تھرموڈینامکس کا پہلا قانون

تھرموڈینامک عمل

حرارت (Q) وہ توانائی ہے جو درجہ حرارت کے فرق کی وجہ سے ایک چیز سے دوسری چیز میں منتقل ہوتی ہے۔ نظام اور ماحول کے بارے میں، حرارت ایک نظام سے ماحول میں منتقل ہونے والی توانائی ہے یا درجہ حرارت کے فرق کی وجہ سے ماحول سے نظام میں منتقل ہونے والی توانائی ہے۔ اگر نظام کا درجہ حرارت محیطی درجہ حرارت سے زیادہ ہے، تو حرارت نظام سے ماحول میں بہہ جائے گی۔ اگر محیطی درجہ حرارت نظام کے درجہ حرارت سے زیادہ ہے، تو گرمی ماحول سے نظام میں بہتی ہے۔

حرارت (Q) توانائی ہے جو درجہ حرارت کے فرق کی وجہ سے حرکت کرتی ہے، جبکہ کام (W) کام کے ذریعے توانائی کی منتقلی سے متعلق ہے۔ مثال کے طور پر، اگر نظام ماحول پر کام کرتا ہے، تو توانائی نظام سے ماحول میں منتقل ہوتی ہے۔ اس کے برعکس، اگر ماحول نظام پر کام کرتا ہے، تو توانائی ماحول سے نظام میں منتقل ہوتی ہے۔

اندرونی توانائی اور تھرموڈینامکس کا پہلا قانون

نظام کی اندرونی توانائی (U) نظام میں موجود تمام سالماتی حرکی توانائی کا مجموعہ ہے، نیز نظام میں مالیکیولز کے درمیان تعامل سے پیدا ہونے والی تمام ممکنہ توانائی کی مقدار۔ اگر گرمی ماحول سے نظام کی طرف جاتی ہے (نظام توانائی حاصل کرتا ہے)، تو نظام میں توانائی بڑھ جاتی ہے۔ اس کے برعکس، اگر نظام ماحول پر کام کرتا ہے (نظام توانائی جاری کرتا ہے)، تو نظام میں توانائی کم ہو جاتی ہے۔

توانائی کے تحفظ کی بنیاد پر، نظام میں داخلی توانائی میں تبدیلیاں ہوتی ہیں = نظام میں حرارت شامل کی جاتی ہے (نظام توانائی حاصل کرتا ہے) نظام کی طرف سے کئے گئے کام کو کم کر دیتا ہے (نظام توانائی جاری کرتا ہے)۔

ΔU = اندرونی توانائی کی تبدیلیاں، Q = حرارت، W = کام

اندرونی توانائی نظام کی خوردبینی مقدار ہے تاکہ اس کی قدر معلوم نہ ہو سکے۔ جبکہ اندرونی توانائی میں ہونے والی تبدیلیوں کو نظام میں شامل توانائی اور حرارت اور کام کی صورت میں نظام کے ذریعے جاری کردہ توانائی کے ذریعے معلوم کیا جا سکتا ہے۔ اس کے برعکس، میکروسکوپک مقداریں جیسے درجہ حرارت (T)، دباؤ (p)، حجم (V) اور ماس (m) یا کچھ moles (n) معلوم ہوتے ہیں۔

حرارت اور کام صرف نظام اور ماحول کے درمیان توانائی کی منتقلی کے عمل میں شامل ہیں۔ حرارت اور کام ایک مقدار نہیں ہے جو نظام کی حالت بیان کرتی ہے۔

حرارت (Q) اور کام (W) کے اصولوں پر دستخط کریں

حرارت اور کام کے نشانی اصول تھرموڈینامکس کے پہلے قانون کی مساوات کے مطابق ہوتے ہیں۔ مندرجہ بالا مساوات میں حرارت (Q) وہ حرارت ہے جو سسٹم (Q مثبت) میں شامل کی جاتی ہے، جبکہ اوپر کی مساوات میں کام (W) نظام (W مثبت) کے ذریعے کیا جانے والا کام ہے۔ اگر حرارت نظام سے نکل جاتی ہے، تو Q منفی ہے۔ اگر سسٹم پر کام کیا جائے تو ڈبلیو منفی ہے۔

مثال 1:

اگر سسٹم میں ہیٹ 2000 Joules شامل کیا جاتا ہے، جبکہ سسٹم 1000 Joules کام کرتا ہے۔ اندرونی توانائی کا نظام کتنا بدلتا ہے؟

حل

ΔU = Q – W = 2000 – 1000 = 1000 Joules۔

یہ نظام 2000 جولز حرارت (سسٹم حاصل کرنے والی توانائی) جذب کرتا ہے، یہ نظام 1000 جولز کام (سسٹم ریلیز انرجی) بھی فراہم کرتا ہے۔ نظام توانائی کی تبدیلی = 1000 جولز۔

مثال 2:

ہیٹ 2000 Joules سسٹم سے نکل جاتا ہے۔ سسٹم 1000 جول کا کام کرتا ہے۔ نظام کی اندرونی توانائی کی تبدیلیوں کا حساب لگائیں۔

حل

اگر نظام حرارت جاری کرتا ہے، تو Q منفی ہے۔

ΔU = Q – W = -2000 – 1000= -3000 Joules۔

سسٹم 2000 جول حرارت جاری کرتا ہے۔ یہ نظام 1000 جول کا کام بھی کرتا ہے (سسٹم ریلیز انرجی)۔ اس طرح، نظام کی اندرونی توانائی 3000 J کی طرف سے کم ہے.

مثال 3:

سسٹم میں 2000 Joules گرمی شامل کی جاتی ہے، اور 1000 Joules کا کام سسٹم پر ہوتا ہے۔ نظام کی اندرونی توانائی کی تبدیلیوں کا حساب لگائیں۔

حل

سسٹم پر کام کیا گیا تھا، لہذا W منفی ہے۔

ΔU = Q – W = 2000 – (-1000) = 3000 Joules۔

نظام کی اندرونی توانائی میں 3000 Joules کا اضافہ ہوتا ہے۔