एंट्रॉपी टी एस डायग्राम

थर्मोडाइनामिक्स: एंट्रॉपी (क्लास 11 एंट्रॉपी (क्लास 12)#

NCERT संदर्भ:

• क्लास 11: अध्याय 12 - थर्मोडाइनामिक्स
• क्लास 12: अध्याय 2 - थर्मोडाइनामिक्स

विस्तृत नोट्स

थर्मोडाइनामिक एंट्रॉपी की परिभाषा:

• एंट्रॉपी (S) एक थर्मोडाइनामिक प्रणाली में अव्यवस्था या अव्यवस्था का माप है।
• गणितीय रूप से, एंट्रॉपी को थर्मल ऊर्जा (Q) के परिवर्तन को अनिश्चित तापमान (T) से भाग देने से परिभाषित किया जाता है: $$S = \frac{\Delta Q}{T} \ \ \ \text{(reversible process)}$$
• एंट्रॉपी की इकाइयाँ जूल प्रति केल्विन (J/K) होती हैं।

विभिन्न प्रक्रियाओं के लिए एंट्रॉपी परिवर्तन:

• आइसोथर्मल प्रक्रियाएं: एक आइसोथर्मल प्रक्रिया में, तापमान स्थिर रहता है।#

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

• एडियबैटिक प्रक्रियाएं: एक एडियबैटिक प्रक्रिया में, आसपास के वातावरण के साथ कोई ऊष्मा विनिमय नहीं होता।#

$$S_2 - S_1 = 0$$

• आइसोबारिक प्रक्रियाएं: एक आइसोबारिक प्रक्रिया में, दबाव स्थिर रहता है।#

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

• आइसोकोरिक प्रक्रियाएं: एक आइसोकोरिक प्रक्रिया में, आयतन स्थिर रहता है।#

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

एंट्रॉपी और स्वाभाविकता:

• स्वाभाविक प्रक्रियाएं वे प्रक्रियाएं हैं जो बाहरी हस्तक्षेप के बिना स्वतः होती हैं।
• एंट्रॉपी परिवर्तन स्वाभाविकता से सीधे संबंधित है। एक स्वाभाविक प्रक्रिया में, एंट्रॉपी बढ़ती है।
• एंट्रॉपी की बढ़ती दर जितनी अधिक होगी, उतनी ही अधिक स्वाभाविक प्रक्रिया होगी।

एंट्रॉपी, ऊष्मा एंट्रॉपी के साथ तापमान:

• एंट्रॉपी ऊष्मा और तापमान से गहराई से जुड़ा है।
• ऊष्मा का प्रवाह प्रणाली की एंट्रॉपी बढ़ाता है, जबकि प्रणाली पर किए गए काम उसकी एंट्रॉपी कम करते हैं।
• अब्ज शून्य (0 केल्विन) पर, एक शुद्ध ब्रेस्टल पदार्थ की एंट्रॉपी शून्य होती है।

अप्रतिकृत प्रक्रियाओं में एंट्रॉपी निर्माण:

• वास्तविक प्रक्रियाएं अप्रतिकृत हैं, जिसका अर्थ है कि हमेशा कुछ एंट्रॉपी निर्माण होता है।
• अप्रतिकृत एंट्रॉपी निर्माण घर्षण, आंतरिक प्रतिरोध और पदार्थों के मिश्रण जैसे कारकों के कारण होता है।

द्वितीय थर्मोडाइनामिक नियम एंट्रॉपी:

• थर्मोडाइनामिक के द्वितीय नियम कहता है कि किसी बंद प्रणाली में, एंट्रॉपी कभी भी समय के साथ कम नहीं हो सकता।
• इसका मतलब है कि सभी प्राकृतिक प्रक्रियाएं ब्रह्मांड की कुल एंट्रॉपी को बढ़ाने की प्रवृत्ति रखती हैं।

टी-एस डायग्राम:

• तापमान-एंट्रॉपी (T-S) डायग्राम एक थर्मोडाइनामिक प्रक्रिया के दौरान प्रणाली के तापमान और एंट्रॉपी में परिवर्तनों का आलेखीय प्रतिनिधित्व है।
• T-S डायग्राम ऊष्मा प्रवाह, किए गए काम और प्रक्रियाओं की स्वाभाविकता के बारे में मूल्यवान अंतर्दृष्टि प्रदान करते हैं।

टी-एस डायग्राम को समझना:

• टी-एस डायग्राम तापमान (T) को y-अक्ष पर और एंट्रॉपी (S) को x-अक्ष पर निर्मित किया जाता है।
• डायग्राम पर प्रत्येक बिंदु प्रणाली की थर्मोडाइनामिक स्थिति का प्रतिनिधित्व करता है।

विभिन्न प्रक्रियाओं के लिए टी-एस डायग्राम का निर्माण और व्याख्या:

