11.1 அறிமுகம்

முந்தைய அத்தியாயத்தில் நாம் பொருளின் வெப்ப பண்புகளைப் பற்றி படித்தோம். இந்த அத்தியாயத்தில் வெப்ப ஆற்றலை நிர்வகிக்கும் விதிகளைப் படிப்போம். வேலை வெப்பமாக மாற்றப்படும் செயல்முறைகளையும், அதற்கு நேர்மாறாகவும் படிப்போம். குளிர்காலத்தில், நம் உள்ளங்கைகளை ஒன்றாகத் தேய்க்கும்போது, நமக்கு சூடாக உணருகிறோம்; இங்கே தேய்ப்பதில் செய்யப்படும் வேலை ‘வெப்பத்தை’ உருவாக்குகிறது. மாறாக, ஒரு நீராவி இயந்திரத்தில், நீராவியின் ‘வெப்பம்’ பிஸ்டன்களை நகர்த்துவதில் பயனுள்ள வேலையைச் செய்ய பயன்படுத்தப்படுகிறது, இது தொடர்ந்து ரயிலின் சக்கரங்களை சுழற்றுகிறது.

இயற்பியலில், வெப்பம், வெப்பநிலை, வேலை போன்ற கருத்துகளை மிகவும் கவனமாக வரையறுக்க வேண்டும். வரலாற்று ரீதியாக, ‘வெப்பம்’ என்ற சரியான கருத்துக்கு வர நீண்ட நேரம் பிடித்தது. நவீன படத்திற்கு முன், வெப்பம் ஒரு பொருளின் துளைகளை நிரப்பும் ஒரு நுண்ணிய கண்ணுக்கு தெரியாத திரவமாகக் கருதப்பட்டது. ஒரு சூடான பொருளுக்கும் குளிர்ந்த பொருளுக்கும் இடையே தொடர்பு ஏற்படும் போது, திரவம் (கலோரிக் என்று அழைக்கப்படுகிறது) குளிர்ந்த பொருளிலிருந்து சூடான பொருளுக்கு பாய்ந்தது! இது வெவ்வேறு உயரங்களில் வரை நீர் நிரம்பிய இரண்டு தொட்டிகளை ஒரு கிடைமட்ட குழாய் இணைக்கும்போது என்ன நடக்கிறதோ அதைப் போன்றது. இரண்டு தொட்டிகளிலும் உள்ள நீரின் மட்டம் ஒரே மாதிரியாக இருக்கும் வரை ஓட்டம் தொடர்கிறது. இதேபோல், வெப்பத்தின் ‘கலோரிக்’ படத்தில், ‘கலோரிக் நிலைகள்’ (அதாவது, வெப்பநிலைகள்) சமமாகும் வரை வெப்பம் பாய்கிறது.

காலப்போக்கில், வெப்பம் ஒரு திரவம் என்ற படம் கைவிடப்பட்டு, வெப்பம் ஆற்றலின் ஒரு வடிவம் என்ற நவீன கருத்து ஆதரிக்கப்பட்டது. இந்த தொடர்பில் ஒரு முக்கியமான பரிசோதனை 1798 இல் பெஞ்சமின் தாம்சனுக்கு (கவுண்ட் ரம்போர்ட் என்றும் அழைக்கப்படுகிறார்) காரணமாக இருந்தது. பித்தளை பீரங்கியை துளையிடுவது நிறைய வெப்பத்தை உருவாக்கியது, உண்மையில் தண்ணீரை கொதிக்க வைக்க போதுமானதாக இருந்தது என்பதை அவர் கவனித்தார். இன்னும் முக்கியமாக, உற்பத்தி செய்யப்படும் வெப்பத்தின் அளவு செய்யப்படும் வேலையை (துரப்பணத்தைத் திருப்ப பயன்படுத்தப்படும் குதிரைகளால்) சார்ந்திருந்தது, ஆனால் துரப்பணத்தின் கூர்மையைப் பொறுத்தது அல்ல. கலோரிக் படத்தில், ஒரு கூர்மையான துரப்பணம் துளைகளிலிருந்து அதிக வெப்ப திரவத்தை தோண்டி எடுக்கும்; ஆனால் இது கவனிக்கப்படவில்லை. அவதானிப்புகளின் மிகவும் இயற்கையான விளக்கம் என்னவென்றால், வெப்பம் ஆற்றலின் ஒரு வடிவம் மற்றும் பரிசோதனை ஆற்றலை ஒரு வடிவத்திலிருந்து மற்றொரு வடிவத்திற்கு மாற்றுவதை நிரூபித்தது - வேலையிலிருந்து வெப்பத்திற்கு.

