“இது ஒரு உலகளாவிய உள்ளடக்கத்தைக் கொண்ட ஒரே இயற்பியல் கோட்பாடாகும், அதன் அடிப்படைக் கருத்துக்களின் பொருந்தக்கூடிய கட்டமைப்பிற்குள், இது ஒருபோதும் கவிழ்க்கப்படாது என்று நான் உறுதியாக நம்புகிறேன்.”

ஆல்பர்ட் ஐன்ஸ்டீன்

மீத்தேன், சமையல் வாயு அல்லது நிலக்கரி போன்ற எரிபொருள் காற்றில் எரியும் போது, மூலக்கூறுகளால் சேமிக்கப்படும் வேதி ஆற்றல், வேதி வினைகளின் போது வெப்பமாக வெளியிடப்படலாம். ஒரு எரிபொருள் ஒரு இயந்திரத்தில் எரியும் போது வேதி ஆற்றல் இயந்திர வேலையைச் செய்யவும் அல்லது உலர் கலம் போன்ற ஒரு கல்வனிக் கலம் மூலம் மின்சார ஆற்றலை வழங்கவும் பயன்படுத்தப்படலாம். இவ்வாறு, ஆற்றலின் பல்வேறு வடிவங்கள் ஒன்றோடொன்று தொடர்புடையவை மற்றும் சில நிபந்தனைகளின் கீழ், இவை ஒரு வடிவத்திலிருந்து மற்றொரு வடிவத்திற்கு மாற்றப்படலாம். இந்த ஆற்றல் மாற்றங்களின் ஆய்வு வெப்ப இயக்கவியலின் பொருளாகும். வெப்ப இயக்கவியலின் விதிகள், சில மூலக்கூறுகளைக் கொண்ட நுண்ணிய அமைப்புகளை விட, பல மூலக்கூறுகளை உள்ளடக்கிய பேரளவு அமைப்புகளின் ஆற்றல் மாற்றங்களைக் கையாள்கின்றன. இந்த ஆற்றல் மாற்றங்கள் எவ்வாறு மற்றும் எந்த விகிதத்தில் மேற்கொள்ளப்படுகின்றன என்பதில் வெப்ப இயக்கவியல் கவலைப்படுவதில்லை, ஆனால் மாற்றத்தைச் சந்திக்கும் ஒரு அமைப்பின் ஆரம்ப மற்றும் இறுதி நிலைகளை அடிப்படையாகக் கொண்டது. ஒரு அமைப்பு சமநிலை நிலையில் இருக்கும்போது அல்லது ஒரு சமநிலை நிலையிலிருந்து மற்றொரு சமநிலை நிலைக்கு நகரும் போது மட்டுமே வெப்ப இயக்கவியல் விதிகள் பொருந்தும். சமநிலை நிலையில் உள்ள ஒரு அமைப்பிற்கு அழுத்தம் மற்றும் வெப்பநிலை போன்ற பேரளவு பண்புகள் காலப்போக்கில் மாறாது. இந்த அலகில், வெப்ப இயக்கவியல் மூலம் சில முக்கியமான கேள்விகளுக்கு பதிலளிக்க விரும்புகிறோம், எடுத்துக்காட்டாக:

ஒரு வேதி வினை/செயல்பாட்டில் ஈடுபட்டுள்ள ஆற்றல் மாற்றங்களை நாம் எவ்வாறு தீர்மானிப்பது? அது நடக்குமா இல்லையா?

ஒரு வேதி வினை/செயல்பாட்டை என்ன இயக்குகிறது?

வேதி வினைகள் எந்த அளவுக்கு முன்னேறுகின்றன?

6.1 வெப்ப இயக்கவியல் சொற்கள்

நாங்கள் வேதி வினைகள் மற்றும் அவற்றுடன் தொடர்புடைய ஆற்றல் மாற்றங்களில் ஆர்வமாக உள்ளோம். இதற்காக சில வெப்ப இயக்கவியல் சொற்களை நாம் அறிந்து கொள்ள வேண்டும். இவை கீழே விவாதிக்கப்பட்டுள்ளன.