• विभिन्न थर्मोडाइनामिक प्रक्रियाओं के लिए, टी-एस डायग्राम विशिष्ट रुझानों और आकृतियों को दिखाता है।
• आइसोथर्मल प्रक्रियाएं क्षैतिज रेखाओं के रूप में दिखाई देती हैं, जबकि एडियबैटिक प्रक्रियाएं लंबवासीर रेखाओं द्वारा प्रतिनिधित्व किए जाते हैं।

टी-एस कर्व के नीचे क्षेत्र:

• टी-एस कर्व के नीचे का क्षेत्र एक प्रतिकृत प्रक्रिया के लिए ऊष्मा प्रवाह (Q) का प्रतिनिधित्व करता है।
• प्रणाली द्वारा अपनाई गई ऊष्मा धनात्मक क्षेत्र द्वारा प्रतिनिधित्व की गई है, जबकि छोड़ी गई ऊष्मा नकारात्मक क्षेत्र द्वारा प्रतिनिधित्व की गई है।

टी-एस डायग्राम में ऊष्मा और काम प्रवाह:

• एक टी-एस डायग्राम में, प्रणाली द्वारा किया गया काम कर्व और क्षैतिज अक्ष द्वारा घिरे क्षेत्र द्वारा प्रतिनिधित्व किया जाता है।
• ऊष्मा प्रवाह कर्व और लंबवासीर अक्ष के बीच क्षेत्र द्वारा प्रतिनिधित्व किया जाता है।

कार्नो चक्र और प्रतिकृतता टी-एस डायग्राम पर:

• कार्नो चक्र एक सैद्धांतिक चक्र है जो ऊष्मा को काम में परिवर्तित करने का सबसे कुशल तरीका प्रतिनिधित्व करता है।
• एक टी-एस डायग्राम पर, कार्नो चक्र एक आयत है, जो एक प्रतिकृत प्रक्रिया का प्रतिनिधित्व करता है।

विभिन्न प्रक्रियाओं (आइसोबारिक, आइसोकोरिक, आइसोथर्मल, एडियबैटिक आदि) के टी-एस डायग्राम:

• विभिन्न थर्मोडाइनामिक प्रक्रियाओं के लिए टी-एस डायग्राम उनकी विशेषताओं को दृश्यीकृत और विश्लेषण करने के लिए निर्मित किए जा सकते हैं।
• प्रत्येक प्रकार की प्रक्रिया टी-एस डायग्राम पर एक विशिष्ट आकृति और रुझान रखती है।

टी-एस डायग्राम के अनुप्रयोग:

• टी-एस डायग्राम थर्मोडाइनामिक प्रणालियों और प्रक्रियाओं को समझने में व्यापक अनुप्रयोगों को प्राप्त करते हैं।
• उनका उपयोग ऊष्मा प्रवाह, किए गए काम, दक्षता और स्वाभाविकता का विश्लेषण करने के लिए किया जाता है।

टी-एस डायग्राम का उपयोग करके थर्मोडाइनामिक प्रणालियों का विश्लेषण करना:

• टी-एस डायग्राम प्रणालियों के थर्मोडाइनामिक व्यवहार और प्रक्रियाओं के दौरान उनके परिवर्तनों का विश्लेषण करने में मदद करते हैं।
• कर्व की आकृति, ढाल और क्षेत्र का अध्ययन करके मूल्यवान जानकारी प्राप्त की जा सकती है।

एंट्रॉपी परिवर्तन और ऊष्मा प्रवाह की गणना:

• टी-एस डायग्राम विभिन्न प्रक्रियाओं के लिए एंट्रॉपी परिवर्तन और ऊष्मा प्रवाह की गणना करने के लिए आलेखीय विधि प्रदान करते हैं।
• कर्व के नीचे का क्षेत्र ऊष्मा प्रवाह का प्रतिनिधित्व करता है, और एंट्रॉपी का परिवर्तन x-अक्ष से निर्धारित किया जा सकता है।

दक्षता विश्लेषण और व्याख्या:

• टी-एस डायग्राम थर्मोडाइनामिक चक्रों की दक्षता का विश्लेषण करने के लिए उपयोग किए जा सकते हैं, जैसे कार्नो चक्र।
• ऊष्मा प्रवाह और किए गए काम के प्रतिनिधित्व क्षेत्रों की तुलना करके दक्षता निर्धारित की जा सकती है।

टी-एस डायग्राम पर रेफ्रिजरेशन चक्र:

• टी-एस डायग्राम अक्सर रेफ्रिजरेशन चक्रों का विश्लेषण और अनुकूलन करने के लिए उपयोग किए जाते हैं।
• कर्वों की आकृति और क्षेत्र शामिल ऊष्मा प्रवाह प्रक्रियाओं के बारे में अंतर्दृष्टि प्रदान करते हैं।

टी-एस डायग्राम विश्लेषण के साथ हीट पंप:

• टी-एस डायग्राम भी हीट पंप चक्रों का विश्लेषण और दृश्यीकरण करने में उपयोगी हैं।
• ऊष्मा प्रवाह प्रक्रियाओं का अध्ययन करके हीट पंपों की दक्षता और प्रदर्शन का मूल्यांकन किया जा सकता है।