வெப்ப இயக்கவியல் என்பது வெப்பம் மற்றும் வெப்பநிலை மற்றும் வெப்பம் மற்றும் பிற ஆற்றல் வடிவங்களின் பரஸ்பர மாற்றம் ஆகிய கருத்துகளைக் கையாளும் இயற்பியலின் ஒரு கிளை. வெப்ப இயக்கவியல் ஒரு மேக்ரோஸ்கோபிக் அறிவியல். இது மொத்த அமைப்புகளைக் கையாளுகிறது மற்றும் பொருளின் மூலக்கூறு அமைப்பிற்குள் செல்லாது. உண்மையில், அதன் கருத்துகள் மற்றும் விதிகள் பத்தொன்பதாம் நூற்றாண்டில் பொருளின் மூலக்கூறுப் படம் உறுதியாக நிறுவப்படுவதற்கு முன்பே உருவாக்கப்பட்டன. வெப்ப இயக்கவியல் விளக்கம் அமைப்பின் ஒப்பீட்டளவில் சில மேக்ரோஸ்கோபிக் மாறிகளை உள்ளடக்கியது, அவை பொதுவான அறிவால் பரிந்துரைக்கப்படுகின்றன மற்றும் பொதுவாக நேரடியாக அளவிடப்படலாம். எடுத்துக்காட்டாக, ஒரு வாயுவின் நுண்ணிய விளக்கம், வாயுவை உருவாக்கும் மிகப்பெரிய எண்ணிக்கையிலான மூலக்கூறுகளின் ஆயங்கள் மற்றும் வேகங்களைக் குறிப்பிடுவதை உள்ளடக்கும். வாயுக்களின் இயக்கக் கோட்பாட்டில் உள்ள விளக்கம் அவ்வளவு விரிவானதல்ல, ஆனால் அது வேகங்களின் மூலக்கூறு விநியோகத்தை உள்ளடக்கியது. மறுபுறம், ஒரு வாயுவின் வெப்ப இயக்கவியல் விளக்கம் மூலக்கூறு விளக்கத்தை முற்றிலும் தவிர்க்கிறது. அதற்கு பதிலாக, வெப்ப இயக்கவியலில் ஒரு வாயுவின் நிலை அழுத்தம், கன அளவு, வெப்பநிலை, நிறை மற்றும் கலவை போன்ற மேக்ரோஸ்கோபிக் மாறிகள் மூலம் குறிப்பிடப்படுகிறது, அவை நமது உணர்வு உணர்வுகளால் உணரப்படுகின்றன மற்றும் அளவிடக்கூடியவை*.

இயக்கவியல் மற்றும் வெப்ப இயக்கவியல் இடையே உள்ள வேறுபாடு மனதில் கொள்ள வேண்டியது. இயக்கவியலில், விசைகள் மற்றும் முறுக்குகளின் செயல்பாட்டின் கீழ் துகள்கள் அல்லது உடல்களின் இயக்கத்தில் நமக்கு ஆர்வம் உள்ளது. வெப்ப இயக்கவியல் மொத்தத்தில் அமைப்பின் இயக்கத்துடன் தொடர்பு இல்லை. இது உடலின் உள் மேக்ரோஸ்கோபிக் நிலையுடன் தொடர்புடையது. ஒரு துப்பாக்கியிலிருந்து ஒரு புல்லட் சுடப்படும் போது, புல்லட்டின் இயந்திர நிலை (குறிப்பாக அதன் இயக்க ஆற்றல்) மாறுகிறது, அதன் வெப்பநிலை அல்ல. புல்லட் ஒரு மரத்தைத் துளைத்து நிறுத்தும்போது, புல்லட்டின் இயக்க ஆற்றல் வெப்பமாக மாற்றப்படுகிறது, புல்லட் மற்றும் மரத்தின் சுற்றியுள்ள அடுக்குகளின் வெப்பநிலை மாறுகிறது. வெப்பநிலை புல்லட்டின் உள் (குழப்பமான) இயக்கத்தின் ஆற்றலுடன் தொடர்புடையது, மொத்தமாக புல்லட்டின் இயக்கத்துடன் அல்ல.

