ಎಂಜಿನಿಯರಿಂಗ್ ಥರ್ಮೋಡೈನಾಮಿಕ್ ಸಿಸ್ಟಮ್‌ಗಳಲ್ಲಿ ಆಂತರಿಕ ಶಕ್ತಿಯ ಪರಿಕಲ್ಪನೆ

ಎಂಜಿನಿಯರಿಂಗ್ ಥರ್ಮೋಡೈನಾಮಿಕ್ ಸಿಸ್ಟಮ್‌ಗಳಲ್ಲಿ ಆಂತರಿಕ ಶಕ್ತಿಯ ಪರಿಕಲ್ಪನೆ

ಎಂಜಿನಿಯರಿಂಗ್ ಥರ್ಮೋಡೈನಾಮಿಕ್ಸ್ ಅಧ್ಯಯನದಲ್ಲಿ, ಸಿಸ್ಟಮ್ ವಿಶ್ಲೇಷಣೆಯಲ್ಲಿ ಅತ್ಯಂತ ಮೂಲಭೂತ ಮತ್ತು ನಿರ್ಣಾಯಕ ಪರಿಕಲ್ಪನೆಗಳಲ್ಲಿ ಒಂದು ಆಂತರಿಕ ಶಕ್ತಿಯಾಗಿದೆ. ಆಂತರಿಕ ಶಕ್ತಿಯು, ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ U ನಿಂದ ಸಂಕೇತಿಸಲ್ಪಡುತ್ತದೆ, ಇದು ಉಷ್ಣಬಲ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯೊಳಗಿನ ಶುದ್ಧ ವಸ್ತು ಅಥವಾ ಮಿಶ್ರಣವಾಗಿದ್ದರೂ, ವಸ್ತುವಿನ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳ ಪ್ರಮುಖ ಭಾಗವಾಗಿದೆ. ಆಂತರಿಕ ಶಕ್ತಿಯ ಸರಿಯಾದ ತಿಳುವಳಿಕೆಯು ಎಂಜಿನಿಯರ್‌ಗಳಿಗೆ ಉಗಿ ಟರ್ಬೈನ್‌ಗಳು, ಕಂಪ್ರೆಸರ್‌ಗಳು, ಆಂತರಿಕ ದಹನಕಾರಿ ಎಂಜಿನ್‌ಗಳು, ಬಾಯ್ಲರ್‌ಗಳು, ಶಾಖ ವಿನಿಮಯಕಾರಕಗಳು ಮತ್ತು ಶೈತ್ಯೀಕರಣ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳಂತಹ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳ ನಡವಳಿಕೆಯನ್ನು ವಿವರಿಸಲು ಮತ್ತು ಲೆಕ್ಕಾಚಾರ ಮಾಡಲು ಸಹಾಯ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ಈ ಲೇಖನವು ಆಂತರಿಕ ಶಕ್ತಿಯ ವ್ಯಾಖ್ಯಾನ, ಅದರ ಭೌತಿಕ ಅರ್ಥ, ಶಾಖ ಮತ್ತು ಕೆಲಸದೊಂದಿಗಿನ ಅದರ ಸಂಬಂಧ, ಥರ್ಮೋಡೈನಾಮಿಕ್ಸ್‌ನ ಮೊದಲ ನಿಯಮದಲ್ಲಿ ಅದರ ಪಾತ್ರ ಮತ್ತು ಎಂಜಿನಿಯರಿಂಗ್ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳಲ್ಲಿ ಅದರ ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ಅನ್ವಯಿಕೆಗಳನ್ನು ಚರ್ಚಿಸುತ್ತದೆ.

