வெப்ப இயக்கவியலின் முதல் விதி

வெப்ப இயக்கவியல் செயல்முறை

வெப்பம் (Q) என்பது வெப்பநிலை வேறுபாட்டின் காரணமாக ஒரு பொருளில் இருந்து மற்றொரு பொருளுக்கு நகரும் ஆற்றலாகும். அமைப்புகள் மற்றும் சூழல்களைப் பொறுத்தவரை, வெப்பநிலை வேறுபாட்டின் காரணமாக, அமைப்பிலிருந்து சூழலுக்கு நகரும் ஆற்றல் அல்லது சூழலில் இருந்து அமைப்புக்கு நகரும் ஆற்றலே வெப்பம் ஆகும். அமைப்பின் வெப்பநிலை சுற்றுப்புற வெப்பநிலையை விட அதிகமாக இருந்தால், வெப்பம் அமைப்பிலிருந்து சூழலுக்குப் பாயும். சுற்றுப்புற வெப்பநிலை அமைப்பின் வெப்பநிலையை விட அதிகமாக இருந்தால், வெப்பம் சூழலில் இருந்து அமைப்புக்குப் பாயும்.

வெப்பம் (Q) என்பது வெப்பநிலை வேறுபாட்டின் காரணமாக நகரும் ஆற்றலாகும், அதேசமயம் வேலை (W) என்பது வேலையின் மூலம் ஆற்றல் பரிமாற்றம் செய்யப்படுவதோடு தொடர்புடையது. எடுத்துக்காட்டாக, ஒரு அமைப்பு சுற்றுச்சூழலின் மீது வேலை செய்தால், ஆற்றல் அந்த அமைப்பிலிருந்து சுற்றுச்சூழலுக்கு நகரும். இதற்கு நேர்மாறாக, சுற்றுச்சூழல் அந்த அமைப்பின் மீது வேலை செய்தால், ஆற்றல் சுற்றுச்சூழலிலிருந்து அமைப்புக்கு நகரும்.

அக ஆற்றல் மற்றும் வெப்ப இயக்கவியலின் முதல் விதி

ஒரு அமைப்பின் அக ஆற்றல் (U) என்பது, அந்த அமைப்பில் உள்ள அனைத்து மூலக்கூறு இயக்க ஆற்றல் மற்றும் அவ்வமைப்பில் உள்ள மூலக்கூறுகளுக்கு இடையேயான இடைவினையால் உருவாகும் அனைத்து நிலை ஆற்றல் ஆகியவற்றின் கூட்டுத்தொகையாகும். சுற்றுச்சூழலிலிருந்து அமைப்புக்கு வெப்பம் பாய்ந்தால் (அமைப்பு ஆற்றலைப் பெற்றால்), அமைப்பில் உள்ள ஆற்றல் அதிகரிக்கும். இதற்கு நேர்மாறாக, அமைப்பு சுற்றுச்சூழலின் மீது வேலை செய்தால் (அமைப்பு ஆற்றலை வெளியிட்டால்), அமைப்பில் உள்ள ஆற்றல் குறையும்.

ஆற்றல் அழிவின்மை விதியின்படி, ஒரு அமைப்பின் அக ஆற்றல் மாற்றம் என்பது, அமைப்புக்குச் சேர்க்கப்படும் வெப்பம் (அமைப்பு ஆற்றலைப் பெறுகிறது) - அமைப்பால் செய்யப்படும் வேலை (அமைப்பு ஆற்றலை வெளியிடுகிறது) ஆகும்.

ΔU = அக ஆற்றல் மாற்றங்கள், Q = வெப்பம், W = வேலை

அக ஆற்றல் என்பது ஒரு அமைப்பின் நுண்ணிய அளவு என்பதால் அதன் மதிப்பை அறிய முடியாது. அதேசமயம், அமைப்புக்குச் சேர்க்கப்படும் ஆற்றல் மற்றும் வெப்பம், வேலை வடிவில் அமைப்பால் வெளியிடப்படும் ஆற்றல் ஆகியவற்றின் மூலம் அக ஆற்றலில் ஏற்படும் மாற்றங்களை அறிய முடியும். இதற்கு மாறாக, வெப்பநிலை (T), அழுத்தம் (p), கன அளவு (V) மற்றும் நிறை (m) அல்லது சில மோல்கள் (n) போன்ற பேரளவு அளவுகள் அறியப்பட்டவையாகும்.

