थर्मोडायनामिक्स: एंट्रोपी (कक्षा 11 और 12)

NCERT संदर्भ:

• कक्षा 11: अध्याय 12 - थर्मोडायनामिक्स
• कक्षा 12: अध्याय 2 - थर्मोडायनामिक्स

संपूर्ण नोट्स

थर्मोडायनामिक एंट्रोपी का परिभाषा:

• एंट्रोपी (S) एक थर्मोडायनामिक प्रणाली में व्यवस्थितता या व्यवस्थितता का माप है।
• गणितीय रूप से, एंट्रोपी संख्यात्मक ऊष्मा ऊष्मागत बदलाव (Q) के अवशेष तापमान (T) से भागीदारी की परिभाषा है: $$S = \frac{\Delta Q}{T} \ \ \ \text{(पुनर्वर्ती प्रक्रिया)}$$
• एंट्रोपी का इकाई केल्विन प्रति जूल (J/K) है।

विभिन्न प्रक्रियाओं के लिए एंट्रोपी बदलाव:

• इसोथर्मिक प्रक्रियाएँ: एक इसोथर्मिक प्रक्रिया में, तापमान स्थिर रहता है।

$$S_2 - S_1 = \frac{Q}{T}$$

• एडियाबेटिक प्रक्रियाएँ: एक एडियाबेटिक प्रक्रिया में, परिवेश के साथ कोई ताप विनिमय नहीं होता है।

$$S_2 - S_1 = 0$$

• ईसोबैरिक प्रक्रियाएँ: ईसोबैरिक प्रक्रिया में, दबाव स्थिर रहता है।

$$S_2 - S_1 = C_p\ln\frac{T_2}{T_1} - R\ln\frac{V_2}{V_1}$$

• ईसोचोरिक प्रक्रियाएँ: एक ईसोचोरिक प्रक्रिया में, आयाम स्थिर रहता है।

$$S_2 - S_1 = C_v\ln\frac{T_2}{T_1}$$

एंट्रोपी और स्वेच्छाचार:

• स्वेच्छाचारी प्रक्रियाएँ वे होती हैं जो बाहरी हस्तक्षेप के बिना स्वतः होती हैं।
• एंट्रोपी परिवर्तन को स्वेच्छाचार के साथ प्रत्यक्षता से जोड़ा जाता है। स्वेच्छाचारी प्रक्रिया में, एंट्रोपी बढ़ती है।
• एंट्रोपी में बढ़ोत्तरी जितनी अधिक होगी, प्रक्रिया उत्तेजक होगी।

एंट्रोपी, ऊष्मा और तापमान:

• एंट्रोपी ऊष्मा और तापमान से गहरे रूप से जुड़ी हुई है।
• ऊष्मा संचार एक प्रणाली की एंट्रोपी बढ़ाता है, जबकि प्रणाली पर किया गया कार्य उसकी एंट्रोपी को कम कर देता है।
• पूर्ण सादा (0 केल्विन) पर, एक पवित्र क्रिस्टलीय पदार्थ की एंट्रोपी शून्य होती है।

अस्थायी प्रक्रियाओं में एंट्रोपी उत्पन्नि:

• वास्तविक प्रक्रियाएँ अस्थिर होती हैं, जिसका मतलब है कि हमेशा कुछ एंट्रोपी उत्पन्न होती है।
• अस्थायी एंट्रोपी उत्पन्नता की वजह से घटित होती है, जैसे कि घर्षण, आंतरिक प्रतिरोध और पदार्थों का मिश्रण।

थर्मोडायनामिक्स का द्वितीय नियम और एंट्रोपी:

• थर्मोडायनामिक्स का द्वितीय नियम कहता है कि किसी भी बंद सिस्टम में, समय के साथ एंट्रोपी कभी घटने का संभावना नहीं होता है।
• इसका मतलब है कि सभी प्राकृतिक प्रक्रियाएँ विश्व की कुल एंट्रोपी को बढ़ाने की प्रवृत्ति में होती हैं।

टी-एस आरेखण:

• एक तापमान-एंट्रोपी (टी-एस) आरेखण एक थर्मोडायनामिक प्रक्रिया के दौरान प्रणाली के तापमान और एंट्रोपी के बदलाव का एक ग्राफिक प्रतिनिधित्व है।
• टी-एस आरेखण उष्मा संचार, किया गया कार्य और प्रक्रियाओं की स्वेच्छाचारिता में मौलिक अंतर्निहित जानकारी प्रदान करते हैं।

टी-एस आरेखण की समझ:

• टी-एस आरेखण य अक्ष पर तापमान (T) और एंट्रोपी (S) को आधार बनाकर निर्मित किया जाता है।
• आरेखण पर हर बिंदु प्रणाली की थर्मोडायनामिक स्थिति को प्रतिष्ठित करता है।

विभिन्न प्रक्रियाओं के लिए टी-एस आरेखण के निर्माण और व्याख्या:

• विभिन्न थर्मोडायनामिक प्रक्रियाओं के लिए, टी-एस आरेखण विशेष रूप से चरणों और आकृतियों को दिखाता है।
• इसोथर्मिक प्रक्रियाएँ आयताकार रेखाओं के रूप में प्रतिष्ठित होती हैं, जबकि एडियाबेटिक प्रक्रियाएँ लंबवत रेखाओं के द्वारा प्रतिष्ठित होती हैं।

टी-एस घातांक के तहत क्षेत्रें:

• टी-एस कर्व के नीचे क्षेत्र परिपाक प्रक्रिया के लिए ऊष्मा संचरण (क्यू) को प्रतिष्ठानित करता है।
• प्रणाली द्वारा इंहोने गेर ऊष्मा को एक सकारात्मक क्षेत्र द्वारा प्रतिष्ठित किया जाता है, जबकि ऊष्मा छोड़ी जाती है, तो एक नकारात्मक क्षेत्र द्वारा प्रतिष्ठित किया जाता है।

टी-एस डायग्राम में ऊष्मा और काम स्थानांतरण:

• टी-एस डायग्राम में, प्रणाली द्वारा किया गया काम में, वक्री और क्षैतिज अक्ष के बीच बंद क्षेत्र द्वारा प्रतिष्ठित किया जाता है।
• ऊष्मा संचरण वक्र और लंबवत प्रतीक के बीच बने क्षेत्र द्वारा प्रतिष्ठित किया जाता है।

कर्नो साइकिल और टी-एस डायग्राम पर परिवर्तनशीलता:

• कर्नो साइकिल एक सिद्धांतिक साइकिल है जो ऊष्मा को काम में परिणामीत करने का सबसे कुशल तरीका दर्शाती है।
• टी-एस डायग्राम पर, कर्नो साइकिल एक आयताकार होती है, जो एक परिवर्तनशील प्रक्रिया को दर्शाती है।

विभिन्न प्रक्रियाओं (आइसोबैरिक, आइसोकोरिक, आइसोथर्मल, प्रतिष्ठित एवं अशोषी) के टी-एस डायग्राम:

• टी-एस डायग्राम किसी भी थर्मोडायनामिक प्रक्रिया के लिए बनाए जा सकते हैं, ताकि उसकी विशेषताओं को दृश्यीकृत और विश्लेषण किया जा सके।
• प्रत्येक प्रक्रिया के पास टी-एस डायग्राम पर एक विशिष्ट आकृति और चाल की होती है।

टी-एस डायग्रामों के अनुप्रयोग:

• टी-एस डायग्राम थर्मोडायनामिक प्रणालियों और प्रक्रियाओं को समझने में व्यापक प्रयोग में आते हैं।
• वे ऊष्मा संचरण, काम, कुशलता और प्राकृतिक होने का विश्लेषण करने के लिए प्रयोग किए जाते हैं।

टी-एस डायग्राम का वैश्लेषण और थर्मोडायनामिक प्रणालियों का विश्लेषण:

• टी-एस डायग्राम थर्मोडायनामिक प्रणालियों के प्रणाली और उनके परिवर्तनों का विश्लेषण करने में मदद करता है।
• वक्र के आकार, ढग, और क्षेत्र के नीचे मूल्यमापी सूत्री से महत्वपूर्ण जानकारी प्राप्त की जा सकती है।

अवयविता परिवर्तन और ऊष्मा संचरण की गणना:

• टी-एस डायग्राम विभिन्न प्रक्रियाओं के लिए अवयविता परिवर्तन और ऊष्मा संचरण की ग्राफिक मेथड प्रदान करता है।
• वक्र के नीचे ऊष्मा संचरण को प्रतिष्ठित किया जाता है, और x-अक्ष से अवयविता के परिवर्तन को निर्धारित किया जा सकता है।

कुशलता विश्लेषण और व्याख्या:

• टी-एस डायग्राम थर्मोडायनामिक साइकिलों, जैसे कि कर्नो साइकिल, की कुशलता का विश्लेषण करने के लिए प्रयोग किया जा सकता है।
• ऊष्मा संचरण और काम करने वाले क्षेत्रों को तुलना करके कुशलता निर्धारित की जा सकती है।

टी-एस डायग्राम पर शीतकनी चक्र:

• टी-एस डायग्राम अक्सर शीतकनी चक्रों को विश्लेषण और अनुकूलन करने में प्रयोग किया जाता है।
• वक्रों की आकार और क्षेत्रें ऊष्मा संचरण प्रक्रियाओं के बारे में जानकारी प्रदान करती हैं।

हीट पंप और टी-एस डायग्राम विश्लेषण:

• टी-एस डायग्राम ताप पंप साइकलों का विश्लेषण और दृश्यीकरण करने में भी उपयोगी हैं।
• ऊष्मा संचरण प्रक्रियाओं का अध्ययन करके, ताप पंप की कुशलता और प्रदर्शन का मूल्यांकन किया जा सकता है।