1. ಆಂತರಿಕ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಅರ್ಥಮಾಡಿಕೊಳ್ಳುವುದು

ಆಂತರಿಕ ಶಕ್ತಿ ಎಂದರೆ ಒಂದು ವ್ಯವಸ್ಥೆಯಲ್ಲಿ ಅದರ ಘಟಕ ಕಣಗಳ (ಅಣುಗಳು, ಪರಮಾಣುಗಳು, ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು) ಚಲನೆ ಮತ್ತು ಪರಸ್ಪರ ಕ್ರಿಯೆಗಳಿಂದಾಗಿ ಸಂಗ್ರಹವಾಗುವ ಒಟ್ಟು ಸೂಕ್ಷ್ಮ ಶಕ್ತಿ. ಮ್ಯಾಕ್ರೋಸ್ಕೋಪಿಕ್ ಮಾಪಕದಲ್ಲಿ (ಉದಾ. ಚಲಿಸುವ ಅಥವಾ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಎತ್ತರದಲ್ಲಿ ವಸ್ತು) ಗೋಚರಿಸುವ ಚಲನ ಮತ್ತು ಸಂಭಾವ್ಯ ಶಕ್ತಿಗಿಂತ ಭಿನ್ನವಾಗಿ, ಆಂತರಿಕ ಶಕ್ತಿಯು ಸೂಕ್ಷ್ಮ ಮಾಪಕದಲ್ಲಿನ ವಿದ್ಯಮಾನಗಳಿಗೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದೆ: ಆಣ್ವಿಕ ಕಂಪನಗಳು, ತಿರುಗುವಿಕೆಗಳು, ಅನುವಾದಗಳು, ಬಂಧದ ಶಕ್ತಿ ಮತ್ತು ವಸ್ತುವಿನ ಆಂತರಿಕ ಸಂರಚನೆಗೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದ ಶಕ್ತಿ.

ಕಲ್ಪನಾತ್ಮಕವಾಗಿ, ಒಂದು ವ್ಯವಸ್ಥೆಯ ಒಟ್ಟು ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಆಂತರಿಕ ಶಕ್ತಿ ಮತ್ತು ಸ್ಥೂಲ ಶಕ್ತಿಯ ಸಂಯೋಜನೆಯಾಗಿ ಬರೆಯಬಹುದು:

\[
ಇ = ಯು + ಕೆಇ + ಪಿಇ
\]

ಇದರೊಂದಿಗೆ:
– \(E\) = ವ್ಯವಸ್ಥೆಯ ಒಟ್ಟು ಶಕ್ತಿ
– \(U\) = ಆಂತರಿಕ ಶಕ್ತಿ
– \(KE\) = ಸ್ಥೂಲ ಚಲನ ಶಕ್ತಿ
– \(PE\) = ಸ್ಥೂಲ ಅಂತಸ್ಥ ಶಕ್ತಿ

ಅನೇಕ ಎಂಜಿನಿಯರಿಂಗ್ ಥರ್ಮೋಡೈನಮಿಕ್ ವಿಶ್ಲೇಷಣೆಗಳಲ್ಲಿ, ಚಲನ ಮತ್ತು ಸಂಭಾವ್ಯ ಶಕ್ತಿಯಲ್ಲಿನ ಬದಲಾವಣೆಗಳು ಆಂತರಿಕ ಶಕ್ತಿ ಅಥವಾ ಎಂಥಾಲ್ಪಿಯಲ್ಲಿನ ಬದಲಾವಣೆಗಳಿಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚಾಗಿ ಚಿಕ್ಕದಾಗಿರುತ್ತವೆ ಮತ್ತು ಆದ್ದರಿಂದ ಲೆಕ್ಕಾಚಾರಗಳನ್ನು ಸರಳೀಕರಿಸಲು ಅವುಗಳನ್ನು ಹೆಚ್ಚಾಗಿ ನಿರ್ಲಕ್ಷಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ (ಆದಾಗ್ಯೂ ನಳಿಕೆಗಳು ಅಥವಾ ಟರ್ಬೈನ್‌ಗಳಂತಹ ಕೆಲವು ಅನ್ವಯಿಕೆಗಳಲ್ಲಿ, ಚಲನ ಶಕ್ತಿಯು ಗಮನಾರ್ಹವಾಗಿರಬಹುದು).