11.2 வெப்ப சமநிலை

இயக்கவியலில் சமநிலை என்பது ஒரு அமைப்பில் நிகர வெளிப்புற விசை மற்றும் முறுக்கு பூஜ்ஜியமாகும். வெப்ப இயக்கவியலில் ‘சமநிலை’ என்ற சொல் வேறு சூழலில் தோன்றுகிறது: ஒரு அமைப்பின் நிலை ஒரு சமநிலை நிலை என்று நாம் கூறினால், அமைப்பை வகைப்படுத்தும் மேக்ரோஸ்கோபிக் மாறிகள் காலப்போக்கில் மாறாது. எடுத்துக்காட்டாக, ஒரு மூடிய கடினமான கொள்கலனுக்குள் ஒரு வாயு, அதன் சுற்றுச்சூழலில் இருந்து முற்றிலும் காப்பிடப்பட்டு, அழுத்தம், கன அளவு, வெப்பநிலை, நிறை மற்றும் கலவையின் நிலையான மதிப்புகள் காலப்போக்கில் மாறாது, வெப்ப இயக்கவியல் சமநிலையில் உள்ளது.

படம் 11.1 (அ) அமைப்புகள் A மற்றும் B (இரண்டு வாயுக்கள்) ஒரு அடியாபாடிக் சுவரால் பிரிக்கப்பட்டுள்ளன - வெப்பத்தின் ஓட்டத்தை அனுமதிக்காத ஒரு காப்பு சுவர். (ஆ) அதே அமைப்புகள் A மற்றும் B ஒரு டையாதெர்மிக் சுவரால் பிரிக்கப்பட்டுள்ளன - ஒன்றிலிருந்து மற்றொன்றுக்கு வெப்பம் பாய்வதை அனுமதிக்கும் ஒரு கடத்தும் சுவர். இந்த வழக்கில், வெப்ப சமநிலை காலப்போக்கில் அடையப்படுகிறது.

