തെർമോഡൈനാമിക് പ്രക്രിയകൾ: ഐസോതെർമൽ അഡിയബാറ്റിക് ഐസോകോറിക് ഐസോബാറിക്

ലേഖനം തെർമോഡൈനാമിക് പ്രക്രിയകൾ : ഐസോതെർമൽ അഡിയബാറ്റിക് ഐസോകോറിക് ഐസോബാറിക്

ഐസോതെർമൽ, ഐസോകോറിക്, ഐസോബാറിക്, അഡിയബാറ്റിക് എന്നിങ്ങനെ നാല് തെർമോഡൈനാമിക് പ്രക്രിയകളുണ്ട്.

ഐസോതെർമൽ പ്രക്രിയ (സ്ഥിരമായ താപനില)

ഒരു ഐസോതെർമൽ പ്രക്രിയയിൽ, സിസ്റ്റത്തിന്റെ താപനില സ്ഥിരമായി നിലനിർത്തുന്നു. സൈദ്ധാന്തികമായി, വിശകലനം ചെയ്ത സിസ്റ്റം ഒരു ആദർശ വാതകമാണ്. ആദർശ വാതക താപനില ആദർശ ആന്തരിക വാതക ഊർജ്ജത്തിന് (U = 3/2 n RT) നേർ അനുപാതത്തിലാണ്. T മാറുന്നില്ല, അതിനാൽ U യും മാറുന്നില്ല. അങ്ങനെ, ഐസോതെർമൽ പ്രക്രിയയിൽ പ്രയോഗിച്ചാൽ, തെർമോഡൈനാമിക് സമവാക്യത്തിന്റെ ആദ്യ നിയമം ഇപ്രകാരമാണ്:

Δ U = Q – W

ആന്തരിക ഊർജ്ജം മാറുന്നില്ല, അതിനാൽ Δ U = 0.

0 = Q – W

Q = W

ഈ സമവാക്യത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കി, ഐസോതെർമൽ പ്രക്രിയയിൽ (സ്ഥിരമായ താപനില), സിസ്റ്റത്തിലേക്ക് ചേർക്കുന്ന താപം (Q) സിസ്റ്റം ജോലി (W) ചെയ്യാൻ ഉപയോഗിക്കുന്നു.

ഐസോതെർമൽ പ്രക്രിയയിൽ സിസ്റ്റത്തിന്റെ മർദ്ദത്തിലും വ്യാപ്തത്തിലും വരുന്ന മാറ്റം താഴെയുള്ള ഗ്രാഫിൽ ചിത്രീകരിച്ചിരിക്കുന്നു:

ആദ്യ സിസ്റ്റം വോള്യം = V₁ (ചെറിയ വ്യാപ്തം) സിസ്റ്റത്തിലെ മർദ്ദം = P₁ (വലിയ മർദ്ദം). സിസ്റ്റത്തിന്റെ താപനില സ്ഥിരമായിരിക്കണമെങ്കിൽ, സിസ്റ്റത്തിലേക്ക് താപം ചേർത്തതിനുശേഷം, സിസ്റ്റം വികസിക്കുകയും പരിസ്ഥിതിയിൽ പ്രവർത്തിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. സിസ്റ്റം പരിസ്ഥിതിയിൽ പ്രവർത്തിച്ചതിനുശേഷം, സിസ്റ്റത്തിന്റെ വോളിയം V ആയി മാറുന്നു.₂ (സിസ്റ്റം വ്യാപ്തം വർദ്ധിക്കുന്നു) സിസ്റ്റത്തിലെ മർദ്ദം P യിലേക്ക് മാറുന്നു₂ (സിസ്റ്റത്തിലെ മർദ്ദം കുറയുന്നു). പ്രക്രിയയ്ക്കിടെ സിസ്റ്റത്തിലെ മർദ്ദം പതിവായി മാറാത്തതിനാൽ ഗ്രാഫിന്റെ ആകൃതി വളഞ്ഞിരിക്കുന്നു. ചെയ്ത ജോലിയുടെ അളവ് സിസ്റ്റം = ഷേഡുള്ള പ്രദേശം.

അഡിയബാറ്റിക് പ്രക്രിയ

അഡിയബാറ്റിക് പ്രക്രിയയിൽ, സിസ്റ്റത്തിലേക്ക് താപം ചേർക്കപ്പെടുന്നില്ല അല്ലെങ്കിൽ സിസ്റ്റത്തിൽ നിന്ന് പുറത്തുപോകുന്നില്ല (Q = 0). നന്നായി ഒറ്റപ്പെട്ട അടച്ച സിസ്റ്റങ്ങളിൽ അഡിയബാറ്റിക് പ്രക്രിയകൾ സംഭവിക്കാം. നന്നായി ഇൻസുലേറ്റ് ചെയ്ത അടച്ച സിസ്റ്റത്തിൽ, സാധാരണയായി സിസ്റ്റത്തിലേക്ക് ഒഴുകുന്നതോ സിസ്റ്റത്തിൽ നിന്ന് പുറത്തുപോകുന്നതോ ആയ താപം ഉണ്ടാകില്ല. ഒറ്റപ്പെടാത്ത അടച്ച സിസ്റ്റങ്ങളിലും അഡിയബാറ്റിക് പ്രക്രിയകൾ സംഭവിക്കാം.