2. ಉಷ್ಣಬಲ ವಿಜ್ಞಾನದ ಆಸ್ತಿಯಾಗಿ ಆಂತರಿಕ ಶಕ್ತಿ

ಆಂತರಿಕ ಶಕ್ತಿಯು ಒಂದು ಸ್ಥಿತಿ ಕಾರ್ಯವಾಗಿದೆ. ಇದರರ್ಥ ಆಂತರಿಕ ಶಕ್ತಿಯ ಮೌಲ್ಯವು ವ್ಯವಸ್ಥೆಯ ಪ್ರಸ್ತುತ ಸ್ಥಿತಿಯನ್ನು (ಉದಾ. ತಾಪಮಾನ, ಒತ್ತಡ ಮತ್ತು ಸಂಯೋಜನೆ) ಮಾತ್ರ ಅವಲಂಬಿಸಿರುತ್ತದೆ, ಆ ಸ್ಥಿತಿಯನ್ನು ತಲುಪಲು ತೆಗೆದುಕೊಂಡ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯ ಮಾರ್ಗದ ಮೇಲೆ ಅಲ್ಲ. ಭೇದಾತ್ಮಕ ರೂಪದಲ್ಲಿ, ಆಂತರಿಕ ಶಕ್ತಿಯ ಬದಲಾವಣೆಯನ್ನು ಹೀಗೆ ವ್ಯಕ್ತಪಡಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ:

\[
\ಡೆಲ್ಟಾ U = U_2 – U_1
\]

ಆಂತರಿಕ ಶಕ್ತಿಯ ಬದಲಾವಣೆಯನ್ನು ಪ್ರಾಯೋಗಿಕವಾಗಿ ನಿರ್ಧರಿಸಬಹುದಾದ ಕಾರಣ, U ನ ಸಂಪೂರ್ಣ ಮೌಲ್ಯವನ್ನು ನೇರವಾಗಿ ಅಳೆಯುವುದು ಕಷ್ಟ ಎಂಬುದನ್ನು ಒತ್ತಿ ಹೇಳಬೇಕು (\(\ಡೆಲ್ಟಾ U\)). ಆದ್ದರಿಂದ, ಉಷ್ಣಬಲ ವಿಜ್ಞಾನ ಕೋಷ್ಟಕಗಳು (ಉದಾ. ನೀರಿನ ಆವಿ ಕೋಷ್ಟಕಗಳು) ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಒಂದು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಉಲ್ಲೇಖ ಸ್ಥಿತಿಗೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದಂತೆ ಆಂತರಿಕ ಶಕ್ತಿಯ ಮೌಲ್ಯಗಳನ್ನು ಪ್ರಸ್ತುತಪಡಿಸುತ್ತವೆ.

3. ಭೌತಿಕ ಅರ್ಥ: ಸೂಕ್ಷ್ಮದರ್ಶಕ ಶಕ್ತಿಯ ಘಟಕಗಳು

ಆಂತರಿಕ ಶಕ್ತಿಯು ಶಕ್ತಿಯ ಸೂಕ್ಷ್ಮ "ಭಂಡಾರ"ವಾಗಿದೆ. ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ, ಆಂತರಿಕ ಶಕ್ತಿಯ ಕೊಡುಗೆಗಳು ಇವುಗಳನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿರಬಹುದು:
1. ಅಣುಗಳ ಭಾಷಾಂತರ ಶಕ್ತಿ (ತಾಪಮಾನಕ್ಕೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದ).
2. ತಿರುಗುವಿಕೆ ಮತ್ತು ಕಂಪನ ಶಕ್ತಿ (ಪಾಲಿಟಾಮಿಕ್ ಅನಿಲಗಳಲ್ಲಿ ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ ಗಮನಾರ್ಹವಾಗಿದೆ).
3. ಅಣುಗಳ ನಡುವಿನ ಸಂಭಾವ್ಯ ಶಕ್ತಿ (ದ್ರವಗಳು ಮತ್ತು ಘನವಸ್ತುಗಳಲ್ಲಿ ಪ್ರಬಲವಾಗಿದೆ, ಅಣುಗಳ ನಡುವಿನ ಆಕರ್ಷಕ ಬಲಗಳಿಂದ ಪ್ರಭಾವಿತವಾಗಿರುತ್ತದೆ).
4. ರಾಸಾಯನಿಕ ಬಂಧ ಶಕ್ತಿ (ದಹನ ಕ್ರಿಯೆಗಳು ಅಥವಾ ರಾಸಾಯನಿಕ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳಲ್ಲಿ ಮುಖ್ಯ).
5. ಪರಮಾಣು ಶಕ್ತಿ (ಪರಮಾಣು ರಿಯಾಕ್ಟರ್ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳನ್ನು ಹೊರತುಪಡಿಸಿ ಶಾಸ್ತ್ರೀಯ ಎಂಜಿನಿಯರಿಂಗ್ ಥರ್ಮೋಡೈನಾಮಿಕ್ಸ್‌ನಲ್ಲಿ ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ನಿರ್ಲಕ್ಷಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ).

