ఉష్ణగతిక శాస్త్రం యొక్క మొదటి నియమం

ఉష్ణగతిక ప్రక్రియ

ఉష్ణం (Q) అనేది ఉష్ణోగ్రత వ్యత్యాసం కారణంగా ఒక వస్తువు నుండి మరొక వస్తువుకు ప్రసరించే శక్తి. వ్యవస్థలు మరియు పరిసరాల విషయానికి వస్తే, ఉష్ణోగ్రత వ్యత్యాసం కారణంగా వ్యవస్థ నుండి పరిసరాలకు ప్రసరించే శక్తి లేదా పరిసరాల నుండి వ్యవస్థకు ప్రసరించే శక్తినే ఉష్ణం అంటారు. వ్యవస్థ ఉష్ణోగ్రత పరిసర ఉష్ణోగ్రత కంటే ఎక్కువగా ఉంటే, ఉష్ణం వ్యవస్థ నుండి పరిసరాలకు ప్రవహిస్తుంది. పరిసర ఉష్ణోగ్రత వ్యవస్థ ఉష్ణోగ్రత కంటే ఎక్కువగా ఉంటే, అప్పుడు ఉష్ణం పరిసరాల నుండి వ్యవస్థకు ప్రవహిస్తుంది.

ఉష్ణం (Q) అనేది ఉష్ణోగ్రత వ్యత్యాసం కారణంగా ప్రసరించే శక్తి, కాగా పని (W) అనేది పని ద్వారా జరిగే శక్తి బదిలీకి సంబంధించినది. ఉదాహరణకు, వ్యవస్థ పరిసరాలపై పని చేస్తే, శక్తి వ్యవస్థ నుండి పరిసరాలకు ప్రసరిస్తుంది. దీనికి విరుద్ధంగా, పరిసరాలు వ్యవస్థపై పని చేస్తే, శక్తి పరిసరాల నుండి వ్యవస్థకు ప్రసరిస్తుంది.

అంతర్గత శక్తి మరియు ఉష్ణగతిక శాస్త్రం యొక్క మొదటి నియమం

వ్యవస్థ యొక్క అంతర్గత శక్తి (U) అనేది వ్యవస్థలోని మొత్తం అణు గతిజ శక్తికి, మరియు వ్యవస్థలోని అణువుల మధ్య పరస్పర చర్య వలన ఉత్పన్నమయ్యే మొత్తం స్థితిజ శక్తిని కలిపిన మొత్తానికి సమానం. పరిసరాల నుండి వ్యవస్థలోకి ఉష్ణం ప్రవహిస్తే (వ్యవస్థ శక్తిని పొందితే), వ్యవస్థలోని శక్తి పెరుగుతుంది. దీనికి విరుద్ధంగా, వ్యవస్థ పరిసరాలపై పని చేస్తే (వ్యవస్థ శక్తిని విడుదల చేస్తే), వ్యవస్థలోని శక్తి తగ్గుతుంది.

శక్తి నిత్యత్వ నియమం ప్రకారం, వ్యవస్థలోని అంతర్గత శక్తి మార్పు = వ్యవస్థకు చేర్చబడిన ఉష్ణం (వ్యవస్థ శక్తిని పొందుతుంది) మైనస్ వ్యవస్థ చేసిన పని (వ్యవస్థ శక్తిని విడుదల చేస్తుంది).

Δ U = అంతర్గత శక్తి మార్పులు, Q = ఉష్ణం, W = పని

అంతర్గత శక్తి అనేది వ్యవస్థ యొక్క సూక్ష్మ పరిమాణం, కాబట్టి దాని విలువను తెలుసుకోలేము. అయితే, వ్యవస్థకు చేర్చబడిన శక్తి మరియు వ్యవస్థ ద్వారా ఉష్ణం మరియు పని రూపంలో విడుదలయ్యే శక్తి ద్వారా అంతర్గత శక్తిలోని మార్పులను తెలుసుకోవచ్చు. దీనికి విరుద్ధంగా, ఉష్ణోగ్రత (T), పీడనం (p), ఘనపరిమాణం (V) మరియు ద్రవ్యరాశి (m) లేదా కొన్ని మోల్స్ (n) వంటి స్థూల పరిమాణాలు మనకు తెలుసు.