6.1.1 அமைப்பு மற்றும் சுற்றுப்புறங்கள்

வெப்ப இயக்கவியலில் ஒரு அமைப்பு என்பது, அண்டத்தின் அந்தப் பகுதியைக் குறிக்கிறது, அங்கு அவதானிப்புகள் மேற்கொள்ளப்படுகின்றன மற்றும் மீதமுள்ள அண்டம் சுற்றுப்புறங்களை உருவாக்குகிறது. சுற்றுப்புறங்களில் அமைப்பைத் தவிர மற்ற அனைத்தும் அடங்கும். அமைப்பு மற்றும் சுற்றுப்புறங்கள் சேர்ந்து அண்டத்தை உருவாக்குகின்றன.

அண்டம் $=$ அமைப்பு + சுற்றுப்புறங்கள்

இருப்பினும், அமைப்பில் நடக்கும் மாற்றங்களால் அமைப்பைத் தவிர முழு அண்டமும் பாதிக்கப்படுவதில்லை. எனவே, அனைத்து நடைமுறை நோக்கங்களுக்காகவும், சுற்றுப்புறங்கள் என்பது அமைப்புடன் தொடர்பு கொள்ளக்கூடிய மீதமுள்ள அண்டத்தின் பகுதியாகும். பொதுவாக, அமைப்பின் அருகில் உள்ள இடத்தின் பகுதி அதன் சுற்றுப்புறங்களை உருவாக்குகிறது.

எடுத்துக்காட்டாக, A மற்றும் B என்ற இரண்டு பொருட்களுக்கு இடையேயான வினையை ஒரு குடுவையில் வைத்து நாம் படிக்கிறோம் என்றால், வினை கலவையைக் கொண்ட குடுவை அமைப்பாகும் மற்றும் குடுவை வைக்கப்பட்டிருக்கும் அறை சுற்றுப்புறங்களாகும் (படம் 6.1).

படம் 6.1 அமைப்பு மற்றும் சுற்றுப்புறங்கள்

அமைப்பு குடுவை அல்லது சோதனைக் குழாய் போன்ற இயற்பியல் எல்லைகளால் வரையறுக்கப்படலாம் அல்லது அமைப்பு வெறுமனே ஒரு குறிப்பிட்ட கனஅளவைக் குறிப்பிடும் கார்டீசியன் ஆயங்களின் தொகுப்பால் வரையறுக்கப்படலாம் என்பதைக் கவனியுங்கள். அமைப்பை உண்மையானதாகவோ அல்லது கற்பனையாகவோ இருக்கக்கூடிய சுவரால் சுற்றுப்புறங்களிலிருந்து பிரிக்கப்பட்டதாக நினைப்பது அவசியம். அமைப்பை சுற்றுப்புறங்களிலிருந்து பிரிக்கும் சுவர் எல்லை என்று அழைக்கப்படுகிறது. இது அமைப்புக்குள் அல்லது வெளியே பொருள் மற்றும் ஆற்றலின் அனைத்து இயக்கங்களையும் கட்டுப்படுத்தவும் கண்காணிக்கவும் அனுமதிக்க வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளது.

6.1.2 அமைப்பின் வகைகள்

அமைப்புக்குள் அல்லது வெளியே பொருள் மற்றும் ஆற்றலின் இயக்கங்களின்படி, அமைப்புகளை மேலும் வகைப்படுத்துகிறோம்.

1. திறந்த அமைப்பு

ஒரு திறந்த அமைப்பில், அமைப்புக்கும் சுற்றுப்புறங்களுக்கும் இடையே ஆற்றல் மற்றும் பொருள் பரிமாற்றம் உள்ளது [படம் 6.2 (அ)]. ஒரு திறந்த குடுவையில் வினைபடுபொருட்கள் இருப்பது திறந்த அமைப்பின் எடுத்துக்காட்டாகும்[^0]. இங்கே எல்லை என்பது குடுவை மற்றும் வினைபடுபொருட்களை உள்ளடக்கிய ஒரு கற்பனை மேற்பரப்பு ஆகும்.