பொதுவாக, ஒரு அமைப்பு சமநிலை நிலையில் உள்ளதா இல்லையா என்பது சுற்றுச்சூழல் மற்றும் அமைப்பை சுற்றுச்சூழலிலிருந்து பிரிக்கும் சுவரின் தன்மை ஆகியவற்றைப் பொறுத்தது. இரண்டு வெவ்வேறு கொள்கலன்களை ஆக்கிரமித்துள்ள இரண்டு வாயுக்கள் $A$ மற்றும் $B$ ஐக் கவனியுங்கள். ஒரு குறிப்பிட்ட நிறை வாயுவின் அழுத்தம் மற்றும் அளவு அதன் இரண்டு சுயாதீன மாறிகளாக தேர்ந்தெடுக்கப்படலாம் என்பது பரிசோதனை ரீதியாக நமக்குத் தெரியும். வாயுக்களின் அழுத்தம் மற்றும் அளவு முறையே $\left(P_A, V_A\right)$ மற்றும் $\left(P_B, V_B\right)$ ஆக இருக்கட்டும். முதலில் இரண்டு அமைப்புகளும் அருகாமையில் வைக்கப்பட்டுள்ளன, ஆனால் ஒரு அடியாபாடிக் சுவரால் பிரிக்கப்பட்டுள்ளன - ஒரு காப்பு சுவர் (நகரக்கூடியது) ஒன்றிலிருந்து மற்றொன்றுக்கு ஆற்றல் (வெப்பம்) பாய்வதை அனுமதிக்காது. அமைப்புகளும் இதே போன்ற அடியாபாடிக் சுவர்களால் மீதமுள்ள சுற்றுச்சூழலில் இருந்து காப்பிடப்பட்டுள்ளன. இந்த நிலைமை படம் 11.1 (அ) இல் திட்டவட்டமாக காட்டப்பட்டுள்ளது. இந்த வழக்கில், எந்தவொரு சாத்தியமான ஜோடி மதிப்புகள் $\left(P_{A}, V_{A}\right)$ எந்தவொரு சாத்தியமான ஜோடி மதிப்புகள் $\left(P_{B}, V_{B}\right)$ உடன் சமநிலையில் இருக்கும் என்பது கண்டறியப்பட்டுள்ளது. அடுத்து, அடியாபாடிக் சுவர் ஒரு டையாதெர்மிக் சுவரால் மாற்றப்பட்டது என்று வைத்துக்கொள்வோம் - ஒன்றிலிருந்து மற்றொன்றுக்கு ஆற்றல் ஓட்டத்தை (வெப்பம்) அனுமதிக்கும் ஒரு கடத்தும் சுவர். இரண்டு அமைப்புகளின் மேக்ரோஸ்கோபிக் மாறிகள் தன்னிச்சையாக மாறி, இரண்டு அமைப்புகளும் சமநிலை நிலைகளை அடையும் வரை மாறுகின்றன என்பது கண்டறியப்பட்டுள்ளது. அதன் பிறகு அவற்றின் நிலைகளில் எந்த மாற்றமும் இல்லை. இந்த நிலைமை படம் 11.1(ஆ) இல் காட்டப்பட்டுள்ளது. இரண்டு வாயுக்களின் அழுத்தம் மற்றும் கன அளவு மாறிகள் $\left(P_{B}{ }^{\prime}, V_{B}{ }^{\prime}\right)$ மற்றும் $\left(P_{A}{ }^{\prime}, V_{A}{ }^{\prime}\right)$ ஆக மாறுகின்றன, அதாவது $A$ மற்றும் $B$ இன் புதிய நிலைகள் ஒன்றுக்கொன்று சமநிலையில் உள்ளன*. ஒன்றிலிருந்து மற்றொன்றுக்கு இனி ஆற்றல் பாய்வு இல்லை. பின்னர் $A$ அமைப்பு $B$ அமைப்புடன் வெப்ப சமநிலையில் உள்ளது என்று கூறுகிறோம்.

இரண்டு அமைப்புகளுக்கு இடையேயான வெப்ப சமநிலை நிலைமையை எது வகைப்படுத்துகிறது? உங்கள் அனுபவத்திலிருந்து பதிலை யூகிக்கலாம். வெப்ப சமநிலையில், இரண்டு அமைப்புகளின் வெப்பநிலைகள் சமமாக இருக்கும். வெப்ப இயக்கவியலில் வெப்பநிலை என்ற கருத்துக்கு ஒருவர் எவ்வாறு வருகிறார் என்பதைப் பார்ப்போம்? வெப்ப இயக்கவியலின் சுழி விதி துப்புக் கொடுக்கிறது.