ഈ സാഹചര്യത്തിൽ, താപം സിസ്റ്റത്തിലേക്ക് പ്രവഹിക്കുകയോ സിസ്റ്റത്തിൽ നിന്ന് പുറത്തുപോകുകയോ ചെയ്യാതിരിക്കാൻ പ്രക്രിയ വേഗത്തിൽ ചെയ്യണം. ഒരു അഡിയബാറ്റിക് പ്രക്രിയയിൽ പ്രയോഗിച്ചാൽ, ഒന്നാം നിയമം തെർമോഡൈനാമിക് സമവാക്യം മാറും:

Δ U = Q – W

സിസ്റ്റത്തിന് അകത്തോ പുറത്തോ താപം ഇല്ല, അതിനാൽ Q = 0.

Δ യു = 0 – പ

Δ യു = -ഡബ്ല്യു

സിസ്റ്റം വേഗത്തിൽ അമർത്തിയാൽ (സിസ്റ്റത്തിൽ ജോലി പൂർത്തിയായി), പ്രവർത്തനം നെഗറ്റീവ് ആണ്. W നെഗറ്റീവ് ആയതിനാൽ, U പോസിറ്റീവ് ആണ് (സിസ്റ്റത്തിലെ ഊർജ്ജം വർദ്ധിക്കുന്നു). നേരെമറിച്ച്, സിസ്റ്റം വേഗത്തിൽ വികസിക്കുകയാണെങ്കിൽ (സിസ്റ്റം പ്രവർത്തിക്കുന്നു), W പോസിറ്റീവ് ആണ്. W പോസിറ്റീവ് ആയതിനാൽ, U നെഗറ്റീവ് ആണ് (സിസ്റ്റത്തിലെ ഊർജ്ജം കുറയുന്നു). സിസ്റ്റത്തിലെ ഊർജ്ജം (ആദർശ വാതകം) താപനിലയ്ക്ക് ആനുപാതികമാണ് (U = 3/2 n RT), അതിനാൽ സിസ്റ്റത്തിലെ ഊർജ്ജം വർദ്ധിച്ചാൽ സിസ്റ്റത്തിലെ താപനിലയും വർദ്ധിക്കുന്നു. നേരെമറിച്ച്, സിസ്റ്റത്തിലെ ഊർജ്ജം കുറയുകയാണെങ്കിൽ, സിസ്റ്റത്തിലെ താപനില കുറയുന്നു.

അഡിയബാറ്റിക് പ്രക്രിയയിൽ സിസ്റ്റത്തിലെ മർദ്ദത്തിലും വ്യാപ്തത്തിലും വരുന്ന മാറ്റം താഴെയുള്ള ഗ്രാഫിൽ ചിത്രീകരിച്ചിരിക്കുന്നു:

ഈ ഗ്രാഫിലെ അഡിയബാറ്റിക് വക്രം (കർവുകൾ 1-2) ഐസോതെർമൽ വക്രത്തേക്കാൾ (കർവുകൾ 1-3) കുത്തനെയുള്ളതാണ്. ഈ കുത്തനെയുള്ള വ്യത്യാസം കാണിക്കുന്നത്, അതേ വ്യാപ്ത വർദ്ധനവിന്, അഡിയബാറ്റിക് പ്രക്രിയയിൽ സിസ്റ്റത്തിലെ മർദ്ദം ഐസോതെർമൽ പ്രക്രിയയേക്കാൾ കൂടുതൽ കുറയുന്നു എന്നാണ്. അഡിയബാറ്റിക് പ്രക്രിയയിൽ സിസ്റ്റം മർദ്ദം കൂടുതൽ കുറയുന്നു, കാരണം അഡിയബാറ്റിക് വികാസം സംഭവിക്കുമ്പോൾ, സിസ്റ്റത്തിലെ താപനിലയും കുറയുന്നു. താപനില മർദ്ദത്തിന് ആനുപാതികമാണ്, അതിനാൽ സിസ്റ്റത്തിലെ താപനില കുറയുകയാണെങ്കിൽ, സിസ്റ്റത്തിലെ മർദ്ദവും കുറയുന്നു. ഐസോതെർമൽ പ്രക്രിയയിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമായി, സിസ്റ്റത്തിലെ താപനില എല്ലായ്പ്പോഴും സ്ഥിരമായിരിക്കും. അതിനാൽ, ഐസോതെർമൽ പ്രക്രിയയിൽ, താപനില മർദ്ദം കുറയുന്നതിനെ സ്വാധീനിക്കുന്നില്ല.