2. மூடிய அமைப்பு

ஒரு மூடிய அமைப்பில், பொருள் பரிமாற்றம் இல்லை, ஆனால் அமைப்புக்கும் சுற்றுப்புறங்களுக்கும் இடையே ஆற்றல் பரிமாற்றம் சாத்தியமாகும் [படம் 6.2 (ஆ)]. கடத்தும் பொருளால் செய்யப்பட்ட மூடிய பாத்திரத்தில் வினைபடுபொருட்கள் இருப்பது, எடுத்துக்காட்டாக, செம்பு அல்லது எஃகு, ஒரு மூடிய அமைப்பின் எடுத்துக்காட்டாகும்.

படம் 6.2 திறந்த, மூடிய மற்றும் தனிமைப்படுத்தப்பட்ட அமைப்புகள்.

3. தனிமைப்படுத்தப்பட்ட அமைப்பு

ஒரு தனிமைப்படுத்தப்பட்ட அமைப்பில், அமைப்புக்கும் சுற்றுப்புறங்களுக்கும் இடையே ஆற்றல் அல்லது பொருள் பரிமாற்றம் இல்லை [படம் 6.2 (இ)]. ஒரு தெர்மாஸ் குடுவையில் அல்லது வேறு ஏதேனும் மூடிய காப்பிடப்பட்ட பாத்திரத்தில் வினைபடுபொருட்கள் இருப்பது தனிமைப்படுத்தப்பட்ட அமைப்பின் எடுத்துக்காட்டாகும்.

6.1.3 அமைப்பின் நிலை

அதன் அழுத்தம் $(p)$, கனஅளவு $(V)$ மற்றும் வெப்பநிலை $(T)$ மற்றும் அமைப்பின் கலவை போன்ற ஒவ்வொரு பண்புகளையும் அளவீட்டு முறையில் குறிப்பிடுவதன் மூலம் அமைப்பை விவரிக்க வேண்டும். மாற்றத்திற்கு முன்னும் பின்னும் குறிப்பிடுவதன் மூலம் அமைப்பை விவரிக்க வேண்டும். இயக்கவியலில், ஒரு குறிப்பிட்ட நேரத்தில், அமைப்பின் ஒவ்வொரு நிறைப் புள்ளியின் நிலை மற்றும் வேகத்தால், ஒரு அமைப்பின் நிலை முழுமையாகக் குறிப்பிடப்படுகிறது என்பதை உங்கள் இயற்பியல் பாடத்திலிருந்து நினைவுகூருவீர்கள். வெப்ப இயக்கவியலில், அமைப்பின் நிலையின் வேறுபட்ட மற்றும் மிகவும் எளிமையான கருத்து அறிமுகப்படுத்தப்பட்டுள்ளது. ஒவ்வொரு துகளின் இயக்கத்தைப் பற்றிய விரிவான அறிவு தேவையில்லை, ஏனெனில், நாம் அமைப்பின் சராசரி அளவிடக்கூடிய பண்புகளைக் கையாள்கிறோம். நிலைச் சார்புகள் அல்லது நிலை மாறிகள் மூலம் அமைப்பின் நிலையைக் குறிப்பிடுகிறோம்.

ஒரு வெப்ப இயக்கவியல் அமைப்பின் நிலை அதன் அளவிடக்கூடிய அல்லது பேரளவு (மொத்த) பண்புகளால் விவரிக்கப்படுகிறது. ஒரு வாயுவின் நிலையை அதன் அழுத்தம் ( $p$ ), கனஅளவு $(V)$, வெப்பநிலை ( $T$ ), அளவு ( $n$ ) போன்றவற்றைக் குறிப்பிடுவதன் மூலம் விவரிக்கலாம். $p, V, T$ போன்ற மாறிகள் நிலை மாறிகள் அல்லது நிலைச் சார்புகள் என்று அழைக்கப்படுகின்றன, ஏனெனில் அவற்றின் மதிப்புகள் அமைப்பின் நிலையை மட்டுமே சார்ந்துள்ளது, அது எவ்வாறு அடையப்படுகிறது என்பதைப் பொறுத்து அல்ல. ஒரு அமைப்பின் நிலையை முழுமையாக வரையறுக்க, அமைப்பின் அனைத்து பண்புகளையும் வரையறுக்க வேண்டியதில்லை; ஏனெனில் ஒரு குறிப்பிட்ட எண்ணிக்கையிலான பண்புகள் மட்டுமே சுயாதீனமாக மாறுபடும். இந்த எண் அமைப்பின் தன்மையைப் பொறுத்தது. இந்த குறைந்தபட்ச எண்ணிக்கையிலான பேரளவு பண்புகள் நிலையானவை என்றால், மற்றவை தானாகவே திட்டவட்டமான மதிப்புகளைக் கொண்டிருக்கும். சுற்றுப்புறங்களின் நிலையை முழுமையாகக் குறிப்பிட முடியாது; அதிர்ஷ்டவசமாக அதைச் செய்ய வேண்டிய அவசியமில்லை.