11.3 வெப்ப இயக்கவியலின் சுழி விதி

இரண்டு அமைப்புகள் $A$ மற்றும் $B$, ஒரு அடியாபாடிக் சுவரால் பிரிக்கப்பட்டுள்ளன, ஒவ்வொன்றும் மூன்றாவது அமைப்பு $C$ உடன் தொடர்பில் உள்ளன, ஒரு கடத்தும் சுவர் வழியாக [படம் 11.2(அ)] என கற்பனை செய்து பாருங்கள். அமைப்புகளின் நிலைகள் (அதாவது, அவற்றின் மேக்ரோஸ்கோபிக் மாறிகள்) $A$ மற்றும் $B$ இரண்டும் $C$ உடன் வெப்ப சமநிலையில் வரும் வரை மாறும். இது அடையப்பட்ட பிறகு, $A$ மற்றும் $B$ க்கு இடையே உள்ள அடியாபாடிக் சுவர் ஒரு கடத்தும் சுவரால் மாற்றப்பட்டு, $C$ $A$ மற்றும் $B$ இலிருந்து ஒரு அடியாபாடிக் சுவரால் காப்பிடப்பட்டுள்ளது என்று வைத்துக்கொள்வோம் [படம்.11.2(ஆ)]. $A$ மற்றும் $B$ இன் நிலைகள் மேலும் மாறாது, அதாவது அவை ஒன்றுக்கொன்று வெப்ப சமநிலையில் உள்ளன என்பது கண்டறியப்பட்டுள்ளது. இந்த அவதானிப்பு வெப்ப இயக்கவியலின் சுழி விதியின் அடிப்படையை உருவாக்குகிறது, இது ‘மூன்றாவது அமைப்புடன் தனித்தனியாக வெப்ப சமநிலையில் உள்ள இரண்டு அமைப்புகள் ஒன்றுக்கொன்று வெப்ப சமநிலையில் உள்ளன’ என்று கூறுகிறது. ஆர்.எச். ஃபவுலர் இந்த சட்டத்தை 1931 இல் வெப்ப இயக்கவியலின் முதல் மற்றும் இரண்டாவது விதிகள் கூறப்பட்டு எண்ணப்பட்ட பிறகு நீண்ட காலத்திற்குப் பிறகு உருவாக்கினார்.

சுழி விதி இரண்டு அமைப்புகள் $A$ மற்றும் $B$ வெப்ப சமநிலையில் இருக்கும்போது, இரண்டிற்கும் ஒரே மதிப்பைக் கொண்ட ஒரு இயற்பியல் அளவு இருக்க வேண்டும் என்பதை தெளிவாகக் குறிப்பிடுகிறது. இரண்டு அமைப்புகள் வெப்ப சமநிலையில் இருக்கும்போது அதன் மதிப்பு சமமாக இருக்கும் இந்த வெப்ப இயக்கவியல் மாறி வெப்பநிலை $(T)$ என்று அழைக்கப்படுகிறது. எனவே, $A$ மற்றும் $B$ தனித்தனியாக $C, T_{A}=T_{C}$ மற்றும் $T_{B}=T_{C}$ உடன் சமநிலையில் இருந்தால். இது $T_{A}=T_{B}$ அதாவது அமைப்புகள் $A$ மற்றும் ⟦88⟉ வெப்ப சமநிலையிலும் உள்ளன என்பதைக் குறிக்கிறது.

சுழி விதி வழியாக நாம் முறையாக வெப்பநிலை என்ற கருத்துக்கு வந்துள்ளோம். அடுத்த கேள்வி: வெவ்வேறு உடல்களின் வெப்பநிலைகளுக்கு எண் மதிப்புகளை எவ்வாறு ஒதுக்குவது? வேறு வார்த்தைகளில் கூறுவதானால், வெப்பநிலையின் அளவை நாம் எவ்வாறு உருவாக்குவது? வெப்பநிலை அளவியல் இந்த அடிப்படைக் கேள்வியைக் கையாள்கிறது, அதற்கு நாம் அடுத்த பகுதியில் திரும்புகிறோம்.

படம் 11.2 (அ) அமைப்புகள் A மற்றும் B ஒரு அடியாபாடிக் சுவரால் பிரிக்கப்பட்டுள்ளன, ஒவ்வொன்றும் மூன்றாவது அமைப்பு C உடன் ஒரு கடத்தும் சுவர் வழியாக தொடர்பில் உள்ளன. (ஆ) A மற்றும் B க்கு இடையே உள்ள அடியாபாடிக் சுவர் ஒரு கடத்தும் சுவரால் மாற்றப்பட்டுள்ளது, அதே நேரத்தில் C ஒரு அடியாபாடிக் சுவரால் A மற்றும் B இலிருந்து காப்பிடப்பட்டுள்ளது.

