भौतिक विज्ञान

आर्द्रता हवा में जल वाष्प की मात्रा बताती है। बारिश होने पर वातावरण बहुत आर्द्र हो जाता है क्योंकि हवा में जल वाष्प की मात्रा अधिक होती है। इसके विपरीत, यदि हवा में जल वाष्प की मात्रा बहुत कम हो तो हवा शुष्क होती है। हवा में जल वाष्प की मात्रा को सापेक्ष आर्द्रता से व्यक्त किया जाता है।

सापेक्ष आर्द्रता किसी निश्चित तापमान पर भाप के आंशिक दाब और पानी की संतृप्त वाष्प के दाब का अनुपात है (भाप जल वाष्प होती है)। सापेक्ष आर्द्रता को प्रतिशत में व्यक्त किया जाता है, जिसे गणितीय रूप से इस प्रकार सूत्रबद्ध किया जाता है:

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अगर हम ध्यान से देखें, तो शुरुआत में जलने से निकलने वाला धुआँ दिखाई देता है। थोड़ी देर बाद धुआँ दिखना बंद हो जाता है। क्या आपने परफ्यूम लगाया है? भले ही आप कमरे में परफ्यूम स्प्रे करें, घर के बाहर के लोग भी उसकी खुशबू महसूस कर सकते हैं। अगर माँ रसोई में स्वादिष्ट खाना बनाती है, तो उसकी खुशबू पड़ोसी के घर तक भी पहुँच जाती है। ऐसा क्यों होता है?

इसके कई अन्य उदाहरण भी हैं। यदि आप साफ पानी से भरे गिलास में स्याही की कुछ बूंदें डालें, तो स्याही या खाद्य रंग पानी में समान रूप से फैल जाएगा। यह प्रक्रिया स्वतः होती है। ऊपर दिए गए कुछ उदाहरण विसरण की घटनाएं हैं जो अक्सर हमारे दैनिक जीवन में देखने को मिलती हैं। विसरण वह प्रक्रिया है जिसमें पदार्थ उच्च सांद्रता से निम्न सांद्रता की ओर स्थानांतरित होते हैं। सांद्रता से तात्पर्य किसी पदार्थ के अणुओं/मोलों की संख्या प्रति आयतन से है। उच्च सांद्रता वह स्थान है जहाँ प्रति आयतन में पदार्थ के कई अणु होते हैं। इसके विपरीत, निम्न सांद्रता वह स्थान है जहाँ प्रति आयतन में अणुओं की संख्या कम होती है।

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एकपरमाण्विक आदर्श गैस में ऊर्जा

एकपरमाण्विक आदर्श गैस में ऊर्जा, एकपरमाण्विक आदर्श गैस अणुओं की कुल स्थानांतरीय गतिज ऊर्जा होती है। आदर्श गैस अणुओं की कुल स्थानांतरीय गतिज ऊर्जा = प्रत्येक अणु की औसत स्थानांतरीय गतिज ऊर्जा और अणुओं की संख्या (N) का गुणनफल। गणितीय रूप से:

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ऊर्जा समविभाजन प्रमेय को क्लर्क मैक्सवेल ने सांख्यिकीय यांत्रिकी का उपयोग करते हुए सैद्धांतिक रूप से प्रतिपादित किया था। इसे प्रमेय इसलिए कहा जाता है क्योंकि इसका कोई प्रायोगिक प्रमाण नहीं है। ऊर्जा विभाजन का अर्थ है ऊर्जा का समान वितरण।

गतिज ऊर्जा (KE) = गैस अणुओं की औसत स्थानांतरीय गतिज ऊर्जा (जूल में)

k = बोल्ट्ज़मैन स्थिरांक = 1.38 x 10⁻²³ ^जूल /किलोग्राम

T = आदर्श गैस अणु का निरपेक्ष तापमान (केल्विन में)

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दाब के अलावा, गैस की स्थूल प्रकृति को दर्शाने वाली एक अन्य मात्रा तापमान (T) है। गैस दाब समीकरण:

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गतिज सिद्धांत कहता है कि प्रत्येक पदार्थ परमाणुओं या अणुओं से बना होता है और ये परमाणु या अणु निरंतर गतिमान रहते हैं। गतिज सिद्धांत की यह मान्यता गैस के परमाणु या अणु की स्थिति से मेल खाती है। गैस के परमाणुओं या अणुओं के बीच आकर्षण बल कमजोर होता है, जिसके कारण परमाणु या अणु स्वतंत्र रूप से गति कर सकते हैं।