6.1.4 ஒரு நிலைச் சார்பாக உள் ஆற்றல்

எங்கள் வேதி அமைப்பு ஆற்றலை இழக்கும் அல்லது பெறும் பற்றி நாம் பேசும்போது, அமைப்பின் மொத்த ஆற்றலைக் குறிக்கும் ஒரு அளவை அறிமுகப்படுத்த வேண்டும். அது வேதியியல், மின்சாரம், இயந்திரம் அல்லது நீங்கள் நினைக்கக்கூடிய வேறு எந்த வகையான ஆற்றலாக இருந்தாலும், இவை அனைத்தின் கூட்டுத்தொகை அமைப்பின் ஆற்றலாகும். வெப்ப இயக்கவியலில், நாம் அதை உள் ஆற்றல், $U$ என்று அழைக்கிறோம், இது எப்போது மாறலாம்

• வெப்பம் அமைப்புக்குள் செல்கிறது அல்லது வெளியேறுகிறது,
• வேலை அமைப்பில் செய்யப்படுகிறது அல்லது அமைப்பால் செய்யப்படுகிறது,
• பொருள் அமைப்பில் நுழைகிறது அல்லது வெளியேறுகிறது.

இந்த அமைப்புகள் 5.1.2 பிரிவில் நீங்கள் ஏற்கனவே படித்தபடி அதற்கேற்ப வகைப்படுத்தப்படுகின்றன.

(அ) வேலை

முதலில் வேலையைச் செய்வதன் மூலம் உள் ஆற்றலில் ஏற்படும் மாற்றத்தைப் பார்ப்போம். ஒரு தெர்மாஸ் குடுவை அல்லது காப்பிடப்பட்ட குடுவையில் சில அளவு தண்ணீர் கொண்ட ஒரு அமைப்பை எடுத்துக்கொள்கிறோம். இது அமைப்புக்கும் சுற்றுப்புறங்களுக்கும் இடையே அதன் எல்லை வழியாக வெப்ப பரிமாற்றத்தை அனுமதிக்காது, மேலும் இந்த வகை அமைப்பை அடியாபாட்டிக் என்று அழைக்கிறோம். இத்தகைய அமைப்பின் நிலை மாற்றப்படும் முறை அடியாபாட்டிக் செயல்முறை என்று அழைக்கப்படும். அடியாபாட்டிக் செயல்முறை என்பது அமைப்புக்கும் சுற்றுப்புறங்களுக்கும் இடையே வெப்ப பரிமாற்றம் இல்லாத ஒரு செயல்முறையாகும். இங்கே, அமைப்பு மற்றும் சுற்றுப்புறங்களைப் பிரிக்கும் சுவர் அடியாபாட்டிக் சுவர் என்று அழைக்கப்படுகிறது (படம் 6.3).

படம் 6.3 அடியாபாட்டிக் அமைப்பு, அதன் எல்லை வழியாக வெப்ப பரிமாற்றத்தை அனுமதிக்காது

அமைப்பின் உள் ஆற்றலில் சில வேலையைச் செய்வதன் மூலம் மாற்றத்தைக் கொண்டு வருவோம். அமைப்பின் ஆரம்ப நிலையை நிலை $\mathrm{A}$ என்றும் அதன் வெப்பநிலையை $T_{\mathrm{A}}$ என்றும் அழைப்போம். A நிலையில் உள்ள அமைப்பின் உள் ஆற்றல் $U_{\mathrm{A}}$ என்று அழைக்கப்படும். இரண்டு வெவ்வேறு வழிகளில் அமைப்பின் நிலையை மாற்றலாம்.