11.4 வெப்பம், உள் ஆற்றல் மற்றும் வேலை

வெப்ப இயக்கவியலின் சுழி விதி நம்மை வெப்பநிலை என்ற கருத்துக்கு இட்டுச் சென்றது, இது நமது பொதுவான அறிவு கருத்துடன் ஒத்துப்போகிறது. வெப்பநிலை என்பது ஒரு உடலின் ‘சூடான தன்மை’க்கான அடையாளமாகும். இரண்டு உடல்கள் வெப்பத் தொடர்பில் வைக்கப்படும் போது வெப்பத்தின் ஓட்டத்தின் திசையை இது தீர்மானிக்கிறது. அதிக வெப்பநிலையில் உள்ள உடலிலிருந்து குறைந்த வெப்பநிலையில் உள்ள உடலுக்கு வெப்பம் பாய்கிறது. வெப்பநிலைகள் சமமாகும்போது ஓட்டம் நிற்கிறது; இரண்டு உடல்களும் வெப்ப சமநிலையில் இருக்கும். வெவ்வேறு உடல்களுக்கு வெப்பநிலைகளை ஒதுக்குவதற்கு வெப்பநிலை அளவுகோல்களை எவ்வாறு உருவாக்குவது என்பதை சில விவரங்களில் பார்த்தோம். வெப்பம் மற்றும் உள் ஆற்றல் மற்றும் வேலை போன்ற பிற தொடர்புடைய அளவுகளின் கருத்துகளை இப்போது விவரிக்கிறோம்.

ஒரு அமைப்பின் உள் ஆற்றலின் கருத்து புரிந்துகொள்வது கடினம் அல்ல. ஒவ்வொரு மொத்த அமைப்பும் பல மூலக்கூறுகளைக் கொண்டுள்ளது என்பது நமக்குத் தெரியும். உள் ஆற்றல் என்பது இந்த மூலக்கூறுகளின் இயக்க ஆற்றல்கள் மற்றும் நிலை ஆற்றல்களின் கூட்டுத்தொகை ஆகும். வெப்ப இயக்கவியலில், மொத்தத்தில் அமைப்பின் இயக்க ஆற்றல் பொருத்தமானது அல்ல என்று நாம் முன்பே குறிப்பிட்டோம். எனவே, உள் ஆற்றல் என்பது அமைப்பின் நிறை மையம் ஓய்வில் இருக்கும் குறிப்பு சட்டத்தில் மூலக்கூறு இயக்க மற்றும் நிலை ஆற்றல்களின் கூட்டுத்தொகையாகும். எனவே, இது அமைப்பின் மூலக்கூறுகளின் சீரற்ற இயக்கத்துடன் தொடர்புடைய (குழப்பமான) ஆற்றலை மட்டுமே உள்ளடக்கியது. ஒரு அமைப்பின் உள் ஆற்றலை $U$ ஆல் குறிக்கிறோம்.

உள் ஆற்றலின் பொருளைப் புரிந்துகொள்வதற்காக மூலக்கூறுப் படத்தை நாம் அழைத்திருந்தாலும், வெப்ப இயக்கவியலைப் பொறுத்தவரை, $U$ வெறுமனே அமைப்பின் ஒரு மேக்ரோஸ்கோபிக் மாறியாகும். உள் ஆற்றலைப் பற்றிய முக்கியமான விஷயம் என்னவென்றால், அது அமைப்பின் நிலையை மட்டுமே சார்ந்துள்ளது, அந்த நிலை எவ்வாறு அடையப்பட்டது என்பதைப் பொறுத்து அல்ல. ஒரு அமைப்பின் உள் ஆற்றல் $U$ என்பது ஒரு வெப்ப இயக்கவியல் ‘மாநில மாறி’க்கு ஒரு எடுத்துக்காட்டு - அதன் மதிப்பு அமைப்பின் கொடுக்கப்பட்ட நிலையை மட்டுமே சார்ந்துள்ளது, வரலாற்றைப் பொறுத்து அல்ல, அதாவது அந்த நிலைக்கு வர பயணித்த ‘பாதை’யைப் பொறுத்து அல்ல. எனவே, ஒரு குறிப்பிட்ட நிறை வாயுவின் உள் ஆற்றல் அழுத்தம், கன அளவு மற்றும் வெப்பநிலையின் குறிப்பிட்ட மதிப்புகளால் விவரிக்கப்பட்ட அதன் நிலையைப் பொறுத்தது. வாயுவின் இந்த நிலை எவ்வாறு ஏற்பட்டது என்பதைப் பொறுத்தது அல்ல. அழுத்தம், கன அளவு, வெப்பநிலை மற்றும் உள் ஆற்றல் ஆகியவை அமைப்பின் (வாயு) வெப்ப இயக்கவியல் நிலை மாறிகள் (பிரிவு 11.7 ஐப் பார்க்கவும்). ஒரு வாயுவில் சிறிய இடை-மூலக்கூறு விசைகளை நாம் புறக்கணித்தால், ஒரு வாயுவின் உள் ஆற்றல் என்பது அதன் மூலக்கூறுகளின் பல்வேறு சீரற்ற இயக்கங்களுடன் தொடர்புடைய இயக்க ஆற்றல்களின் கூட்டுத்தொகையாகும். அடுத்த அத்தியாயத்தில் ஒரு வாயுவில் இந்த இயக்கம் மொழிபெயர்ப்பு மட்டுமல்ல (அதாவது கொள்கலனின் அளவில் ஒரு புள்ளியிலிருந்து மற்றொரு புள்ளிக்கு நகர்த்துதல்); இது மூலக்கூறுகளின் சுழற்சி மற்றும் அதிர்வு இயக்கத்தையும் உள்ளடக்கியது (படம் 11.3).