ಈ ಘಟಕಗಳು ತಾಪಮಾನ ಮತ್ತು ವಸ್ತುವಿನ ರಚನೆಯಿಂದ ಪ್ರಭಾವಿತವಾಗುವುದರಿಂದ, ಆಂತರಿಕ ಶಕ್ತಿಯು ತಾಪಮಾನಕ್ಕೆ ನಿಕಟ ಸಂಬಂಧ ಹೊಂದಿದೆ. ಆದರ್ಶ ಅನಿಲಕ್ಕೆ, ಆಂತರಿಕ ಶಕ್ತಿಯು ಪ್ರಾಥಮಿಕವಾಗಿ ತಾಪಮಾನದ ಕಾರ್ಯವಾಗಿದೆ.

4. ಆಂತರಿಕ ಶಕ್ತಿ, ಶಾಖ ಮತ್ತು ಕೆಲಸದ ನಡುವಿನ ಸಂಬಂಧ

ಆಂತರಿಕ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಶಾಖದಂತೆಯೇ "ಸಮಾನ" ಎಂದು ಪರಿಗಣಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ ಎಂಬುದು ಒಂದು ಸಾಮಾನ್ಯ ತಪ್ಪು ಕಲ್ಪನೆ. ವಾಸ್ತವವಾಗಿ:
– ಶಾಖ (Q) ಎಂದರೆ ತಾಪಮಾನ ವ್ಯತ್ಯಾಸಗಳಿಂದಾಗಿ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯ ಗಡಿಯುದ್ದಕ್ಕೂ ಚಲಿಸುವ ಶಕ್ತಿ.
– ಕೆಲಸ (W) ಎಂದರೆ ಸ್ಥಳಾಂತರದ ಮೂಲಕ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುವ ಬಲದಿಂದಾಗಿ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯ ಗಡಿಯಲ್ಲಿ ವರ್ಗಾವಣೆಯಾಗುವ ಶಕ್ತಿ (ಉದಾ. ಗಡಿ ಕೆಲಸ \(P\,dV\), ಟರ್ಬೈನ್‌ನಲ್ಲಿ ಶಾಫ್ಟ್ ಕೆಲಸ, ವಿದ್ಯುತ್ ಕೆಲಸ, ಇತ್ಯಾದಿ).
– ಆಂತರಿಕ ಶಕ್ತಿ (U) ಎಂದರೆ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯಲ್ಲಿ ರಾಜ್ಯದ ಆಸ್ತಿಯಾಗಿ ಸಂಗ್ರಹವಾಗಿರುವ ಶಕ್ತಿ.

ಒಂದು ವ್ಯವಸ್ಥೆಯು ಶಾಖವನ್ನು ಪಡೆದಾಗ, ಅದರ ಆಂತರಿಕ ಶಕ್ತಿಯು ಹೆಚ್ಚಾಗಬಹುದು, ಆದರೆ ಯಾವಾಗಲೂ ಅಲ್ಲ - ಏಕೆಂದರೆ ಒಳಬರುವ ಶಕ್ತಿಯ ಒಂದು ಭಾಗವನ್ನು ಕೆಲಸದ ಉತ್ಪಾದನೆಯಾಗಿ ಪರಿವರ್ತಿಸಬಹುದು. ಇದಕ್ಕೆ ವ್ಯತಿರಿಕ್ತವಾಗಿ, ಒಂದು ವ್ಯವಸ್ಥೆಯು ಕೆಲಸ ಮಾಡಿದಾಗ, ಅಡಿಯಾಬಾಟಿಕ್ ವಿಸ್ತರಣೆಯಂತೆ ಯಾವುದೇ ಶಾಖ ನಷ್ಟವಾಗದಿದ್ದರೂ ಅದರ ಆಂತರಿಕ ಶಕ್ತಿಯು ಕಡಿಮೆಯಾಗಬಹುದು.