ஒரு வழி: சில இயந்திர வேலையைச் செய்கிறோம், $1 \mathrm{~kJ}$ என்று சொல்லுங்கள், சிறிய துடுப்புகளின் தொகுப்பைச் சுழற்றி அதன் மூலம் தண்ணீரைக் கலக்குவதன் மூலம். புதிய நிலை $B$ நிலை என்றும் அதன் வெப்பநிலை, $T_{\mathrm{B}}$ என்றும் அழைக்கப்படும். $T_{\mathrm{B}}>T_{\mathrm{A}}$ மற்றும் வெப்பநிலையில் ஏற்படும் மாற்றம், $\Delta T=T_{\mathrm{B}}-T_{\mathrm{A}}$ எனக் கண்டறியப்பட்டது. நிலை $\mathrm{B}$ இல் உள்ள அமைப்பின் உள் ஆற்றல் $U_{\mathrm{B}}$ ஆகவும், உள் ஆற்றலில் ஏற்படும் மாற்றம், $\Delta U=U_{\mathrm{B}}-U_{\mathrm{A}}$ ஆகவும் இருக்கட்டும்.

இரண்டாவது வழி: இப்போது நாம் ஒரு மூழ்கும் கம்பியின் உதவியுடன் சம அளவு (அதாவது, $1 \mathrm{~kJ}$ ) மின்சார வேலையைச் செய்து வெப்பநிலை மாற்றத்தைக் குறிப்பிடுகிறோம். வெப்பநிலையில் ஏற்படும் மாற்றம் முந்தைய வழக்கைப் போலவே இருப்பதைக் காண்கிறோம், $T_{\mathrm{B}}-T_{\mathrm{A}}$ என்று சொல்லுங்கள்.

உண்மையில், மேலே உள்ள முறையில் சோதனைகள் ஜே. பி. ஜூல் 1840-50 க்கு இடையில் செய்யப்பட்டன, மேலும் அவர் ஒரு அமைப்பில் செய்யப்பட்ட ஒரு குறிப்பிட்ட அளவு வேலை, அது எவ்வாறு செய்யப்பட்டாலும் (பாதையைப் பொருட்படுத்தாமல்) அதே நிலை மாற்றத்தை உருவாக்கியது என்பதைக் காட்ட முடிந்தது, அமைப்பின் வெப்பநிலையில் ஏற்படும் மாற்றத்தால் அளவிடப்படுகிறது.

எனவே, ஒரு அளவை வரையறுப்பது பொருத்தமானதாகத் தெரிகிறது, உள் ஆற்றல் $U$, அதன் மதிப்பு ஒரு அமைப்பின் நிலையின் சிறப்பியல்பு ஆகும், அதன் மூலம் ஒரு நிலை மாற்றத்தை ஏற்படுத்த தேவையான அடியாபாட்டிக் வேலை, $\mathrm{w_\text {ad }}$ என்பது ஒரு நிலையில் $U$ இன் மதிப்புக்கும் மற்றொரு நிலையில் உள்ள மதிப்புக்கும் உள்ள வித்தியாசத்திற்கு சமம், $\Delta U$ அதாவது,

$$ \Delta U=U_{2}-U_{1}=\mathrm{w_\mathrm{ad}} $$

எனவே, உள் ஆற்றல், $U$, அமைப்பின் ஒரு நிலைச் சார்பு ஆகும்.

வேதி வெப்ப இயக்கவியலில் IUPAC மரபுகளின்படி. நேர்மறை அடையாளம் $w_{ad}$ வேலை அமைப்பில் செய்யப்படும் போது நேர்மறையாகவும், அமைப்பின் உள் ஆற்றல் அதிகரிக்கும் போதும் வெளிப்படுத்துகிறது. இதேபோல், வேலை அமைப்பால் செய்யப்பட்டால், $w_{ad}$ எதிர்மறையாக இருக்கும், ஏனெனில் அமைப்பின் உள் ஆற்றல் குறைகிறது.