படம் 11.3 (அ) ஒரு வாயுவின் உள் ஆற்றல் U என்பது பெட்டி ஓய்வில் இருக்கும் போது அதன் மூலக்கூறுகளின் இயக்க மற்றும் நிலை ஆற்றல்களின் கூட்டுத்தொகையாகும். பல்வேறு வகையான இயக்கங்களுக்கு (மொழிபெயர்ப்பு, சுழற்சி, அதிர்வு) காரணமாக ஏற்படும் இயக்க ஆற்றல் U இல் சேர்க்கப்பட வேண்டும். (ஆ) அதே பெட்டி ஒரு குறிப்பிட்ட வேகத்தில் மொத்தமாக நகர்ந்தால், பெட்டியின் இயக்க ஆற்றல் U இல் சேர்க்கப்படக்கூடாது.

படம் 11.4 வெப்பம் மற்றும் வேலை ஆகியவை ஒரு அமைப்புக்கு ஆற்றல் பரிமாற்றத்தின் இரண்டு தனித்துவமான முறைகள் ஆகும், இது அதன் உள் ஆற்றலில் மாற்றத்தை ஏற்படுத்துகிறது. (அ) வெப்பம் என்பது அமைப்புக்கும் சுற்றுச்சூழலுக்கும் இடையே உள்ள வெப்பநிலை வேறுபாட்டின் காரணமாக ஆற்றல் பரிமாற்றமாகும். (ஆ) வேலை என்பது அத்தகைய வெப்பநிலை வேறுபாட்டை உள்ளடக்காத வழிமுறைகள் மூலம் (எ.கா., அதனுடன் இணைக்கப்பட்ட சில எடைகளை உயர்த்துவதன் மூலம் அல்லது குறைப்பதன் மூலம் பிஸ்டனை நகர்த்துவது) மூலம் கொண்டுவரப்படும் ஆற்றல் பரிமாற்றமாகும்.

ஒரு அமைப்பின் உள் ஆற்றலை மாற்றுவதற்கான வழிகள் என்ன? மீண்டும் எளிமைக்காக, படம் 11.4 இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி ஒரு நகரக்கூடிய பிஸ்டன் கொண்ட ஒரு சிலிண்டரில் உள்ள குறிப்பிட்ட நிறை வாயுவாக அமைப்பைக் கவனியுங்கள். அனுபவம் காட்டுவது போல், வாயுவின் நிலையை (எனவே அதன் உள் ஆற்றலை) மாற்ற இரண்டு வழிகள் உள்ளன. ஒரு வழி, வாயுவின் வெப்பநிலையை விட அதிக வெப்பநிலையில் உள்ள ஒரு உடலுடன் சிலிண்டரைத் தொடர்பு கொள்வது. வெப்பநிலை வேறுபாடு வெப்பமான உடலிலிருந்து வாயுவுக்கு ஆற்றல் (வெப்பம்) பாய்வதற்கு காரணமாகிறது, இதனால் வாயுவின் உள் ஆற்றல் அதிகரிக்கிறது. மற்றொரு வழி பிஸ்டனை கீழே தள்ளுவது, அதாவது அமைப்பில் வேலை செய்வது, இது மீண்டும் வாயுவின் உள் ஆற்றலை அதிகரிக்க விளைகிறது. நிச்சயமாக, இந்த இரண்டு விஷயங்களும் தலைகீழ் திசையில் நடக்கக்கூடும். குறைந்த வெப்பநிலையில் சுற்றுச்சூழலுடன், வாயுவிலிருந்து சுற்றுச்சூழலுக்கு வெப்பம் பாயும். அதேபோல், வாயு பிஸ்டனை மேலே தள்ளி சுற்றுச்சூழலில் வேலை செய்ய முடியும். சுருக்கமாக, வெப்பம் மற்றும் வேலை ஆகியவை ஒரு வெப்ப இயக்கவியல் அமைப்பின் நிலையை மாற்றுவதற்கும் அதன் உள் ஆற்றலை மாற்றுவதற்கும் இரண்டு வெவ்வேறு முறைகள் ஆகும்.