5. ಉಷ್ಣಬಲ ವಿಜ್ಞಾನದ ಮೊದಲ ನಿಯಮದಲ್ಲಿ ಆಂತರಿಕ ಶಕ್ತಿ

ಉಷ್ಣಬಲ ವಿಜ್ಞಾನದ ಮೊದಲ ನಿಯಮವು ಶಕ್ತಿಯ ಸಂರಕ್ಷಣೆಯನ್ನು ಹೇಳುತ್ತದೆ. ಮುಚ್ಚಿದ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗೆ, ಸಾಮಾನ್ಯ ರೂಪವೆಂದರೆ:

\[
\Delta U + \Delta KE + \Delta PE = Q – W
\]

ಚಲನ ಮತ್ತು ಸಂಭಾವ್ಯ ಶಕ್ತಿಯಲ್ಲಿನ ಬದಲಾವಣೆಗಳನ್ನು ನಿರ್ಲಕ್ಷಿಸಬಹುದಾದರೆ:

\[
\ಡೆಲ್ಟಾ U = Q – W
\]

ಈ ಸಮೀಕರಣವು ಆಂತರಿಕ ಶಕ್ತಿಯ ಬದಲಾವಣೆಯನ್ನು ಶಕ್ತಿಯ ಸಮತೋಲನದಿಂದ ನಿರ್ಧರಿಸುತ್ತದೆ ಎಂದು ವಿವರಿಸುತ್ತದೆ: ಶಾಖವಾಗಿ ಪ್ರವೇಶಿಸುವ ಶಕ್ತಿಯು ಕೆಲಸವಾಗಿ ಬಿಡುವ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಕಳೆಯುವುದು.

ಪರಿಕಲ್ಪನಾತ್ಮಕ ಉದಾಹರಣೆ
– ಒಂದು ಗಟ್ಟಿಯಾದ ಪಾತ್ರೆಯಲ್ಲಿ (ಸ್ಥಿರ ಪರಿಮಾಣ) ಅನಿಲವನ್ನು ಬಿಸಿ ಮಾಡುವಾಗ, ಗಡಿ ಕೆಲಸವು \(W = 0\) ಆಗಿರುತ್ತದೆ, ಆದ್ದರಿಂದ ಎಲ್ಲಾ ಒಳಬರುವ ಶಾಖವು ಆಂತರಿಕ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುತ್ತದೆ: \(\ಡೆಲ್ಟಾ U = Q\).
– ಅಡಿಯಾಬ್ಯಾಟಿಕ್ ವಿಸ್ತರಣೆಯಲ್ಲಿ (ಶಾಖ ವರ್ಗಾವಣೆ ಇಲ್ಲ, \(Q=0\)), ವ್ಯವಸ್ಥೆಯು ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಅದರ ಆಂತರಿಕ ಶಕ್ತಿಯು ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ: \(\ಡೆಲ್ಟಾ U = -W\).

6. ಆಂತರಿಕ ಶಕ್ತಿ ಮತ್ತು ಎಂಥಾಲ್ಪಿ ನಡುವಿನ ವ್ಯತ್ಯಾಸ

ಎಂಜಿನಿಯರಿಂಗ್ ಉಷ್ಣಬಲ ವಿಜ್ಞಾನದಲ್ಲಿ, ಆಂತರಿಕ ಶಕ್ತಿಯ ಜೊತೆಗೆ, ಎಂಥಾಲ್ಪಿ (H) ಅನ್ನು ಸಹ ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ:

\[
H = U + PV
\]

ಟರ್ಬೈನ್‌ಗಳು, ಕಂಪ್ರೆಸರ್‌ಗಳು, ಬಾಯ್ಲರ್‌ಗಳು ಮತ್ತು ಶಾಖ ವಿನಿಮಯಕಾರಕಗಳಂತಹ ಹರಿವಿನ (ನಿಯಂತ್ರಣ ಪರಿಮಾಣ) ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳಲ್ಲಿ ಬಳಸಲು ಎಂಥಾಲ್ಪಿ ಹೆಚ್ಚಾಗಿ ಹೆಚ್ಚು ಪ್ರಾಯೋಗಿಕವಾಗಿದೆ, ಏಕೆಂದರೆ \(PV\) ಪದವು ದ್ರವವನ್ನು ನಿಯಂತ್ರಣ ಪರಿಮಾಣದ ಒಳಗೆ ಮತ್ತು ಹೊರಗೆ ತಳ್ಳುವುದರೊಂದಿಗೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದ "ಹರಿವಿನ ಕೆಲಸ"ವನ್ನು ಪ್ರತಿನಿಧಿಸುತ್ತದೆ.

