मूलभूत भौतिकशास्त्र शिकवणी

अपरिवर्तनीय ऊष्मागतिक प्रक्रियांचे स्पष्टीकरण देण्यासाठी, शास्त्रज्ञांनी ऊष्मागतिकीचा दुसरा नियम मांडला. ऊष्मागतिकीचा दुसरा नियम स्पष्ट करतो की विश्वात कोणत्या प्रक्रिया घडू शकतात आणि कोणत्या घडू शकत नाहीत. आर. जे. ई. क्लॉसियस (१८२२-१८८८) नावाच्या एका शास्त्रज्ञाने खालील विधान केले:

नैसर्गिकरित्या, उष्णता जास्त तापमानाच्या वस्तूंपासून कमी तापमानाच्या वस्तूंकडे जाते; नैसर्गिकरित्या, उष्णता कमी तापमानाच्या वस्तूंपासून जास्त तापमानाच्या वस्तूंकडे जात नाही (उष्मागतिकीचा दुसरा नियम—क्लॉसियसचे विधान).

क्लॉसियसचे विधान हे ऊष्मागतिकीच्या दुसऱ्या नियमाच्या विशेष विधानांपैकी एक आहे. याला विशेष विधान म्हटले जाते कारण ते केवळ उष्णता हस्तांतरणाशी संबंधित असलेल्या एकाच प्रक्रियेला लागू होते. हे विधान इतर प्रक्रियांशी संबंधित नसल्यामुळे, आपल्याला एका अधिक सामान्य विधानाची आवश्यकता असते. ऊष्मागतिकीच्या दुसऱ्या नियमाच्या सामान्य विधानाचा विकास उष्णता इंजिनांच्या अभ्यासावर आधारित आहे. म्हणून, आपण प्रथम इंजिनातील उष्णतेवर चर्चा करू.

अधिक वाचा

लेख थर्मोडायनामिक प्रक्रिया : समतापी रुद्धोष्म समआयतन समदाबी

चार थर्मोडायनामिक प्रक्रिया आहेत, त्या म्हणजे समतापी, समआयतन, समदाबी आणि रुद्धोष्म प्रक्रिया.

समतापी प्रक्रिया (स्थिर तापमान)

समतापी प्रक्रियेमध्ये, प्रणालीचे तापमान स्थिर ठेवले जाते. सैद्धांतिकदृष्ट्या, विश्लेषित प्रणाली एक आदर्श वायू आहे. आदर्श वायूचे तापमान हे आदर्श वायूच्या अंतर्गत ऊर्जेशी (U = 3/2 n RT) समप्रमाणात असते. T बदलत नाही, म्हणून U सुद्धा बदलत नाही. अशाप्रकारे, जर हे समतापी प्रक्रियेला लागू केले, तर औष्णिक गतिकीच्या समीकरणाचा पहिला नियम असा होतो:

अधिक वाचा

थर्मोडायनामिक प्रक्रिया

उष्णता (Q) ही तापमानातील फरकामुळे एका वस्तूपासून दुसऱ्या वस्तूकडे जाणारी ऊर्जा आहे. प्रणाली आणि वातावरणाच्या बाबतीत, उष्णता म्हणजे तापमानातील फरकामुळे प्रणालीकडून वातावरणाकडे किंवा वातावरणाकडून प्रणालीकडे जाणारी ऊर्जा होय. जर प्रणालीचे तापमान सभोवतालच्या तापमानापेक्षा जास्त असेल, तर उष्णता प्रणालीकडून वातावरणाकडे प्रवाहित होईल. जर सभोवतालचे तापमान प्रणालीच्या तापमानापेक्षा जास्त असेल, तर उष्णता वातावरणाकडून प्रणालीकडे प्रवाहित होईल.

उष्णता (Q) ही तापमानातील फरकामुळे होणारी ऊर्जा आहे, तर कार्य (W) हे कार्याद्वारे होणाऱ्या ऊर्जा हस्तांतरणाशी संबंधित आहे. उदाहरणार्थ, जर प्रणाली पर्यावरणावर कार्य करत असेल, तर ऊर्जा प्रणालीकडून पर्यावरणाकडे जाते. याउलट, जर पर्यावरण प्रणालीवर कार्य करत असेल, तर ऊर्जा पर्यावरणाकडून प्रणालीकडे जाते.

अधिक वाचा

अस्थितीस्थापक टक्कर

अप्रत्यास्थ टक्करांमध्ये गतिज ऊर्जेच्या अक्षय्यतेचा नियम लागू होत नाही. जर टक्कर होणाऱ्या दोन वस्तूंवर कोणतेही बाह्य बल कार्य करत नसेल, तरच अप्रत्यास्थ टक्करांमध्ये संवेगाच्या अक्षय्यतेचा नियम लागू होतो. अप्रत्यास्थ टक्करीमध्ये, टक्कर झाल्यानंतर दोन वस्तू एकमेकांना चिकटतात किंवा जोडल्या जातात.

उदाहरण प्रश्न १.

दोन वस्तूंचे वस्तुमान समान आहे, म्हणजे १ किलोग्रॅम. वस्तू १ सपाट पृष्ठभागावर १० मीटर/सेकंद वेगाने जात असताना स्थिर असलेल्या वस्तू २ ला धडकते. धडकेनंतर, दोन्ही वस्तू एकमेकांना चिकटतात. धडकेनंतर दोन्ही वस्तूंचा वेग किती असेल?