ഡീസൽ എഞ്ചിൻ, ഗ്യാസോലിൻ എഞ്ചിൻ പോലുള്ള ആന്തരിക ജ്വലന എഞ്ചിനുകളിൽ അഡിയബാറ്റിക്കലി പ്രക്രിയയുടെ ഒരു ഉദാഹരണം സംഭവിക്കുന്നു. ഡീസൽ എഞ്ചിനുകളിൽ, സിലിണ്ടറിലേക്ക് വായു തിരുകുകയും സിലിണ്ടറിനുള്ളിലെ വായു ഒരു പിസ്റ്റൺ ഉപയോഗിച്ച് വേഗത്തിൽ അമർത്തുകയും ചെയ്യുന്നു (പ്രവർത്തനം വായുവിലാണ് ചെയ്യുന്നത്). അഡിയബാറ്റിക് കംപ്രഷൻ പ്രക്രിയ (സിസ്റ്റം വോളിയം കുറയ്ക്കൽ) കർവ് 2-1 ഉപയോഗിച്ച് ചിത്രീകരിച്ചിരിക്കുന്നു. ദ്രുത അഡിയബാറ്റിക് മർദ്ദം കാരണം, താപനില വേഗത്തിൽ ഉയരുന്നു. അതേ സമയം, ഇൻജക്ടർ വഴി സിലിണ്ടറിലേക്ക് ഡീസൽ സ്പ്രേ ചെയ്യുകയും മിശ്രിതം തൽക്ഷണം പ്രവർത്തനക്ഷമമാക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. ഒരു ഗ്യാസോലിൻ എഞ്ചിനിൽ, വായുവിന്റെയും ഗ്യാസോലിന്റെയും മിശ്രിതം സിലിണ്ടറിലേക്ക് തിരുകുകയും തുടർന്ന് ഒരു പിസ്റ്റൺ ഉപയോഗിച്ച് വേഗത്തിൽ അമർത്തുകയും ചെയ്യുന്നു. ഇത് വേഗത്തിൽ അഡിയബാറ്റിക്കലി തള്ളപ്പെടുന്നതിനാൽ, താപനില വേഗത്തിൽ ഉയരുന്നു. അതേ സമയം, സ്പാർക്ക് പ്ലഗുകൾ തീപിടിക്കുന്നതിനാൽ കത്തുന്ന പ്രക്രിയ സംഭവിക്കുന്നു.

ഐസോകോറിക് പ്രക്രിയ (സ്ഥിരമായ വ്യാപ്തം)

ഐസോകോറിക് പ്രക്രിയയിൽ, സിസ്റ്റം വ്യാപ്തം സ്ഥിരമായി നിലനിർത്തുന്നു. സിസ്റ്റം വ്യാപ്തം എല്ലായ്പ്പോഴും സ്ഥിരമായതിനാൽ, സിസ്റ്റത്തിന് പരിസ്ഥിതിയിൽ പ്രവർത്തിക്കാൻ കഴിയില്ല. പരിസ്ഥിതിക്കും സിസ്റ്റത്തിൽ പ്രവർത്തിക്കാൻ കഴിയില്ല. ഐസോകോറിക് പ്രക്രിയയിൽ പ്രയോഗിച്ചാൽ, തെർമോഡൈനാമിക് സമവാക്യത്തിന്റെ ആദ്യ നിയമം ഇതിലേക്ക് മാറുന്നു:

Δ U = Q – W

സിസ്റ്റം പരിസ്ഥിതിയിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്നില്ല, അതിനാൽ W = 0

Δ യു = ചോദ്യം – 0

Δ യു = ക്യു

ഈ ഫലത്തിൽ നിന്ന്, ഐസോകോറിക് പ്രക്രിയയിൽ (സ്ഥിരമായ വ്യാപ്തം), സിസ്റ്റത്തിൽ ചേർക്കുന്ന താപം (Q) സിസ്റ്റത്തിലെ ഊർജ്ജം വർദ്ധിപ്പിക്കാൻ ഉപയോഗിക്കുന്നുവെന്ന് നമുക്ക് നിഗമനം ചെയ്യാം. ഐസോകോറിക് പ്രക്രിയയിൽ സിസ്റ്റത്തിലെ മർദ്ദത്തിലും വ്യാപ്തത്തിലും വരുന്ന മാറ്റങ്ങൾ താഴെയുള്ള ഗ്രാഫിൽ ചിത്രീകരിച്ചിരിക്കുന്നു:

ആദ്യം, സിസ്റ്റത്തിലെ മർദ്ദം = p ₁ (ചെറിയ മർദ്ദം). സിസ്റ്റത്തിന്റെ അധിക താപം സിസ്റ്റത്തിലെ ഊർജ്ജം വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിന് കാരണമാകുന്നു. സിസ്റ്റത്തിലെ ഊർജ്ജം വർദ്ധിക്കുന്നതിനനുസരിച്ച്, സിസ്റ്റത്തിലെ താപനില (ആദർശ വാതകം) വർദ്ധിക്കുന്നു (U = 3/2 n RT). താപനില മർദ്ദത്തിന് നേരിട്ട് ആനുപാതികമാണ്. അതിനാൽ, സിസ്റ്റത്തിലെ താപനില വർദ്ധിക്കുകയാണെങ്കിൽ, സിസ്റ്റത്തിലെ മർദ്ദം വർദ്ധിക്കുന്നു (p ₂ ). സ്ഥിരമായ സിസ്റ്റം വോളിയം കാരണം, ഒരു ജോലിയും നടക്കുന്നില്ല (ഷേഡഡ് ഏരിയ ഇല്ല).

ഐസോകോറിക് പ്രക്രിയയിൽ, സിസ്റ്റത്തിന് പരിസ്ഥിതിയിൽ പ്രവർത്തിക്കാൻ കഴിയില്ല. അതുപോലെ, പരിസ്ഥിതിക്ക് സിസ്റ്റത്തിൽ പ്രവർത്തിക്കാൻ കഴിയില്ല. കാരണം, ഒരു ഐസോകോറിക് പ്രക്രിയയിൽ, സിസ്റ്റം വോളിയം എല്ലായ്പ്പോഴും സ്ഥിരമായിരിക്കും. വോളിയം മാറ്റങ്ങൾ ഉൾപ്പെടാത്ത ചില തരം ജോലികൾ ഉണ്ട്. അതിനാൽ സിസ്റ്റത്തിന്റെ വോളിയം മാറുന്നില്ലെങ്കിലും, സിസ്റ്റത്തിൽ ജോലി ചെയ്യാൻ കഴിയും. ഉദാഹരണത്തിന്, അടച്ച പാത്രത്തിൽ ഒരു ഫാൻ + ബാറ്ററി ഉണ്ട്. ബാറ്ററി ഉപയോഗിച്ച് ഊർജ്ജം ഉപയോഗിച്ച് ഫാനിന് കറങ്ങാൻ കഴിയും. ഈ സാഹചര്യത്തിൽ, ഫാനുകൾ, ബാറ്ററികൾ, കണ്ടെയ്നറിനുള്ളിലെ വായു എന്നിവ സിസ്റ്റങ്ങളായി കണക്കാക്കപ്പെടുന്നു.

ഫാൻ കറങ്ങുമ്പോൾ, ഫാൻ പ്രവർത്തിക്കുന്നു, കണ്ടെയ്നറിൽ പ്ലേ ചെയ്യുന്നു. അതേസമയം, ഫാനിന്റെ ഗതികോർജ്ജം വായുവിൽ ഊർജ്ജമായി മാറുന്നു. ബാറ്ററിയിലെ വൈദ്യുതോർജ്ജം കുറയുന്നത് വായുവിൽ ആകൃതി മാറിയതിനാൽ തീർച്ചയായും ആണ്. ഐസോകോറിക് പ്രക്രിയയിൽ (വോളിയം എല്ലായ്പ്പോഴും സ്ഥിരമായിരിക്കും), സിസ്റ്റത്തിൽ ഇപ്പോഴും ജോലി ചെയ്യാൻ കഴിയുമെന്ന് ഈ ഉദാഹരണം കാണിക്കുന്നു (വോളിയം മാറ്റങ്ങൾ ഉൾപ്പെടാത്ത ജോലി).

ഐസോബാറിക് പ്രക്രിയ (സ്ഥിരമായ മർദ്ദം)

ഒരു ഐസോബാറിക് പ്രക്രിയയിൽ, സിസ്റ്റത്തിലെ മർദ്ദം സ്ഥിരമായി നിലനിർത്തുന്നു. മർദ്ദം സ്ഥിരമായതിനാൽ, ഐസോബാറിക് പ്രക്രിയയിലെ ആന്തരിക ഊർജ്ജ മാറ്റം ( Δ U ), താപം (Q ), പ്രവൃത്തി (W ) എന്നിവ പൂജ്യമല്ല. അതിനാൽ, ഒന്നാം നിയമ തെർമോഡൈനാമിക്സ് ഫോർമുല മാറിയിട്ടില്ല.