வெப்பம் என்ற கருத்து உள் ஆற்றல் என்ற கருத்திலிருந்து கவனமாக வேறுபடுத்தப்பட வேண்டும். வெப்பம் நிச்சயமாக ஆற்றல், ஆனால் அது பரிமாற்றத்தில் உள்ள ஆற்றல். இது வார்த்தைகளின் விளையாட்டு மட்டுமல்ல. வேறுபாடு அடிப்படை முக்கியத்துவம் வாய்ந்தது. ஒரு வெப்ப இயக்கவியல் அமைப்பின் நிலை அதன் உள் ஆற்றலால் வகைப்படுத்தப்படுகிறது, வெப்பம் அல்ல. ‘ஒரு குறிப்பிட்ட நிலையில் உள்ள ஒரு வாயு ஒரு குறிப்பிட்ட அளவு வெப்பத்தைக் கொண்டுள்ளது’ என்ற கூற்று ‘ஒரு குறிப்பிட்ட நிலையில் உள்ள ஒரு வாயு ஒரு குறிப்பிட்ட அளவு வேலையைக் கொண்டுள்ளது’ என்ற கூற்றைப் போலவே அர்த்தமற்றது. இதற்கு மாறாக, ‘ஒரு குறிப்பிட்ட நிலையில் உள்ள ஒரு வாயு ஒரு குறிப்பிட்ட அளவு உள் ஆற்றலைக் கொண்டுள்ளது’ என்பது முற்றிலும் அர்த்தமுள்ள கூற்றாகும். இதேபோல், ‘ஒரு குறிப்பிட்ட அளவு வெப்பம் அமைப்புக்கு வழங்கப்படுகிறது’ அல்லது ‘ஒரு குறிப்பிட்ட அளவு வேலை அமைப்பால் செய்யப்பட்டது’ ஆகிய கூற்றுகள் முற்றிலும் அர்த்தமுள்ளவை.

சுருக்கமாக, வெப்ப இயக்கவியலில் வெப்பம் மற்றும் வேலை ஆகியவை மாநில மாறிகள் அல்ல. அவை ஒரு அமைப்புக்கு ஆற்றல் பரிமாற்ற முறைகள் ஆகும், இது அதன் உள் ஆற்றலில் மாற்றத்தை ஏற்படுத்துகிறது, இது ஏற்கனவே குறிப்பிட்டுள்ளபடி, ஒரு மாநில மாறியாகும்.

சாதாரண மொழியில், நாம் பெரும்பாலும் வெப்பத்தை உள் ஆற்றலுடன் குழப்புகிறோம். அவற்றுக்கிடையேயான வேறுபாடு சில நேரங்களில் ஆரம்பகால இயற்பியல் புத்தகங்களில் புறக்கணிக்கப்படுகிறது. இருப்பினும், வெப்ப இயக்கவியலின் சரியான புரிதலுக்கு, வேறுபாடு முக்கியமானது.

11.5 வெப்ப இயக்கவியலின் முதல் விதி

ஒரு அமைப்பின் உள் ஆற்றல்