अधिक वाचा

अंशतः लवचिक टक्कर

अर्धस्थितीस्थापक टक्करांमध्ये, संवेग अक्षय्यतेचा नियम लागू होतो, तर गतिज ऊर्जा अक्षय्यतेचा नियम लागू होत नाही. टक्कर होत असताना, काही गतिज ऊर्जेचे रूपांतर ध्वनी ऊर्जा, उष्णता ऊर्जा आणि आंतरिक ऊर्जेमध्ये होते. 'स्थितीस्थापक' या शब्दाच्या वापरावरून हे सूचित होते की, टक्करीनंतर दोन्ही वस्तू एकमेकांना चिकटून न राहता उसळून दूर जातात.

अर्धस्थितीस्थापक टक्करीचे एक उदाहरण म्हणजे दोन गोट्यांची किंवा दोन पूल बॉल्सची एकमितीय टक्कर.

अधिक वाचा

रेषीय संवेगाचे संवर्धन

रेषीय संवेग अक्षय्यतेच्या नियमानुसार, जर टक्कर होणाऱ्या दोन वस्तूंवर कोणतेही बाह्य बल कार्य करत नसेल, तर टक्करीपूर्वीचा वस्तूंचा संवेग हा टक्करीनंतरच्या वस्तूंच्या संवेगाइतका असतो.

p₁ +p₂ = पी₁ ' + p₂ ' ………………….. समीकरण १.५

m₁ v₁ + मी₂ v₂ = मी₁ v₁ ' + मी₂ v₂ '

जर टक्कर झाल्यानंतर दोन्ही वस्तू एकमेकांना चिकटल्या,

m₁ v₁ + मी₂ v₂ = (मी₁ + मी₂ ) v'

अधिक वाचा

पूर्णपणे लवचिक टक्कर

दोन वस्तूंच्या टक्करीला पूर्णपणे स्थितिस्थापक टक्कर म्हणतात, जर टक्करीपूर्वी प्रत्येक वस्तूचा संवेग किंवा गतिज ऊर्जा ही टक्करीनंतरच्या प्रत्येक वस्तूच्या संवेग आणि गतिज ऊर्जेच्या समान असेल. दुसऱ्या शब्दांत, संवेग अक्षय्यतेचा नियम आणि गतिज ऊर्जेच्या अक्षय्यतेचा नियम पूर्णपणे स्थितिस्थापक टक्करींमध्ये लागू होतात. 'स्थितिस्थापक' या शब्दाच्या वापरावरून हे सूचित होते की, टक्करीनंतर दोन्ही वस्तू एकमेकांना चिकटत नाहीत किंवा जोडल्या जात नाहीत, तर त्या उसळून दूर जातात. प्रत्येक वस्तूचा संवेग संरक्षित राहतो.

प्रत्येक वस्तूचा संवेग संरक्षित राहतो.

अधिक वाचा

कार्य-यांत्रिक ऊर्जा तत्त्व

कार्य-गतिज ऊर्जा प्रमेयानुसार, निव्वळ कार्य किंवा निव्वळ बलाने केलेले कार्य हे गतिज ऊर्जेतील बदलाच्या समान असते.

W_{निव्वळ} = ला_t – ला_o = 1⁄2 m(v_t² - वि_o²)

W_{निव्वळ} बलांचे दोन प्रकार आहेत, म्हणजे संवर्धक बल आणि असंवर्धक बल. त्यामुळे, निव्वळ कार्य हे संवर्धक बलाने केलेले कार्य आणि असंवर्धक बलाने केलेले कार्य यांच्या बेरजेने बनलेले आहे असे मानले जाऊ शकते.

W_c + प_nc = ΔKE

अधिक वाचा

संरक्षक बलांनी केलेले कार्य स्थितीज ऊर्जा

एका वस्तूचे निरीक्षण करा जी उभ्या दिशेने वर जाते आणि कमाल उंची गाठल्यानंतर आपल्या सुरुवातीच्या स्थितीत परत येते. जेव्हा वस्तू उभ्या दिशेने वर जात असते, तेव्हा वजन त्या वस्तूवर ऋण कार्य करते. जेव्हा वस्तू वर जात असते, तेव्हा तिची उंची वाढते. त्यामुळे, वस्तूची गुरुत्वीय स्थितीज ऊर्जा देखील वाढते. यावरून असा निष्कर्ष काढता येतो की, वजनाने केलेले ऋण कार्य हे वस्तूच्या गुरुत्वीय स्थितीज ऊर्जेतील (PE) वाढीइतके असते.

अधिक वाचा

संरक्षक शक्ती आणि असंरक्षक शक्ती

१. कंझर्व्हेटिव्ह फोर्स

१.१ वजन (w)

एका वस्तूचे निरीक्षण करा जी कमाल उंची गाठेपर्यंत उभ्या दिशेने वर जाते आणि नंतर आपल्या मूळ स्थितीकडे खाली येते. जेव्हा वस्तू h अंतराने उभ्या दिशेने वर जाते, तेव्हा वजनाची दिशा विस्थापनाच्या विरुद्ध असते. त्यामुळे, वजन वस्तूवर ऋण कार्य करते. 

W = wh (cos 180^o) = – wh = – mgh

कमाल उंचीवर पोहोचल्यानंतर, वस्तू तिच्या सुरुवातीच्या स्थितीकडे h ने खाली सरकते. खाली सरकताना, वजन विस्थापनाच्या दिशेनेच असते. ते विस्थापनाच्या दिशेनेच असल्यामुळे, वजन धन कार्य करते.

अधिक वाचा