ΔU = Q − W

ഐസോബാറിക് പ്രക്രിയയിൽ മർദ്ദത്തിലും വാതക വ്യാപ്തത്തിലും വരുന്ന മാറ്റങ്ങൾ താഴെയുള്ള ഗ്രാഫിൽ ചിത്രീകരിച്ചിരിക്കുന്നു:

ആദ്യം, സിസ്റ്റം വോള്യം = V₁ (ചെറിയ വ്യാപ്തം). മർദ്ദം സ്ഥിരമായി നിലനിർത്തുന്നതിനാൽ, സിസ്റ്റത്തിലേക്ക് താപം ചേർത്തതിനുശേഷം, സിസ്റ്റം വികസിക്കുകയും പരിസ്ഥിതിയിൽ പ്രവർത്തിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. പരിസ്ഥിതിയിൽ പ്രവർത്തിച്ചതിനുശേഷം, സിസ്റ്റം വ്യാപ്തം V ആയി മാറുന്നു.₂ (സിസ്റ്റം വോളിയം വർദ്ധനവ്). ചെയ്ത ജോലിയുടെ അളവ് (W) സിസ്റ്റം = ഷേഡുള്ള പ്രദേശം.

ചോദ്യം 1 :

താഴെയുള്ള രണ്ട് ഡയഗ്രാമുകളിലെ 1-2 കർവുകൾ അഡിയബാറ്റിക്കായും ഐസോതെർമലായും സംഭവിക്കുന്ന വാതക വികാസം (വാതക വ്യാപ്ത വർദ്ധനവ്) കാണിക്കുന്നു. ഏത് പ്രക്രിയയിലാണ് വാതകം നടത്തുന്ന പ്രവർത്തനം ചെറുതാകുന്നത്?

അഡിയബാറ്റിക് പ്രക്രിയയിൽ വാതകങ്ങൾ ചെയ്യുന്ന പ്രവർത്തനം ഐസോതെർമൽ പ്രക്രിയയിലെ വാതകങ്ങളുടെ പ്രവർത്തനത്തേക്കാൾ കുറവാണ്. ഷേഡഡ് ഏരിയ = വികാസ പ്രക്രിയയിൽ വാതകം ചെയ്യുന്ന പ്രവർത്തനം (വാതകത്തിന്റെ അളവ് വർദ്ധിക്കുന്നു). അഡിയബാറ്റിക് പ്രക്രിയയിൽ ഷേഡഡ് ഏരിയ ഐസോതെർമൽ പ്രക്രിയയുടെ ഷേഡഡ് ഏരിയയേക്കാൾ കുറവാണ്.

ചോദ്യം 2 :

താഴെയുള്ള ഡയഗ്രാമിൽ തെർമോഡൈനാമിക് പ്രക്രിയകൾ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. കർവുകൾ ab, dc = ഐസോകോറിക് പ്രക്രിയകൾ (സ്ഥിരമായ വ്യാപ്തം). കർവ് bc, ad = ഐസോബാറിക് പ്രക്രിയ (സ്ഥിരമായ മർദ്ദം). ab പ്രക്രിയയിൽ, താപം (Q) 600 ജൂളുകൾ സിസ്റ്റത്തിലേക്ക് ചേർക്കുന്നു. bc പ്രക്രിയയിൽ, താപം (Q) 800 ജൂളുകൾ സിസ്റ്റത്തിലേക്ക് ചേർക്കുന്നു.

a) ab പ്രക്രിയയിലെ ഊർജ്ജ മാറ്റങ്ങൾ

b) abc പ്രക്രിയയിലെ ഊർജ്ജ മാറ്റങ്ങൾ

c) ADC പ്രക്രിയയിലേക്ക് ചേർക്കുന്ന മൊത്തം താപം

പി ₁ = 2 x 10 ⁵ Pa = 2 x 10 ⁵ N / m ²

പി ₂ = 4 x 10 ⁵ Pa = 4 x 10 ⁵ N / m ²

വി ₁ = 2 ലിറ്റർ = 2 ഡിഎം ³ = 2 x 10 ^-3 മീ ³

വി ₂ = 4 ലിറ്റർ = 2 ഡിഎം ³ = 4 x 10 ^-3 മീ ³

പരിഹാരം

a) ab പ്രക്രിയയിലെ ആന്തരിക ഊർജ്ജ മാറ്റങ്ങൾ

ab പ്രക്രിയയിൽ, സിസ്റ്റത്തിലേക്ക് 600 J താപം ചേർക്കുന്നു. പ്രക്രിയ ab = ഐസോകോറിക് പ്രക്രിയ (സ്ഥിരമായ വ്യാപ്തം). ഐസോകോറിക് പ്രക്രിയയിൽ, സിസ്റ്റത്തിൽ താപം ചേർക്കുന്നത് സിസ്റ്റത്തിലെ ഊർജ്ജം വർദ്ധിപ്പിക്കുകയേയുള്ളൂ. അങ്ങനെ, താപം സ്വീകരിച്ചതിനുശേഷം സിസ്റ്റത്തിൽ ഊർജ്ജം മാറുന്നു:

ΔU = Q

ΔU = 600 ജെ

b) abc പ്രക്രിയയിലെ ഊർജ്ജ മാറ്റങ്ങൾ

പ്രോസസ്സ് ab = ഐസോകോറിക് പ്രക്രിയ (സ്ഥിരമായ വ്യാപ്തം). ab പ്രക്രിയയിൽ, സിസ്റ്റത്തിലേക്ക് 600 J താപം ചേർക്കുന്നു. സ്ഥിരമായ വ്യാപ്തം കാരണം, സിസ്റ്റം ഒരു ജോലിയും ചെയ്യുന്നില്ല.

