प्रतिवर्ती रुद्धोष्म विस्तार: प्रक्रिया, सूत्र, कार्य, उदाहरण और संपूर्ण तथ्य

यह लेख प्रतिवर्ती रुद्धोष्म प्रसार के बारे में विस्तार से चर्चा करता है। रुद्धोष्म प्रक्रम एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें प्रणाली की दीवारों में ऊष्मा का स्थानांतरण नहीं होता है।

प्रतिवर्ती प्रक्रिया वे प्रक्रियाएं हैं जो आदर्श हैं। कोई भी उस पूरे पथ का पता लगा सकता है जिसके बाद काम कर रहे तरल पदार्थ का पालन किया गया था, जिसका अर्थ है कि यदि एक प्रक्रिया 1-2 होती है तो वह उसी पथ का अनुसरण करते हुए 2-1 से जा सकती है। इसका मतलब है कि सिस्टम के अंदर कोई नुकसान नहीं है।

प्रतिवर्ती रुद्धोष्म प्रसार क्या है?

जैसा कि ऊपर चर्चा की गई है, प्रतिवर्ती प्रक्रियाएं आदर्श प्रक्रियाएं हैं और रुद्धोष्म प्रक्रम वे होते हैं जिनमें ऊष्मा का स्थानांतरण होता है नहीं होता है। प्रतिवर्ती प्रक्रियाएं असीम रूप से धीमी होती हैं जो एक पिस्टन सिलेंडर व्यवस्था में होती है, पिस्टन बहुत धीमी गति से चलता है जैसे कि यह स्थिर दिखाई देता है।

प्रतिवर्ती रुद्धोष्म प्रसार वह प्रक्रिया है जिसमें प्रक्रिया पूरी होने के बाद गैस का आयतन फैलता है या बढ़ता है। विस्तार के परिणामस्वरूप कार्यशील द्रव या सिस्टम का तापमान कम हो जाता है।

प्रतिवर्ती रुद्धोष्म प्रसार सूत्र

के लिए सूत्र रुद्धोष्म प्रसार आयतन और तापमान के बीच संबंध को दर्शाता है। मात्रा में वृद्धि के साथ तापमान कम हो जाता है।

सूत्र नीचे दिया गया है-

T₂-T₁ = (वी₁/V₂)^-1/γ

प्रतिवर्ती रुद्धोष्म विस्तार तापमान

मात्रा में वृद्धि के साथ तापमान घटता है। इसलिए, प्रतिवर्ती रुद्धोष्म प्रसार प्रक्रिया में तापमान कम हो जाता है।

प्रतिवर्ती रुद्धोष्म प्रसार प्रक्रिया में तापमान आयतन में वृद्धि के साथ घटता जाता है। आयतन और तापमान के बीच संबंध की चर्चा ऊपर के अनुभागों में की गई है।

प्रतिवर्ती रुद्धोष्म प्रसार एन्ट्रापी

एंट्रॉपी यादृच्छिकता या विकार की डिग्री का माप है। थर्मोडायनामिक्स में यह एक बहुत ही महत्वपूर्ण मात्रा है। किसी भी थर्मोडायनामिक चक्र की दक्षता या गुणवत्ता एन्ट्रापी पर निर्भर करती है।

प्रतिवर्ती रुद्धोष्म प्रसार में निकाय की एन्ट्रापी शून्य होती है। किसी भी प्रतिवर्ती रुद्धोष्म प्रक्रम के लिए निकाय की एन्ट्रॉपी शून्य रहती है।

एक आदर्श गैस का प्रतिवर्ती रुद्धोष्म प्रसार

एक गैस को तब आदर्श माना जाता है जब वह घर्षण रहित होती है और कोई हानि नहीं उठाती है जबकि कोई गैस thermodynamic प्रक्रिया हो रही है। ऊष्मप्रवैगिकी में समस्याओं से निपटने के दौरान, गैस को आमतौर पर आसान गणना के लिए आदर्श माना जाता है।

आदर्श गैस से संबंधित महत्वपूर्ण सूत्र, जब यह प्रतिवर्ती रुद्धोष्म प्रसार से गुजरती है, नीचे दिए गए हैं-

T₂-T₁ = (वी₁/V₂)^-1/γ

और दबाव-तापमान संबंध के लिए,

T₂-T₁ = (पी₂/P₁)^-1/γ

एक वास्तविक गैस का प्रतिवर्ती रुद्धोष्म प्रसार

एक वास्तविक गैस प्रकृति में आदर्श नहीं होती है अर्थात वे आदर्श गैस नियमों का पालन नहीं करती हैं। वे संकुचित प्रभाव दिखाते हैं, वे घर्षण रहित नहीं होते हैं, उनके पास परिवर्तनशील विशिष्ट ताप क्षमता आदि होती है। इसलिए, एक वास्तविक गैस द्वारा किया गया कार्य हमेशा आदर्श गैस द्वारा किए गए कार्य से कम होता है।

वास्तविक गैस के लिए वैन डेर वॉल का समीकरण नीचे दिया गया है-

(पी + एक²/V²)(वी - एनबी) = एनआरटी

स्पष्ट है कि वास्तविक गैस का प्रतिवर्ती रुद्धोष्म प्रसार करते समय प्राप्त कार्य आदर्श गैस से प्राप्त कार्य की तुलना में बहुत कम होता है।

आदर्श गैस के लिए की गई मान्यताएं

गैस कभी भी आदर्श नहीं हो सकती। सभी गैसें किसी न किसी रूप में वास्तविक होती हैं। हालांकि, एक आदर्श गैस के संबंध में कुछ धारणाएँ बनाई जा सकती हैं जो हमें यह अनुमान लगाने में मदद करती हैं कि एक विशेष गैस कितनी आदर्श है। आदर्श गैस के लिए की गई मान्यताएँ नीचे दी गई हैं-