ಆದಾಗ್ಯೂ, ಆಂತರಿಕ ಶಕ್ತಿಯು ಬಹಳ ಮುಖ್ಯವಾಗಿದೆ, ವಿಶೇಷವಾಗಿ:
- ಮುಚ್ಚಿದ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳು (ಉದಾ. ಸಿಲಿಂಡರ್-ಪಿಸ್ಟನ್),
- ಸ್ಥಿರ ಪರಿಮಾಣ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆ,
- ಟ್ಯಾಂಕ್‌ಗಳ ಮೇಲೆ ಅಸ್ಥಿರ ವಿಶ್ಲೇಷಣೆ,
- ಮತ್ತು ಕೆಲವು ಪರಿಸ್ಥಿತಿಗಳಲ್ಲಿ ವಸ್ತುಗಳ ಉಷ್ಣಬಲ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳ ನಿರ್ಣಯ.

7. ಆದರ್ಶ ಅನಿಲದಲ್ಲಿ ಆಂತರಿಕ ಶಕ್ತಿ

ಆದರ್ಶ ಅನಿಲಕ್ಕೆ, ಆಂತರಿಕ ಶಕ್ತಿಯು ತಾಪಮಾನವನ್ನು ಮಾತ್ರ ಅವಲಂಬಿಸಿರುತ್ತದೆ:

\[
ಯು = ಯು(ಟಿ)
\]

ಆದ್ದರಿಂದ ಆಂತರಿಕ ಶಕ್ತಿಯ ಬದಲಾವಣೆಯನ್ನು ಸ್ಥಿರ ಪರಿಮಾಣದಲ್ಲಿ (\(C_v\)) ಶಾಖ ಸಾಮರ್ಥ್ಯದೊಂದಿಗೆ ಲೆಕ್ಕಹಾಕಬಹುದು:

\[
\ಡೆಲ್ಟಾ U = m\int_{T_1}^{T_2} C_v(T)\, dT
\]

\(C_v\) ಅನ್ನು ಸ್ಥಿರವೆಂದು ಪರಿಗಣಿಸಿದರೆ:

\[
\ಡೆಲ್ಟಾ U = m C_v (T_2 – T_1)
\]

ಅನಿಲ ಸಂಕೋಚನ/ವಿಸ್ತರಣೆ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳು, ಆದರ್ಶ ಚಕ್ರ ವಿಶ್ಲೇಷಣೆ (ಒಟ್ಟೊ, ಡೀಸೆಲ್, ಬ್ರೇಟನ್) ಮತ್ತು ಮೂಲ ಶಕ್ತಿ ವರ್ಗಾವಣೆ ಲೆಕ್ಕಾಚಾರಗಳಂತಹ ಎಂಜಿನಿಯರಿಂಗ್ ಘಟಕಗಳ ಮೇಲಿನ ವೇಗದ ಲೆಕ್ಕಾಚಾರಗಳಿಗೆ ಇದು ತುಂಬಾ ಉಪಯುಕ್ತವಾಗಿದೆ.

8. ನೈಜ ವಸ್ತುಗಳು ಮತ್ತು ನೀರಿನ ಆವಿಯಲ್ಲಿ ಆಂತರಿಕ ಶಕ್ತಿ

ನೀರು, ಶೈತ್ಯೀಕರಣಕಾರಕಗಳು ಅಥವಾ ಹೈಡ್ರೋಕಾರ್ಬನ್ ಮಿಶ್ರಣಗಳಂತಹ ನೈಜ ಪದಾರ್ಥಗಳಲ್ಲಿ, ಆಂತರಿಕ ಶಕ್ತಿಯು ಯಾವಾಗಲೂ ತಾಪಮಾನದ ಕಾರ್ಯ ಮಾತ್ರವಾಗಿರುವುದಿಲ್ಲ. ಇದು ಒತ್ತಡ ಮತ್ತು ಹಂತದಿಂದ (ದ್ರವ, ಆವಿ, ಮಿಶ್ರಣ) ಸಹ ಪ್ರಭಾವಿತವಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, ಆಂತರಿಕ ಶಕ್ತಿ ವಿಶ್ಲೇಷಣೆಯು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಇದನ್ನು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ:
– ಥರ್ಮೋಡೈನಮಿಕ್ ಟೇಬಲ್ (ಸ್ಟೀಮ್ ಟೇಬಲ್),
– \(Pv\), \(Ts\), ಅಥವಾ \(hs\) ರೇಖಾಚಿತ್ರಗಳು,
– ಅಥವಾ ರಾಜ್ಯ ಮತ್ತು ಆಸ್ತಿ ಮಾದರಿಗಳ ಸಮೀಕರಣಗಳು.