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लेख: बॉयल का नियम, चार्ल्स का नियम, गे-लुसैक का नियम

बॉयल के नियम

रॉबर्ट बॉयल (1627-1691) ने गैस के दाब और आयतन के बीच मात्रात्मक संबंध की जांच करने के लिए प्रयोग किए। यह प्रयोग एक बंद पात्र में एक निश्चित मात्रा में गैस डालकर किया जाता है। काफी हद तक सटीक रूप से उन्होंने पाया कि यदि गैस का तापमान स्थिर रखा जाए, तो गैस का दाब बढ़ने पर गैस का आयतन घट जाता है। इसी प्रकार, गैस का दाब घटने पर गैस का आयतन बढ़ जाता है। गैस का दाब गैस के आयतन के व्युत्क्रमानुपाती होता है। इस संबंध को बॉयल का नियम कहा जाता है। गणितीय रूप से:

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बॉयल का गैस नियम, चार्ल्स का नियम और गे-लुसैक का नियम सभी गैस स्थितियों पर लागू नहीं होते, इसलिए हमारा विश्लेषण अधिक कठिन हो जाता है। अतः आदर्श गैस मॉडल प्रस्तुत किया गया है। आदर्श गैस रोजमर्रा की जिंदगी में मौजूद नहीं होती; आदर्श गैस विश्लेषण को सुगम बनाने के लिए बनाया गया एक आदर्श मॉडल है। आदर्श गैस की यह अवधारणा गैस के तीनों नियमों के बीच संबंध की समीक्षा करने में भी हमारी काफी मदद करती है।

तापमान, आयतन और गैस दाब के बीच संबंध

ऊपर दिए गए तीन गैस नियमों का संदर्भ लेकर, हम तापमान, आयतन और गैस दाब के बीच एक अधिक सामान्य संबंध निकाल सकते हैं।

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ऊष्मागतिकी के दूसरे नियम का विशिष्ट कथन सभी अनुत्क्रमणीय प्रक्रियाओं का वर्णन नहीं कर सकता, इसलिए हमें एक सामान्य कथन की आवश्यकता है। इस सामान्य कथन से ब्रह्मांड में घटित होने वाली सभी अनुत्क्रमणीय प्रक्रियाओं की व्याख्या करने की अपेक्षा की जाती है। ऊष्मागतिकी के दूसरे नियम का सामान्य कथन उन्नीसवीं शताब्दी के मध्य में एन्ट्रॉपी (S) नामक एक मात्रा के माध्यम से प्रतिपादित किया गया था। एन्ट्रॉपी को सर्वप्रथम क्लॉसियस द्वारा प्रस्तुत किया गया था और इसे कार्नोट चक्र (पूर्ण ऊष्मा इंजन) से प्रतिपादित किया गया था। क्लॉसियस के अनुसार, किसी प्रणाली में एन्ट्रॉपी परिवर्तन तब होता है जब स्थिर तापमान पर उसे अतिरिक्त ऊष्मा (Q) प्राप्त होती है, जिसे निम्न समीकरण द्वारा दर्शाया जाता है:

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शीतलन मशीन के प्रदर्शन गुणांक के बारे में लेख

शीतलन यंत्र एक ऐसा यंत्र है जो कम तापमान वाले स्थान से ऊष्मा ग्रहण करता है और फिर उसे उच्च तापमान वाले क्षेत्र में स्थानांतरित करता है। इस प्रक्रिया के लिए यंत्र को कार्य करना पड़ता है क्योंकि ऊष्मा स्वाभाविक रूप से उच्च तापमान से निम्न तापमान की ओर प्रवाहित होती है। यह क्लॉसियस के कथन के अनुसार है:

किसी शीतलन मशीन के लिए कम तापमान वाले स्थान से उच्च तापमान वाले स्थान पर ऊष्मा का स्थानांतरण बिना कार्य किए असंभव है (ऊष्मागतिकी का दूसरा नियम - क्लॉसियस का कथन)।

यह मशीन कम तापमान (Q _L ) से उच्च तापमान (Q _{H )} तक ऊष्मा स्थानांतरित करने के लिए कार्य (W) करती है । ऊर्जा संरक्षण के नियमानुसार, Q _L + W = Q _H।

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