• जीरो इंटर पार्टिकल इंटरेक्शन- गैस के परमाणु आपस में टकराते नहीं हैं।
• प्रतिरोधहीन- थर्मोडायनामिक प्रक्रिया के पूरे पाठ्यक्रम में गैस घर्षण से प्रभावित नहीं होगी।
• अपरिमेय- गैस का घनत्व पूरे समय स्थिर रहता है, यह आसपास के दबाव या तापमान में बदलाव के साथ नहीं बदलता है।
• कम तापमान और उच्च दबाव पर विफल हो जाता है- ऐसा इसलिए होता है क्योंकि इस स्तर पर अंतर-आणविक बातचीत महत्वपूर्ण हो जाती है।

व्यावहारिक स्थितियों में, सभी गैसें आदर्श प्रकृति की होती हैं और आदर्श गैस के निकटतम गैस होती है हीलियम गैस अपने अक्रिय होने के कारण प्रकृति।

एक वास्तविक गैस के लक्षण

वास्तविक गैस की विशेषताएं वह सब कुछ हैं जो प्रकृति में आदर्श नहीं हैं। यह अंतर आणविक अंतःक्रियाओं, घर्षण और अन्य चर के कारण होता है। आदर्श गैस की विशेषताएं इस प्रकार हैं-

• सिकुड़ाया हुआ- वास्तविक गैसें संपीड़ित होती हैं, जिसका अर्थ है कि उनका घनत्व बदला जा सकता है।
• चर गर्मी क्षमता- उनकी ऊष्मा क्षमता स्थिर नहीं है, वे परिवेश में परिवर्तन के साथ बदल सकते हैं।
• वैन डेर वॉल्स फोर्स- ये बल अणुओं के बीच दूरी पर निर्भर अन्योन्य क्रिया के कारण उत्पन्न होते हैं। वास्तविक गैस के लिए सूत्र में, दबाव और आयतन प्रभाव दोनों के लिए एक सुधार कारक होता है।
• गैर संतुलन थर्मोडायनामिक प्रभाव।

प्रतिवर्ती रुद्धोष्म प्रक्रम में किया गया कार्य

RSI गर्मी का हस्तांतरण प्रतिवर्ती रुद्धोष्म प्रक्रम में शून्य होता है। अतः कार्य ऊष्मा के रूप में नहीं बल्कि आयतन में परिवर्तन के रूप में स्थानांतरित होता है।

का प्रतिनिधित्व करने वाला सूत्र प्रतिवर्ती रुद्धोष्म प्रक्रम में किया गया कार्य नीचे दिया गया है-

डब्ल्यू = एनआर (टी₁-T₂)/γ-1

छवि क्रेडिट: उपयोगकर्ता: Stannered, स्थिरोष्म, सीसी द्वारा एसए 3.0

प्रतिवर्ती रुद्धोष्म प्रसार एन्थैल्पी

एन्थैल्पी एक फलन है गर्मी का। यह गर्मी हस्तांतरण की मात्रा के साथ बदलता है।

एन्थैल्पी ऊष्मा स्थानान्तरण की दर पर निर्भर करती है। चूँकि रुद्धोष्म प्रक्रम में ऊष्मा अंश में परिवर्तन शून्य होता है, अतः तापीय धारिता परिवर्तन भी शून्य है।

प्रतिवर्ती रुद्धोष्म विस्तार अंतिम तापमान

रुद्धोष्म प्रसार प्रक्रिया के दौरान, विस्तार प्रक्रिया के परिणामस्वरूप अंतिम तापमान हमेशा प्रारंभिक तापमान से कम होता है।

अंतिम तापमान की गणना तापमान-आयतन संबंध से की जा सकती है नीचे दिए गए-

T₂/T₁ = (वी₁/V₂)^-1/γ

अंतिम तापमान की गणना नीचे दिए गए तापमान-दबाव संबंध से भी की जा सकती है-

T₂/T₁ = (पी₂/पी1)^-1/γ

प्रतिवर्ती रुद्धोष्म प्रसार उदाहरण

कोई भी प्रक्रिया पूरी तरह से उत्क्रमणीय या रुद्धोष्म नहीं है, हालांकि हम प्रतिवर्ती रुद्धोष्म प्रक्रिया के सबसे करीब तरल पदार्थ में ध्वनि तरंग का प्रसार कर सकते हैं।

कार्नोट चक्र में (फिर से एक आदर्श चक्र) प्रतिवर्ती का उपयोग करता है रुद्धोष्म प्रसार और प्रतिवर्ती रुद्धोष्म संपीडन विस्तार और संपीड़न उद्देश्यों के लिए।

प्रतिवर्ती रुद्धोष्म प्रक्रम के लिए एन्ट्रापी परिवर्तन शून्य क्यों होता है?

यदि सिस्टम की गर्मी सामग्री बदल जाती है तो सिस्टम की एन्ट्रॉपी बदल जाती है। चूंकि, गर्मी का हस्तांतरण रुद्धोष्म प्रणाली की दीवारों द्वारा निषिद्ध है, शुद्ध एन्ट्रापी परिवर्तन भी शून्य है।

आलेखीय रूप से, एक बंद पथ बनाने वाले गुण शून्य हैं। इसका मतलब है कि शुरुआती बिंदु और समाप्ति बिंदु समान हैं। एन्ट्रापी के मामले में, चूंकि यह एक प्रतिवर्ती चक्र का अनुसरण कर रहा है, एन्ट्रापी अपनी मूल स्थिति में उसी पथ पर वापस आ जाती है। अत: यह शून्य है।