ಉದಾಹರಣೆಗೆ, ನೀರಿನಲ್ಲಿ: ಅಂತರ-ಅಣುಗಳ ಆಕರ್ಷಣೆಯ ಶಕ್ತಿಗಳ ಮುರಿಯುವಿಕೆಗೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದ ಸುಪ್ತ ಶಕ್ತಿಯಿಂದಾಗಿ ಸ್ಯಾಚುರೇಟೆಡ್ ದ್ರವದಿಂದ ಸ್ಯಾಚುರೇಟೆಡ್ ಆವಿಗೆ ಹಂತ ಬದಲಾವಣೆಯಾದಾಗ ಆಂತರಿಕ ಶಕ್ತಿಯು ತೀವ್ರವಾಗಿ ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ.

9. ಎಂಜಿನಿಯರಿಂಗ್ ಥರ್ಮೋಡೈನಾಮಿಕ್ ಸಿಸ್ಟಮ್‌ಗಳಲ್ಲಿ ಆಂತರಿಕ ಶಕ್ತಿಯ ಅನ್ವಯ

ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಅರ್ಥಮಾಡಿಕೊಳ್ಳುವುದು ಎಂಜಿನಿಯರಿಂಗ್ ಉಪಕರಣಗಳ ವಿನ್ಯಾಸ ಮತ್ತು ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯ ಮೌಲ್ಯಮಾಪನದ ಮೇಲೆ ನೇರ ಪರಿಣಾಮ ಬೀರುತ್ತದೆ, ಉದಾಹರಣೆಗೆ:
1. ದಹನ ಕೊಠಡಿ ಮತ್ತು ಆಂತರಿಕ ದಹನಕಾರಿ ಎಂಜಿನ್: ದಹನ ಅನಿಲಗಳಲ್ಲಿನ ಶಕ್ತಿಯಲ್ಲಿನ ಬದಲಾವಣೆಗಳು ರಾಸಾಯನಿಕ ಶಕ್ತಿಯ ಬಿಡುಗಡೆ ಮತ್ತು ಅನಿಲದ ತಾಪಮಾನಕ್ಕೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿವೆ.
2. ಒತ್ತಡದ ಶೇಖರಣಾ ಟ್ಯಾಂಕ್‌ಗಳು: ವಿಶೇಷವಾಗಿ ಅಡಿಯಾಬಾಟಿಕ್ ಅಥವಾ ಅಸ್ಥಿರ ಪರಿಸ್ಥಿತಿಗಳಲ್ಲಿ, ಟ್ಯಾಂಕ್‌ನಲ್ಲಿರುವ ದ್ರವದ ಆಂತರಿಕ ಶಕ್ತಿಯಲ್ಲಿನ ಬದಲಾವಣೆಗಳ ಮೂಲಕ ಭರ್ತಿ/ಖಾಲಿ ಮಾಡುವ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯನ್ನು ವಿಶ್ಲೇಷಿಸಬಹುದು.
3. ಬಾಯ್ಲರ್‌ಗಳು ಮತ್ತು ಕಂಡೆನ್ಸರ್‌ಗಳು: ಹರಿವಿನ ವಿಶ್ಲೇಷಣೆಯು ಹೆಚ್ಚಾಗಿ ಎಂಥಾಲ್ಪಿಯನ್ನು ಬಳಸುತ್ತದೆಯಾದರೂ, ಆಂತರಿಕ ಶಕ್ತಿಯು ಹಂತದ ಬದಲಾವಣೆಗಳು ಮತ್ತು ದ್ರವದ ಆಂತರಿಕ ಶಕ್ತಿಯ ಸಮತೋಲನವನ್ನು ಅರ್ಥಮಾಡಿಕೊಳ್ಳಲು ಸಹಾಯ ಮಾಡುತ್ತದೆ.
4. ಶೈತ್ಯೀಕರಣ ವ್ಯವಸ್ಥೆ: ಆಂತರಿಕ ಶಕ್ತಿಯು ಸಂಕೋಚನ, ವಿಸ್ತರಣೆ ಮತ್ತು ಶಾಖ ವರ್ಗಾವಣೆಯ ಸಮಯದಲ್ಲಿ ಶೀತಕದಲ್ಲಿನ ಶಕ್ತಿಯ ಬದಲಾವಣೆಗಳನ್ನು ವಿವರಿಸುತ್ತದೆ, ವಿಶೇಷವಾಗಿ ಕೆಲವು ಘಟಕಗಳಲ್ಲಿ ಮುಚ್ಚಿದ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯಾಗಿ ವಿಶ್ಲೇಷಿಸಿದಾಗ.