പ്രക്രിയ bc = ഐസോബാറിക് പ്രക്രിയ (സ്ഥിരമായ മർദ്ദം). bc പ്രക്രിയയിൽ, താപം (Q) 800 ജൂളുകൾ സിസ്റ്റത്തിലേക്ക് ചേർക്കുന്നു. ഐസോബാറിക് പ്രക്രിയയിൽ, സിസ്റ്റത്തിന് ജോലി ചെയ്യാൻ കഴിയും. bc പ്രക്രിയയിൽ (ഐസോബാറിക് പ്രക്രിയ) സിസ്റ്റം ചെയ്യുന്ന ജോലിയുടെ അളവ്:

W = P (V ₂ – V ₁ ) — സ്ഥിരമായ മർദ്ദം

പ = പി ₂ (വി ₂ – വി ₁ )

പ = 4 x 10 ⁵ N/m ² (4 x 10 ^-3 മീ ³ – 2 x 10 ^-3 മീ ³ )

പ = 4 x 10 ⁵ N/m ² (2 x 10 ^-3 മീ ³ )

W = 8 x 10 ² ജൂൾ

പ = 800 ജൂൾ

abc പ്രക്രിയയിൽ സിസ്റ്റത്തിലേക്ക് ചേർക്കുന്ന ആകെ താപം:

Q ആകെ = Q ab + Q bc

Q ആകെ = 600 J + 800 J

Q ആകെ = 1400 ജൂളുകൾ

abc പ്രക്രിയയിൽ സിസ്റ്റം നിർവ്വഹിക്കുന്ന ആകെ ജോലി ഇതാണ്:

W ആകെ = W ab + W bc

ആകെ W = 0 + W bc

ആകെ W = 0 + 800 ജൂൾ

ആകെ W = 800 ജൂൾ

പ്രക്രിയയിലെ ആന്തരിക ഊർജ്ജ മാറ്റങ്ങൾ abc = 600 J

c) ADC പ്രക്രിയയിലേക്ക് ചേർക്കുന്ന മൊത്തം താപം

സിസ്റ്റത്തിലേക്ക് ചേർക്കുന്ന മൊത്തം താപം താഴെ പറയുന്ന സമവാക്യം ഉപയോഗിച്ച് കണക്കാക്കാം:

ΔU = Q – W

Q = ΔU + W

പ്രോസസ്സ് adc-യിൽ ചേർത്ത മൊത്തം താപം = adc-യിലെ ആന്തരിക ഊർജ്ജ മാറ്റങ്ങൾ + പ്രക്രിയയിലെ പ്രവർത്തനം adc.

സിസ്റ്റങ്ങളും പരിസ്ഥിതിയും തമ്മിലുള്ള ഊർജ്ജ കൈമാറ്റത്തിൽ താപവും അധ്വാനവും ഉൾപ്പെടുന്നു, അതേസമയം ആന്തരിക ഊർജ്ജ മാറ്റങ്ങൾ സിസ്റ്റവും പരിസ്ഥിതിയും തമ്മിലുള്ള ഊർജ്ജ കൈമാറ്റത്തിന്റെ ഫലമാണ്. അതിനാൽ, ഊർജ്ജത്തിലെ മാറ്റം ഊർജ്ജ കൈമാറ്റ പ്രക്രിയയെ ആശ്രയിക്കുന്നില്ല. മറുവശത്ത്, താപവും അധ്വാനവും പ്രക്രിയയെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു. ഐസോകോറിക് പ്രക്രിയയിൽ (സ്ഥിരമായ വ്യാപ്ത സംവിധാനം), ഊർജ്ജ കൈമാറ്റം താപത്തിന്റെ രൂപത്തിൽ മാത്രമാണ്, അതേസമയം അധ്വാനം അങ്ങനെയല്ല. ഐസോബാറിക് പ്രക്രിയയിൽ (സ്ഥിരമായ മർദ്ദം), ഊർജ്ജ കൈമാറ്റത്തിൽ താപവും അധ്വാനവും ഉൾപ്പെടുന്നു. പ്രക്രിയയെ ആശ്രയിക്കുന്നില്ലെങ്കിലും, അവസാന വ്യവസ്ഥയുടെ പ്രാരംഭ അവസ്ഥയെയും അവസ്ഥയെയും ആശ്രയിച്ച് ഊർജ്ജം മാറുന്നു. പ്രാരംഭ, അന്തിമ അവസ്ഥകൾ ഒന്നുതന്നെയാണെങ്കിൽ, പ്രക്രിയ വ്യത്യസ്തമാണെങ്കിലും ഊർജ്ജത്തിലെ മാറ്റങ്ങൾ എല്ലായ്പ്പോഴും ഒരുപോലെയാണ്.

