলি মেশিনের পরিচালনায় কম দক্ষতা তৈরি করে, কারণ তারা অপচয়যোগ্য শক্তির পরিমাণ বৃদ্ধি করে যা দক্ষতার সাথে ব্যবহার করা যায় না।

- একটি ডাইস ঘূর্ণায়মান একটি মুদ্রা উল্টানো চেয়ে উচ্চতর এনট্রপি আছে। সর্বোপরি, একটি মুদ্রা ছুঁড়ে ফেলার মাত্র দুটি সম্ভাব্য ফলাফল রয়েছে, মরা টসিংয়ের সময় has টির মতো ঘটনা ঘটে likely যত বেশি ঘটনার সম্ভাবনা রয়েছে তত বেশি এনট্রপি রয়েছে।

সমাধান ব্যায়াম

অনুশীলনী 1

একটি পিস্টন সিলিন্ডার তরল এবং জলীয় বাষ্পের মিশ্রণে 300 কে এবং 750 কেজে তাপের মিশ্রণে ভরা হয় এবং একটি ধ্রুবক চাপ প্রক্রিয়া দ্বারা পানিতে স্থানান্তরিত হয়। ফলস্বরূপ, সিলিন্ডারের অভ্যন্তরের তরলটি বাষ্প হয়ে যায়। প্রক্রিয়াতে এনট্রপির পরিবর্তনের গণনা করুন।

চিত্র 4. সমাধান করা উদাহরণের জন্য চিত্র 1. উত্স: এফ.জাপাটা।

সমাধান

বিবৃতিতে বর্ণিত প্রক্রিয়াটি একটি বদ্ধ ব্যবস্থায় ধ্রুব চাপে সঞ্চালিত হয়, যা গণ বিনিময় হয় না।

যেহেতু এটি একটি বাষ্পীকরণ, যার সময় তাপমাত্রা কোনওভাবেই পরিবর্তিত হয় না (পর্যায়ের পরিবর্তনের সময় তাপমাত্রা স্থির থাকে), উপরে বর্ণিত এন্ট্রপি পরিবর্তনের সংজ্ঞা প্রয়োগ করা যেতে পারে এবং তাপমাত্রা অবিচ্ছেদ্যের বাইরে যেতে পারে:

= এস = 750,000 জে / 300 কে = 2,500 জে / কে

যেহেতু তাপ সিস্টেমে প্রবেশ করে, এনট্রপির পরিবর্তন ইতিবাচক।

অনুশীলন 2

একটি গ্যাস 2.00 থেকে 6.00 বায়ুমণ্ডল (এটিএম) থেকে চাপ বৃদ্ধি করে, 1.00 মি ³ এর একটি ধ্রুবক আয়তন বজায় রাখে এবং তারপরে 3.00 মি ^{3 এর} আয়তনে পৌঁছানো পর্যন্ত ধ্রুবক চাপে প্রসারিত হয় । শেষ পর্যন্ত এটি তার প্রাথমিক অবস্থায় ফিরে আসে। 1 চক্রে কত কাজ হয় তা গণনা করুন।

চিত্র 5. উদাহরণস্বরূপ একটি গ্যাসে তাপীয় প্রক্রিয়াকরণ 2. উত্স: সার্ওয়ে-ভুল্ল V পদার্থবিজ্ঞানের মৌলিক বিষয়সমূহ।

সমাধান

এটি একটি চক্রীয় প্রক্রিয়া যার মধ্যে থার্মোডাইনামিক্সের প্রথম আইন অনুসারে অভ্যন্তরীণ শক্তির প্রকরণটি শূন্য, সুতরাং Q = W. একটি পিভি (চাপ - ভলিউম) চিত্রের মধ্যে, একটি চক্রাকার প্রক্রিয়া চলাকালীন কাজ সমান হয় বক্ররেখা দ্বারা বদ্ধ এলাকায়। আন্তর্জাতিক সিস্টেমে ফলাফল দেওয়ার জন্য নিম্নলিখিত রূপান্তর ফ্যাক্টরটি ব্যবহার করে চাপে ইউনিট পরিবর্তন করা প্রয়োজন:

1 এটিএম = 101.325 কেপিএ = 101.325 পা।

গ্রাফ দ্বারা আবদ্ধ অঞ্চলটি এমন ত্রিভুজের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ যার ভিত্তি (3 - 1 মি ³) = 2 মি ³ এবং যার উচ্চতা (6 - 2 এটিএম) = 4 এটিএম = 405,300 পা

ডাব্লু _{এবিসিএ} = ½ (2 মি ³ এক্স 405300 পা) = 405300 জে = 405.3 কেজে।

অনুশীলন 3

এখন পর্যন্ত নির্মিত সবচেয়ে কার্যকর মেশিনগুলির মধ্যে একটি ওহিও নদীর উপর একটি কয়লা চালিত বাষ্প টারবাইন বলে অভিহিত করা হয়, যা 1870 থেকে 430 ডিগ্রি সেন্টিগ্রেডের মধ্যে চালিত বৈদ্যুতিক জেনারেটরকে বিদ্যুত করতে ব্যবহৃত হয়।

গণনা করুন: ক) সর্বাধিক তাত্ত্বিক দক্ষতা, খ) গরম ট্যাংক থেকে প্রতি সেকেন্ডে 1.40 x 10 ⁵ জে শক্তি গ্রহণ করলে মেশিনটি সরবরাহ করে এমন যান্ত্রিক শক্তি । আসল দক্ষতা 42.0% হিসাবে পরিচিত।

সমাধান

ক) উপরের সমীকরণের সাথে সর্বাধিক দক্ষতা গণনা করা হয়:

ডিগ্রি সেন্টিগ্রেডকে ক্যালভিনে পরিবর্তন করতে, কেবলমাত্র সেন্টিগ্রেড তাপমাত্রায় 273.15 যুক্ত করুন:

100% দ্বারা গুণ করা সর্বাধিক শতাংশ দক্ষতা দেয়, যা 67.2%

গ) আসল দক্ষতা যদি 42% হয় তবে 0.42 এর সর্বোচ্চ দক্ষতা রয়েছে।

বিতরণ করা যান্ত্রিক শক্তি: P = 0.42 x 1.40 x10 ⁵ J / s = 58800 W.

তথ্যসূত্র

1. বাউয়ার, ডাব্লু। 2011. প্রকৌশল ও বিজ্ঞানের জন্য পদার্থবিদ্যা। খণ্ড 1. ম্যাক গ্রু হিল।
2. কেঞ্জেল, ওয়াই। 2012. থার্মোডাইনামিক্স। 7 ^মা সংস্করণ। ম্যাকগ্রা হিল
3. ফিগুয়েরো, ডি (2005)। সিরিজ: বিজ্ঞান এবং প্রকৌশল জন্য পদার্থবিদ্যা। আয়তন 4. তরল এবং থার্মোডিনামিক্স। ডগলাস ফিগুয়েরো (ইউএসবি) সম্পাদিত।
4. নাইট, আর। 2017. বিজ্ঞানীদের জন্য প্রকৌশল এবং প্রকৌশল: একটি কৌশল পদ্ধতির।
5. ল্যাপেজ, সি। থার্মোডিনামিক্সের প্রথম আইন। পুনরুদ্ধার করা হয়েছে: culturaciographica.com থেকে।
6. সার্ওয়ে, আর। 2011. পদার্থবিজ্ঞানের ফান্ডামেন্টাল। 9 ^না কেনেজিং লার্নিং।
7. সেভিলা বিশ্ববিদ্যালয়। তাপীয় মেশিন। থেকে উদ্ধার করা হয়েছে: laplace.us.es