வேறு சில பழக்கமான நிலைச் சார்புகளின் பெயர்களைச் சொல்ல முடியுமா? மற்ற சில பழக்கமான நிலைச் சார்புகள் $V, p$, மற்றும் $T$. எடுத்துக்காட்டாக, அமைப்பின் வெப்பநிலையை $25^{\circ} \mathrm{C}$ இலிருந்து $35^{\circ} \mathrm{C}$ க்கு மாற்றினால், வெப்பநிலையில் ஏற்படும் மாற்றம் $35^{\circ} \mathrm{C}-25^{\circ} \mathrm{C}=+10^{\circ} \mathrm{C}$ ஆகும், நாம் நேரடியாக $35^{\circ} \mathrm{C}$ க்கு செல்கிறோமா அல்லது அமைப்பை சில டிகிரி குளிர்விக்கிறோமா, பின்னர் அமைப்பை இறுதி வெப்பநிலைக்கு எடுத்துச் செல்கிறோமா என்பதைப் பொருட்படுத்தாமல். எனவே, $T$ ஒரு நிலைச் சார்பு மற்றும் வெப்பநிலையில் ஏற்படும் மாற்றம் எடுக்கப்பட்ட பாதையைச் சார்ந்தது அல்ல. எடுத்துக்காட்டாக, ஒரு குளத்தில் உள்ள நீரின் கனஅளவு ஒரு நிலைச் சார்பு ஆகும், ஏனெனில் அதன் நீரின் கனஅளவில் ஏற்படும் மாற்றம் நீர் குளத்தில் நிரப்பப்படும் பாதையைச் சார்ந்தது அல்ல, மழை மூலமாகவோ அல்லது குழாய் மூலமாகவோ அல்லது இரண்டாலும்.

(ஆ) வெப்பம்

வேலைச் செலவு இல்லாமல், சுற்றுப்புறங்களிலிருந்து அமைப்புக்கு அல்லது நேர்மாறாக வெப்பத்தை மாற்றுவதன் மூலம் ஒரு அமைப்பின் உள் ஆற்றலையும் மாற்றலாம். வெப்பநிலை வேறுபாட்டின் விளைவாக இந்த ஆற்றல் பரிமாற்றம் வெப்பம், $q$ என்று அழைக்கப்படுகிறது. முன்பு பிரிவு 5.1 .4 (அ) இல் உள்ள அதே ஆரம்ப மற்றும் இறுதி நிலைகளைப் போலவே, அடியாபாட்டிக் சுவர்களுக்குப் பதிலாக வெப்ப ரீதியாக கடத்தும் சுவர்கள் மூலம் வெப்ப பரிமாற்றத்தின் மூலம் வெப்பநிலையில் (அதே மாற்றத்தை) ஏற்படுத்துவதைக் கருத்தில் கொள்வோம் (படம் 6.4).

படம் 6.4 அதன் எல்லை வழியாக வெப்ப பரிமாற்றத்தை அனுமதிக்கும் ஒரு அமைப்பு.

வெப்பநிலை $T_{\mathrm{A}}$ இல் உள்ள நீரை, செப்பு போன்ற வெப்ப ரீதியாக கடத்தும் சுவர்களைக் கொண்ட ஒரு கொள்கலனில் எடுத்து, வெப்பநிலை $T_{\mathrm{B}}$ இல் உள்ள ஒரு பெரிய வெப்ப கலனில் அடைக்கிறோம். அமைப்பால் (நீர்) உறிஞ்சப்படும் வெப்பம், $q$ வெப்பநிலை வேறுபாடு, $T_{\mathrm{B}}-T_{\mathrm{A}}$ அடிப்படையில் அளவிடப்படலாம். இந்த வழக்கில் உள் ஆற்றலில் ஏற்படும் மாற்றம், $\Delta U=q$, நிலையான கனஅளவில் எந்த வேலையும் செய்யப்படாதபோது.

