ફિઝિક્સ

ગરમીના એન્જિનની કાર્યક્ષમતા કેવી રીતે વધારવી તે જાણવા માટે , સાદી કાર્નોટ (૧૭૯૬-૧૮૩૨) નામના ફ્રેન્ચ વૈજ્ઞાનિકે ૧૮૨૪માં એક આદર્શ સૈદ્ધાંતિક કેલરી મશીનનું પરીક્ષણ કર્યું. તે સમયે, ઉષ્માગતિશાસ્ત્રનો પહેલો નિયમ ઘડવામાં આવ્યો ન હતો, ન તો ઉષ્માગતિશાસ્ત્રનો બીજો નિયમ ઘડવામાં આવ્યો હતો. પહેલો નિયમ ઘડવામાં આવ્યો નથી કારણ કે વૈજ્ઞાનિકો હજુ સુધી જાણતા નથી કે ગરમી એ ઊર્જા છે. ૧૮૩૦ના દાયકામાં જોલ અને તેમના સાથીઓએ પ્રયોગ કર્યા પછી, વૈજ્ઞાનિકોએ શોધ્યું કે ગરમી એ ઊર્જા છે જે તાપમાનના તફાવતને કારણે ગતિ કરે છે. તેથી, ઉષ્માગતિશાસ્ત્રનો પહેલો નિયમ ૧૮૩૦ પછી ઘડવામાં આવ્યો. સાદી કાર્નોટ ૧૮૨૪માં સૈદ્ધાંતિક આદર્શ કેલરી એન્જિન પર સંશોધન કરી રહ્યા હતા. તેમનું સંશોધન વાસ્તવમાં સ્ટીમ એન્જિનની કાર્યક્ષમતા વધારવા માટે હતું. તે સમયના મોટાભાગના સ્ટીમ એન્જિન ઓછા કાર્યક્ષમ હતા.

વધુ વાંચો

ઉલટાવી ન શકાય તેવી ઉષ્માગતિશાસ્ત્ર પ્રક્રિયાઓને સમજાવવા માટે, વૈજ્ઞાનિકોએ ઉષ્માગતિશાસ્ત્રનો બીજો નિયમ ઘડ્યો. ઉષ્માગતિશાસ્ત્રનો બીજો નિયમ સમજાવે છે કે બ્રહ્માંડમાં કઈ પ્રક્રિયાઓ થઈ શકે છે અને કઈ પ્રક્રિયાઓ થઈ શકતી નથી. RJE ક્લાઉસિયસ (૧૮૨૨-૧૮૮૮) નામના એક વૈજ્ઞાનિકે નીચે મુજબ નિવેદન આપ્યું:

સ્વાભાવિક રીતે, ગરમી ઉચ્ચ-તાપમાનવાળા પદાર્થોમાંથી નીચા-તાપમાનવાળા પદાર્થોમાં જાય છે; સ્વાભાવિક રીતે, ગરમી નીચા-તાપમાનવાળા પદાર્થોમાંથી ઉચ્ચ-તાપમાનવાળા પદાર્થોમાં જતી નથી (ઉષ્માગતિશાસ્ત્રનો બીજો નિયમ - ક્લાઉસિયસનું વિધાન).

ક્લોસિયસનું વિધાન ઉષ્માગતિશાસ્ત્રના બીજા નિયમના ખાસ વિધાનોમાંનું એક છે. તેને ખાસ વિધાન કહેવામાં આવે છે કારણ કે તે ફક્ત એક જ પ્રક્રિયાને લાગુ પડે છે, જે ગરમીના સ્થાનાંતરણ સાથે સંબંધિત છે. આ વિધાન અન્ય પ્રક્રિયાઓ સાથે સંબંધિત ન હોવાથી, આપણને વધુ સામાન્ય વિધાનની જરૂર છે. ઉષ્માગતિશાસ્ત્રના બીજા નિયમના સામાન્ય વિધાનનો વિકાસ ગરમી એન્જિનના અભ્યાસ પર આધારિત છે. તેથી, આપણે પહેલા એન્જિન ગરમીની ચર્ચા કરીએ છીએ.

વધુ વાંચો

લેખ થર્મોડાયનેમિક પ્રક્રિયાઓ : આઇસોથર્મલ એડિયાબેટિક આઇસોકોરિક આઇસોબેરિક

ચાર થર્મોડાયનેમિક પ્રક્રિયાઓ છે, જેમ કે આઇસોથર્મલ, આઇસોકોરિક, આઇસોબેરિક અને એડિયાબેટિક પ્રક્રિયાઓ.

ઇસોથર્મલ પ્રક્રિયા (સતત તાપમાન)

સમતાપી પ્રક્રિયામાં, સિસ્ટમનું તાપમાન સતત રાખવામાં આવે છે. સૈદ્ધાંતિક રીતે, વિશ્લેષિત સિસ્ટમ એક આદર્શ ગેસ છે. આદર્શ ગેસનું તાપમાન આદર્શ આંતરિક ગેસ ઊર્જા (U = 3/2 n RT) ના સીધા પ્રમાણસર છે. T બદલાતું નથી, તેથી U પણ બદલાતું નથી. આમ, જો સમતાપી પ્રક્રિયા પર લાગુ કરવામાં આવે, તો થર્મોડાયનેમિક સમીકરણનો પ્રથમ નિયમ બને છે:

વધુ વાંચો

થર્મોડાયનેમિક પ્રક્રિયા

ગરમી (Q) એ ઉર્જા છે જે તાપમાનના તફાવતને કારણે એક પદાર્થથી બીજા પદાર્થમાં જાય છે. સિસ્ટમો અને પર્યાવરણ વિશે, ગરમી એ ઉર્જા છે જે સિસ્ટમથી પર્યાવરણમાં જાય છે અથવા ઉર્જા પર્યાવરણથી સિસ્ટમમાં જાય છે, જે તાપમાનના તફાવતને કારણે થાય છે. જો સિસ્ટમનું તાપમાન આસપાસના તાપમાન કરતા વધારે હોય, તો ગરમી સિસ્ટમથી પર્યાવરણમાં વહેશે. જો આસપાસનું તાપમાન સિસ્ટમના તાપમાન કરતા વધારે હોય, તો ગરમી પર્યાવરણમાંથી સિસ્ટમમાં વહે છે.

ગરમી (Q) એ ઉર્જા છે જે તાપમાનના તફાવતને કારણે ગતિ કરે છે, જ્યારે કાર્ય (W) કાર્ય દ્વારા ઉર્જા સ્થાનાંતરણ સાથે સંબંધિત છે. ઉદાહરણ તરીકે, જો સિસ્ટમ પર્યાવરણ પર કાર્ય કરે છે, તો ઉર્જા સિસ્ટમમાંથી પર્યાવરણમાં જાય છે. તેનાથી વિપરીત, જો પર્યાવરણ સિસ્ટમ પર કાર્ય કરે છે, તો ઉર્જા પર્યાવરણથી સિસ્ટમમાં જાય છે.

વધુ વાંચો