മുകളിലുള്ള ഗ്രാഫിലെ abc പ്രക്രിയയുടെ പ്രാരംഭ, അന്തിമ അവസ്ഥകൾ = adc പ്രക്രിയയുടെ പ്രാരംഭ, അന്തിമ അവസ്ഥകൾ. അങ്ങനെ, adc പ്രക്രിയയിൽ ആന്തരിക ഊർജ്ജ മാറ്റങ്ങൾ = 600 J.

adc പ്രക്രിയയിൽ നടത്തിയ ആകെ (W) പ്രവൃത്തി = പരസ്യത്തിലെ W പ്രക്രിയ + dc പ്രക്രിയയിൽ W.

പരസ്യ പ്രക്രിയ ഒരു ഐസോബാറിക് പ്രക്രിയയാണ് (സ്ഥിരമായ മർദ്ദം), അതേസമയം ഡിസി പ്രക്രിയ ഒരു ഐസോകോറിക് പ്രക്രിയയാണ് (സ്ഥിരമായ വ്യാപ്തം). സ്ഥിരമായ വ്യാപ്തം കാരണം, ഡിസി പ്രക്രിയയിൽ ഒരു പ്രവൃത്തിയും നടക്കുന്നില്ല. ആദ്യം, പരസ്യ പ്രക്രിയയിൽ ചെയ്ത പ്രവൃത്തി നമ്മൾ കണക്കാക്കുന്നു.

W പരസ്യം = P (V ₂ ‐ V ₁ )

W പരസ്യം = P ₁ (V ₂ ‐ V ₁ )

W പരസ്യം = 2 x 10 ⁵ N/m ² (4 x 10 ^‐3 m ³ ‐ 2 x 10 ^‐3 m ³ )

W പരസ്യം = 2 x 10 ⁵ N/m ² (2 x 10 ^‐3 m ³ )

W പരസ്യം = 4 x 10 ² ജൂൾ

W പരസ്യം = 400 ജൂൾ

ആകെ W = പ്രക്രിയയിൽ W a‐d + പ്രക്രിയയിൽ W d‐c

ആകെ W = 400 ജൂൾസ് + 0

ആകെ W = 400 ജൂൾ

അങ്ങനെ, ADC പ്രക്രിയയിൽ ചേർക്കുന്ന താപത്തിന്റെ അളവ്:

Q = ΔU + W

ക്യു = 600 ജെ + 400 ജെ

Q = 1000 J

ചോദ്യം 3 :

1 ലിറ്റർ വെള്ളം 1 എടിഎം മർദ്ദത്തിൽ തിളപ്പിക്കുമ്പോൾ 1671 ലിറ്റർ നീരാവിയായി മാറുന്നു. ആന്തരിക ഊർജ്ജത്തിലെ മാറ്റവും വെള്ളം ബാഷ്പീകരിക്കപ്പെടുമ്പോൾ ചെയ്യുന്ന ജോലിയും കണക്കാക്കുക... (വെള്ളത്തിന്റെ ബാഷ്പീകരണ താപം = L _V = 22.6 x 10 ⁵ J/Kg)

പരിഹാരം

ജല സാന്ദ്രത = 1000 കിലോഗ്രാം/മീറ്റർ ³

ജലത്തിന്റെ ബാഷ്പീകരണ താപം (L _V ) = 22.6 x 10 ⁵ J / Kg

പി = 1 എടിഎം = 1.013 x 10 ⁵ Pa = 1.013 x 10 ⁵ N/m ²

V ₁ = 1 ലിറ്റർ = 1 dm ³ = 1 x 10 ^-3 m ³ (ജലത്തിന്റെ അളവ്)

V ₂ = 1671 ലിറ്റർ = 1671 dm ³ = 1671 x 10 ^-3 m ³ (നീരാവിയുടെ അളവ്)

a) ആന്തരിക ഊർജ്ജത്തിലെ മാറ്റങ്ങൾ

ആന്തരിക ഊർജ്ജത്തിലെ മാറ്റങ്ങൾ = ജലത്തിൽ ചേർക്കുന്ന താപം മൈനസ് ജലം ബാഷ്പീകരിക്കപ്പെടുമ്പോൾ ചെയ്യുന്ന ജോലി. ആദ്യ എണ്ണം ജലത്തിൽ ചേർക്കുന്ന താപം (Q) ...