ఉష్ణం మరియు పని అనేవి వ్యవస్థకు మరియు పరిసరాలకు మధ్య జరిగే శక్తి బదిలీ ప్రక్రియలో మాత్రమే ఉంటాయి. ఉష్ణం మరియు పని అనేవి వ్యవస్థ యొక్క స్థితిని తెలియజేసే రాశులు కావు.

ఉష్ణం (Q) మరియు పని (W) కొరకు సంకేత నియమాలు

ఉష్ణం మరియు పని యొక్క సంకేత నియమాలు ఉష్ణగతిక శాస్త్ర మొదటి నియమం యొక్క సమీకరణానికి అనుగుణంగా సర్దుబాటు చేయబడ్డాయి. పై సమీకరణంలో ఉష్ణం (Q) అనేది వ్యవస్థకు జోడించబడిన ఉష్ణం (Q ధనాత్మకం), అయితే పై సమీకరణంలో పని (W) అనేది వ్యవస్థ ద్వారా చేయబడిన పని (W ధనాత్మకం). వ్యవస్థ నుండి ఉష్ణం బయటకు వెళితే, అప్పుడు Q రుణాత్మకం. వ్యవస్థపై పని జరిగితే, అప్పుడు W రుణాత్మకం.

ఉదాహరణ 1 :

వ్యవస్థకు 2000 జౌల్స్ ఉష్ణం జోడించబడినప్పుడు, ఆ వ్యవస్థ 1000 జౌల్స్ పని చేస్తే, వ్యవస్థ యొక్క అంతర్గత శక్తి ఎంత మారుతుంది?

సొల్యూషన్

Δ U = Q – W = 2000 – 1000 = 1000 జౌల్స్.

వ్యవస్థ 2000 జౌల్స్ ఉష్ణాన్ని గ్రహిస్తుంది (వ్యవస్థ శక్తిని పొందుతుంది), అలాగే 1000 జౌల్స్ పనిని కూడా చేస్తుంది (వ్యవస్థ శక్తిని విడుదల చేస్తుంది). వ్యవస్థ శక్తి మార్పు = 1000 జౌల్స్.

ఉదాహరణ 2 :

వ్యవస్థ నుండి 2000 జౌల్స్ ఉష్ణం బయటకు వెళుతుంది. వ్యవస్థ 1000 జౌల్స్ పని చేస్తుంది. వ్యవస్థ యొక్క అంతర్గత శక్తి మార్పులను లెక్కించండి.

సొల్యూషన్

వ్యవస్థ ఉష్ణాన్ని విడుదల చేస్తే, అప్పుడు Q రుణాత్మకంగా ఉంటుంది.

Δ U = Q – W = -2000 – 1000 = -3000 జౌల్స్.

ఈ వ్యవస్థ 2000 జౌల్ ఉష్ణాన్ని విడుదల చేస్తుంది. ఈ వ్యవస్థ 1000 జౌల్ పనిని కూడా చేస్తుంది (వ్యవస్థ శక్తిని విడుదల చేస్తుంది). అందువల్ల, వ్యవస్థ యొక్క అంతర్గత శక్తి 3000 J తగ్గుతుంది.

ఉదాహరణ 3 :

వ్యవస్థకు 2000 జౌల్స్ ఉష్ణం జోడించబడింది మరియు వ్యవస్థపై 1000 జౌల్స్ పని జరిగింది. వ్యవస్థ యొక్క అంతర్గత శక్తి మార్పులను లెక్కించండి.

సొల్యూషన్

సిస్టమ్‌పై పని జరిగింది, కాబట్టి W రుణాత్మకంగా ఉంది.

Δ U = Q – W = 2000 – (-1000) = 3000 జౌల్స్.

వ్యవస్థ యొక్క అంతర్గత శక్తి 3000 జౌల్స్ పెరుగుతుంది.