அமைப்புக்கும் சுற்றுச்சூழலுக்கும் இடையேயான ஆற்றல் பரிமாற்றச் செயல்பாட்டில் மட்டுமே வெப்பமும் வேலையும் ஈடுபடுகின்றன. வெப்பமும் வேலையும் அமைப்பின் நிலையைக் குறிப்பிடும் அளவுகள் அல்ல.

வெப்பம் (Q) மற்றும் வேலை (W) ஆகியவற்றிற்கான குறியீட்டு விதிகள்

வெப்ப இயக்கவியல் முதல் விதியின் சமன்பாட்டிற்கு ஏற்ப, வெப்பம் மற்றும் வேலைக்கான குறியீட்டு விதிகள் சரிசெய்யப்பட்டுள்ளன. மேற்கண்ட சமன்பாட்டில் வெப்பம் (Q) என்பது அமைப்புடன் சேர்க்கப்படும் வெப்பம் (Q நேர்மறை), அதே சமயம் வேலை (W) என்பது அமைப்பால் செய்யப்படும் வேலை (W நேர்மறை). அமைப்பிலிருந்து வெப்பம் வெளியேறினால், Q எதிர்மறையாக இருக்கும். அமைப்பின் மீது வேலை செய்யப்பட்டால், W எதிர்மறையாக இருக்கும்.

எடுத்துக்காட்டு 1 :

ஒரு அமைப்பிற்கு 2000 ஜூல் வெப்பம் சேர்க்கப்பட்டு, அந்த அமைப்பு 1000 ஜூல் வேலை செய்தால், அமைப்பின் அக ஆற்றல் எவ்வளவு மாறும்?

தீர்வு

ΔU = Q – W = 2000 – 1000 = 1000 ஜூல்.

இந்த அமைப்பு 2000 ஜூல் வெப்பத்தை உள்வாங்குகிறது (அமைப்பு பெறும் ஆற்றல்), மேலும் 1000 ஜூல் வேலையையும் வழங்குகிறது (அமைப்பு வெளியிடும் ஆற்றல்). அமைப்பின் ஆற்றல் மாற்றம் = 1000 ஜூல்.

எடுத்துக்காட்டு 2 :

அமைப்பிலிருந்து 2000 ஜூல் வெப்பம் வெளியேறுகிறது. அமைப்பு 1000 ஜூல் வேலையைச் செய்கிறது. அமைப்பின் அக ஆற்றல் மாற்றங்களைக் கணக்கிடுங்கள்.

தீர்வு

அமைப்பு வெப்பத்தை வெளியிட்டால், Q எதிர்மறையாக இருக்கும்.

ΔU = Q – W = -2000 – 1000= -3000 ஜூல்.

இந்த அமைப்பு 2000 ஜூல் வெப்பத்தை வெளியிடுகிறது. மேலும், இந்த அமைப்பு 1000 ஜூல் வேலையையும் செய்கிறது (அமைப்பின் வெளியீட்டு ஆற்றல்). இதனால், அமைப்பின் அக ஆற்றல் 3000 ஜூல் குறைகிறது.

எடுத்துக்காட்டு 3 :

அமைப்புக்கு 2000 ஜூல் வெப்பம் சேர்க்கப்பட்டு, 1000 ஜூல் வேலை செய்யப்படுகிறது. அமைப்பின் அக ஆற்றல் மாற்றங்களைக் கணக்கிடுங்கள்.

தீர்வு

கணினி அமைப்பில் வேலை செய்யப்பட்டதால், W எதிர்மறையாக உள்ளது.

ΔU = Q – W = 2000 – (-1000) = 3000 ஜூல்.

அமைப்பின் அக ஆற்றல் 3000 ஜூல் அதிகரிக்கிறது.