Q = m L _V

ജലസാന്ദ്രത = ജലത്തിന്റെ പിണ്ഡം / ജലത്തിന്റെ അളവ്

ജലത്തിന്റെ പിണ്ഡം (മീ) = ജല സാന്ദ്രത x ജലത്തിന്റെ അളവ്

ജലത്തിന്റെ പിണ്ഡം (മീ) = (1000 കിലോഗ്രാം/മീ ³ ) (1 x 10 ^-3 മീ ³ )

ജലത്തിന്റെ പിണ്ഡം (മീ) = (1000 കിലോഗ്രാം/മീ ³ ) (0.001 മീ ³ )

ജലത്തിന്റെ പിണ്ഡം (മീ) = 1 കിലോ

Q = (1 കി.ഗ്രാം) (22.6 x 10 ⁵ J / കി.ഗ്രാം)

Q = 22.6 x 10 ⁵ J

വെള്ളം ബാഷ്പീകരിക്കപ്പെടുമ്പോൾ ചെയ്യുന്ന ജോലി (W) കണക്കാക്കുക. വെള്ളം തിളയ്ക്കുന്നത് സ്ഥിരമായ മർദ്ദത്തിലാണ് (ഐസോബാറിക് പ്രക്രിയ) സംഭവിക്കുന്നത്.

W = p (V ₂ – V ₁ )

പ = 1.013 x 10 ⁵ N/m ² (1671 x 10 ^-3 മീ ³ – 1 x 10 ^-3 മീ ³ )

പ = 1.013 x 10 ⁵ N/m ² (1670 x 10 ^-3 മീ ³ )

W = 1691.71 x 10 ² ജൂൾ

W = 1.7 x ¹⁰⁵ ജൂൾസ്

ജലത്തിന്റെ ആന്തരിക ഊർജ്ജത്തിലെ മാറ്റങ്ങൾ:

ΔU = Q – W

ΔU = 22.6 x 10 ⁵ J - 1.7 x 10 ⁵ J

ΔU = 20.9 x 10 ⁵ ജെ

ΔU = 21 x 10 ⁵ ജെ

21 x 10 ⁵ ജലത്തിൽ ചേർക്കുന്ന ജൂൾ താപം ആന്തരിക ഊർജ്ജം വർദ്ധിപ്പിക്കാൻ ഉപയോഗിക്കുന്നു (ജല ദ്രാവകം നിലനിർത്തുന്ന തന്മാത്രകൾക്കിടയിലുള്ള ടെൻസൈൽ ബലങ്ങളെ മറികടക്കുന്നു). മറ്റൊരു വിധത്തിൽ പറഞ്ഞാൽ, ജലത്തെ നീരാവിയാക്കി മാറ്റാൻ 21 x 10 ⁵ J ഉപയോഗിക്കുന്നു. വെള്ളം നീരാവിയായി മാറുമ്പോൾ, ശേഷിക്കുന്ന 1.7 x 105 J ജോലി ചെയ്യാൻ ഉപയോഗിക്കുന്നു.

ചോദ്യം 4 :

ഒരു സിലിണ്ടറിലെ 1 മോൾ വാതകം അഡിയബാറ്റിക് ആയി വേഗത്തിൽ വികസിക്കുന്നു. ആദ്യം, വാതക താപനില = 1000 K. വികസിപ്പിച്ചതിനുശേഷം, വാതക താപനില 500 K ആയി കുറയുന്നു. വാതകം ചെയ്യുന്ന ജോലി നിർണ്ണയിക്കുക ...

പരിഹാരം

വാതക വികാസം അഡിയബാറ്റിക് രീതിയിലാണ് സംഭവിക്കുന്നത്. അഡിയബാറ്റിക് പ്രക്രിയയിൽ, ഒരു താപവും സിസ്റ്റത്തിലേക്ക് പ്രവേശിക്കുകയോ പുറത്തുപോകുകയോ ചെയ്യുന്നില്ല. അങ്ങനെ, വാതകത്തിൽ ചെയ്യുന്ന ജോലി = വാതകത്തിലെ ഊർജ്ജ മാറ്റങ്ങൾ.

ΔU = Q – W അല്ലെങ്കിൽ W = Q – Δ U → Q = 0

പ = 0 – ΔU

പ = – Δയു

ആദർശ വാതകത്തിലെ ഊർജ്ജ സമവാക്യം ഉപയോഗിച്ച് വാതകത്തിലെ ഊർജ്ജ മാറ്റങ്ങൾ നമുക്ക് കണക്കാക്കാം:

ΔU = 3/2 (1 mol) (8.315 J / mol. K) (500 K - 1000 K)

ΔU = 3/2 (1 mol) (8.315 J / mol. K) (- 500 K)

ΔU = -6236.25 ജെ

അങ്ങനെ, വാതകം നടത്തുന്ന ജോലിയുടെ അളവ്:

പ = – Δയു

പ = – (- 6236.25 ജെ)

പ = 6236.25 ജെ