வேதி வெப்ப இயக்கவியலில் IUPAC மரபுகளின்படி. வெப்பம் சுற்றுப்புறங்களிலிருந்து அமைப்புக்கு மாற்றப்படும் போது $q$ நேர்மறையாகவும், அமைப்பின் உள் ஆற்றல் அதிகரிக்கும் போதும், வெப்பம் அமைப்பிலிருந்து சுற்றுப்புறங்களுக்கு மாற்றப்படும் போது $q$ எதிர்மறையாகவும் இருக்கும், இதன் விளைவாக அமைப்பின் உள் ஆற்றல் குறைகிறது.

• முன்பு, வேலை அமைப்பில் செய்யப்படும் போது எதிர்மறை அடையாளமும், வேலை அமைப்பால் செய்யப்படும் போது நேர்மறை அடையாளமும் ஒதுக்கப்பட்டது. IUPAC புதிய அடையாள மரபைப் பயன்படுத்த பரிந்துரைத்த போதிலும், இது இன்னும் இயற்பியல் புத்தகங்களில் பின்பற்றப்படுகிறது.

(இ) பொது வழக்கு

ஒரு நிலை மாற்றம் வேலை செய்வதன் மூலமும் வெப்ப பரிமாற்றத்தின் மூலமும் ஏற்படும் பொது வழக்கைக் கருத்தில் கொள்வோம். இந்த வழக்கிற்கான உள் ஆற்றலில் ஏற்படும் மாற்றத்தை இவ்வாறு எழுதுகிறோம்:

$$ \begin{equation*} \Delta U=q+\mathrm{w} \tag{6.1} \end{equation*} $$

ஒரு குறிப்பிட்ட நிலை மாற்றத்திற்கு, $q$ மற்றும் $\mathrm{w}$ மாற்றம் எவ்வாறு மேற்கொள்ளப்படுகிறது என்பதைப் பொறுத்து மாறுபடலாம். இருப்பினும், $q+\mathrm{w}=\Delta U$ ஆரம்ப மற்றும் இறுதி நிலையை மட்டுமே சார்ந்திருக்கும். மாற்றம் எவ்வாறு மேற்கொள்ளப்படுகிறது என்பதிலிருந்து இது சுயாதீனமாக இருக்கும். வெப்பமாக அல்லது வேலையாக ஆற்றல் பரிமாற்றம் இல்லை என்றால் (தனிமைப்படுத்தப்பட்ட அமைப்பு) அதாவது $\mathrm{w}=0$ மற்றும் $q=0$ என்றால், பின்னர் $\Delta U=0$.

சமன்பாடு 5.1 அதாவது $\Delta U=q+\mathrm{w}$ என்பது வெப்ப இயக்கவியலின் முதல் விதியின் கணித அறிக்கையாகும், இது “ஒரு தனிமைப்படுத்தப்பட்ட அமைப்பின் ஆற்றல் மாறிலி” என்று கூறுகிறது.

இது பொதுவாக ஆற்றல் பாதுகாப்பு விதி என்று கூறப்படுகிறது, அதாவது ஆற்றலை உருவாக்கவோ அழிக்கவோ முடியாது.

குறிப்பு: வெப்ப இயக்கவியல் பண்பு ஆற்றலின் தன்மைக்கும் கனஅளவு போன்ற இயந்திரப் பண்பின் தன்மைக்கும் இடையே கணிசமான வேறுபாடு உள்ளது. ஒரு குறிப்பிட்ட நிலையில் ஒரு அமைப்பின் கனஅளவுக்கு நாம் தெளிவற்ற (முழுமையான) மதிப்பைக் குறிப்பிடலாம், ஆனால் உள் ஆற்றலின் முழுமையான மதிப்பை அல்ல. இருப்பினும், அமைப்பின் உள் ஆற்றலில் ஏற்படும் மாற்றங்களை மட்டுமே நாம் அளவிட முடியும், $\Delta U$.

சிக்கல் 6.1

ஒரு அமைப்பின் உள் ஆற்றலில் ஏற்படும் மாற்றத்தை வெளிப்படுத்தவும்

(i) சுற்றுப்புறங்களிலிருந்து அமைப்பால் வெப்பம் உறிஞ்சப்படுவதில்லை, ஆனால் வேலை (w) அமைப்பில் செய்யப்படுகிறது. அமைப்பு என்ன வகையான சுவரைக் கொண்டுள்ளது?