10. ತೀರ್ಮಾನ

ಆಂತರಿಕ ಶಕ್ತಿಯು ಎಂಜಿನಿಯರಿಂಗ್ ಥರ್ಮೋಡೈನಾಮಿಕ್ಸ್‌ನಲ್ಲಿ ಕೇಂದ್ರ ಪರಿಕಲ್ಪನೆಯಾಗಿದೆ ಏಕೆಂದರೆ ಅದು ಒಂದು ವ್ಯವಸ್ಥೆಯಲ್ಲಿ ಸಂಗ್ರಹವಾಗಿರುವ ಸೂಕ್ಷ್ಮ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಸ್ಥಿತಿಯ ಆಸ್ತಿಯಾಗಿ ಪ್ರತಿನಿಧಿಸುತ್ತದೆ. ಉಷ್ಣಬಲ ವಿಜ್ಞಾನದ ಮೊದಲ ನಿಯಮದ ಮೂಲಕ, ಆಂತರಿಕ ಶಕ್ತಿಯಲ್ಲಿನ ಬದಲಾವಣೆಗಳು ಶಾಖ ವರ್ಗಾವಣೆ ಮತ್ತು ಕೆಲಸಕ್ಕೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿವೆ, ಹೀಗಾಗಿ ವಿವಿಧ ಎಂಜಿನಿಯರಿಂಗ್ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳ ಶಕ್ತಿ ವಿಶ್ಲೇಷಣೆಗೆ ಆಧಾರವಾಗಿದೆ. ಆದರ್ಶ ಅನಿಲಗಳಲ್ಲಿ, ಆಂತರಿಕ ಶಕ್ತಿಯು ಪ್ರಾಥಮಿಕವಾಗಿ ತಾಪಮಾನವನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸಿರುತ್ತದೆ, ಆದರೆ ನೈಜ ಪದಾರ್ಥಗಳಲ್ಲಿ, ಆಂತರಿಕ ಶಕ್ತಿಯು ಹಂತದ ಪರಿಸ್ಥಿತಿಗಳು ಮತ್ತು ಒತ್ತಡದಿಂದ ಪ್ರಭಾವಿತವಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಆಂತರಿಕ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಆಳವಾಗಿ ಅರ್ಥಮಾಡಿಕೊಳ್ಳುವ ಮೂಲಕ, ಎಂಜಿನಿಯರ್ ಹೆಚ್ಚು ನಿಖರವಾದ ಮಾದರಿಗಳನ್ನು ನಿರ್ಮಿಸಬಹುದು, ಪರಿಣಾಮಕಾರಿ ಲೆಕ್ಕಾಚಾರಗಳನ್ನು ಮಾಡಬಹುದು ಮತ್ತು ವಿವಿಧ ಉಷ್ಣ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯ ಅನ್ವಯಿಕೆಗಳಲ್ಲಿ ಸೂಕ್ತ ವಿನ್ಯಾಸ ನಿರ್ಧಾರಗಳನ್ನು ತೆಗೆದುಕೊಳ್ಳಬಹುದು.

ನೀವು ಬಯಸಿದರೆ, ಆಂತರಿಕ ಶಕ್ತಿಯ ಪರಿಕಲ್ಪನೆಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚು ಕಾಂಕ್ರೀಟ್ ಮಾಡಲು ನಾನು ಸಂಖ್ಯಾತ್ಮಕ ಲೆಕ್ಕಾಚಾರಗಳ ಉದಾಹರಣೆಗಳನ್ನು (ಉದಾ. ಸಿಲಿಂಡರ್‌ನಲ್ಲಿ ಅನಿಲವನ್ನು ಬಿಸಿ ಮಾಡುವುದು ಅಥವಾ ಅಡಿಯಾಬಾಟಿಕ್ ವಿಸ್ತರಣೆ) ಸೇರಿಸಬಹುದು.