(ii) அமைப்பில் எந்த வேலையும் செய்யப்படவில்லை, ஆனால் $q$ அளவு வெப்பம் அமைப்பிலிருந்து எடுக்கப்பட்டு சுற்றுப்புறங்களுக்கு வழங்கப்படுகிறது. அமைப்பு என்ன வகையான சுவரைக் கொண்டுள்ளது?

(iii) $\mathrm{w}$ அளவு வேலை அமைப்பால் செய்யப்படுகிறது மற்றும் $q$ அளவு வெப்பம் அமைப்புக்கு வழங்கப்படுகிறது. அது என்ன வகையான அமைப்பாக இருக்கும்?

தீர்வு

(i) $\Delta U=\mathrm{w_\text {ad }}$, சுவர் அடியாபாட்டிக்

(ii) $\Delta U=-q$, வெப்ப ரீதியாக கடத்தும் சுவர்கள்

(iii) $\Delta U=q-\mathrm{w}$, மூடிய அமைப்பு.

6.2 பயன்பாடுகள்

பல வேதி வினைகள் இயந்திர வேலையைச் செய்யக்கூடிய வாயுக்களை உருவாக்குவதை அல்லது வெப்பத்தை உருவாக்குவதை உள்ளடக்கியது. இந்த மாற்றங்களை அளவிடுவதும் அவற்றை உள் ஆற்றலில் ஏற்படும் மாற்றங்களுடன் தொடர்புபடுத்துவதும் நமக்கு முக்கியமானது. எப்படி என்று பார்ப்போம்!

6.2.1 வேலை

முதலில், ஒரு அமைப்பு செய்யக்கூடிய வேலையின் தன்மையில் கவனம் செலுத்துவோம். நாம் இயந்திர வேலையை மட்டுமே கருத்தில் கொள்வோம், அதாவது அழுத்தம்-கனஅளவு வேலை.

அழுத்தம்-கனஅளவு வேலையைப் புரிந்துகொள்ள, ஒரு மோல் வாயுவைக் கொண்ட ஒரு உருளையைக் கருத்தில் கொள்வோம், இது உராய்வு இல்லாத பிஸ்டனுடன் பொருத்தப்பட்டுள்ளது. வாயுவின் மொத்த கனஅளவு $V_{i}$ மற்றும் உள்ளே வாயுவின் அழுத்தம் $p$. வெளிப்புற அழுத்தம் $p_{\text {ex }}$ என்றால், இது $p$ ஐ விட அதிகமாக இருந்தால், உள்ளே அழுத்தம் $p_{\text {ex }}$ க்கு சமமாக மாறும் வரை பிஸ்டன் உள்நோக்கி நகர்த்தப்படுகிறது. இந்த மாற்றம் ஒரு கட்டத்தில் அடையட்டும் மற்றும் இறுதி கனஅளவு $V_{f}$ ஆக இருக்கட்டும். இந்த சுருக்கத்தின் போது, பிஸ்டன் ஒரு தூரம், $l$ நகர்ந்து, பிஸ்டனின் குறுக்கு வெட்டுப் பரப்பளவு A என்று வைத்துக்கொள்வோம் [படம் 6.5(அ)].

படம் 6.5 (அ) ஒரு உருளையில் ஒரு வெப்ப இயக்கவியல் வாயுவை நிலையான வெளிப்புற அழுத்தம், pex (ஒரு கட்டத்தில்) மூலம் சுருக்கும்போது செய்யப்படும் வேலை நிழலாடிய பகுதிக்கு சமம்.

பின்னர், கனஅளவு மாற்றம் $=l \times \mathrm{A}=\Delta V=\left(V_{f}-V_{i}\right)$

நமக்குத் தெரியும், அழுத்தம் $=\frac{\text { force }}{\text { area }}$

எனவே, பிஸ்டனில் உள்ள விசை $=p_{\text {ex }}$. A

$\mathrm{w}$ பிஸ்டனின் இயக்கத்தால் அமைப்பில் செய்யப்படும் வேலை