تھرموڈائنامکس

تھرموڈائنامکس#

تھرموڈائنامکس طبیعیات کی وہ شاخ ہے جو حرارت اور اس کے دیگر اقسام کی توانائی کے ساتھ تعلق سے بحث کرتی ہے۔ یہ اس بات کا مطالعہ کرتی ہے کہ حرارت کیسے منتقل اور تبدیل ہوتی ہے، اور یہ مادے کی میکروسکوپک خصوصیات کو کیسے متاثر کرتی ہے۔ تھرموڈائنامکس کے چار قوانین ان عملوں کو سمجھنے کے لیے ایک فریم ورک فراہم کرتے ہیں۔

پہلا قانون بیان کرتا ہے کہ توانائی نہ تو پیدا کی جا سکتی ہے اور نہ ہی تباہ کی جا سکتی ہے، بلکہ اسے ایک شکل سے دوسری شکل میں منتقل یا تبدیل کیا جا سکتا ہے۔ دوسرا قانون بیان کرتا ہے کہ ایک الگ تھلگ نظام کی اینٹروپی وقت کے ساتھ ہمیشہ بڑھتی ہے۔ تیسرا قانون بیان کرتا ہے کہ مطلق صفر درجہ حرارت پر ایک کامل کرسٹل کی اینٹروپی صفر ہوتی ہے۔ چوتھا قانون بیان کرتا ہے کہ جیسے جیسے درجہ حرارت مطلق صفر کے قریب پہنچتا ہے، نظام کی اینٹروپی ایک مستقل قدر کے قریب پہنچ جاتی ہے۔

ان قوانین کے کائنات کی ہماری سمجھ کے لیے اہم مضمرات ہیں۔ مثال کے طور پر، تھرموڈائنامکس کا دوسرا قانون ہمیں بتاتا ہے کہ کائنات مسلسل زیادہ بے ترتیب ہوتی جا رہی ہے، اور یہ کہ آخرکار تمام ستارے بجھ جائیں گے اور کائنات زیادہ سے زیادہ اینٹروپی کی حالت تک پہنچ جائے گی۔

تھرموڈائنامکس کیا ہے؟#

تھرموڈائنامکس کیا ہے؟

تھرموڈائنامکس طبیعیات کی وہ شاخ ہے جو حرارت اور اس کے دیگر اقسام کی توانائی کے ساتھ تعلق سے بحث کرتی ہے۔ یہ ایک بنیادی سائنس ہے جس کے انجینئرنگ، کیمسٹری، حیاتیات اور ماحولیاتی سائنس جیسے بہت سے شعبوں میں اطلاقات ہیں۔

تھرموڈائنامکس کے بنیادی اصول تھرموڈائنامکس کے قوانین پر مبنی ہیں، جو بیان کرتے ہیں کہ طبیعی نظاموں میں حرارت اور توانائی کیسے برتاؤ کرتی ہے۔ تھرموڈائنامکس کے چار قوانین یہ ہیں:

• تھرموڈائنامکس کا صفری قانون: اگر دو نظام ایک تیسرے نظام کے ساتھ حرارتی توازن میں ہیں، تو وہ ایک دوسرے کے ساتھ حرارتی توازن میں ہیں۔
• تھرموڈائنامکس کا پہلا قانون: توانائی نہ تو پیدا کی جا سکتی ہے اور نہ ہی تباہ کی جا سکتی ہے، لیکن اسے ایک شکل سے دوسری شکل میں منتقل کیا جا سکتا ہے۔
• تھرموڈائنامکس کا دوسرا قانون: ایک الگ تھلگ نظام کی اینٹروپی وقت کے ساتھ ہمیشہ بڑھتی ہے۔
• تھرموڈائنامکس کا تیسرا قانون: مطلق صفر درجہ حرارت پر ایک کامل کرسٹل کی اینٹروپی صفر ہوتی ہے۔

یہ قوانین اس بات کو سمجھنے کے لیے ایک فریم ورک فراہم کرتے ہیں کہ طبیعی نظاموں میں حرارت اور توانائی کیسے بہتی ہے۔ انہیں مختلف حالات میں نظاموں کے برتاؤ کی پیشین گوئی کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے، جیسے کہ حرارتی انجنوں کی کارکردگی، ریفریجریشن نظاموں کا ڈیزائن، اور کیمیائی تعاملات کا مطالعہ۔

تھرموڈائنامکس کی مثالیں

یہاں کچھ مثالیں ہیں کہ کس طرح تھرموڈائنامکس کو مختلف شعبوں میں لاگو کیا جاتا ہے:

• انجینئرنگ: تھرموڈائنامکس کا استعمال حرارتی انجنوں، ریفریجریشن نظاموں اور دیگر آلات کو ڈیزائن اور بہتر بنانے کے لیے کیا جاتا ہے جو حرارت کو کام میں یا کام کو حرارت میں تبدیل کرتے ہیں۔
• کیمسٹری: تھرموڈائنامکس کا استعمال کیمیائی تعاملات کا مطالعہ کرنے اور کیمیائی نظاموں کے توازنی ترکیب کی پیشین گوئی کے لیے کیا جاتا ہے۔
• حیاتیات: تھرموڈائنامکس کا استعمال خلیوں اور جانداروں کے توانائی میٹابولزم کا مطالعہ کرنے اور یہ سمجھنے کے لیے کیا جاتا ہے کہ زندہ نظام ہومیوسٹیسیس کو کیسے برقرار رکھتے ہیں۔
• ماحولیاتی سائنس: تھرموڈائنامکس کا استعمال ماحول میں حرارت اور توانائی کی منتقلی کا مطالعہ کرنے اور آب و ہوا پر انسانی سرگرمیوں کے اثرات کو سمجھنے کے لیے کیا جاتا ہے۔

تھرموڈائنامکس ایک طاقتور آلہ ہے جسے فطرت میں موجود مختلف قسم کے مظاہر کو سمجھنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ یہ ایک بنیادی سائنس ہے جس کے بہت سے شعبوں میں اطلاقات ہیں، اور یہ تحقیق کا ایک فعال میدان بنی ہوئی ہے۔

JEE مین کے لیے تھرموڈائنامکس کا فوری جائزہ

مختصر نوٹس

• تھرموڈائنامکس طبیعیات کی وہ شاخ ہے جو حرارت اور اس کے دیگر اقسام کی توانائی کے ساتھ تعلق سے بحث کرتی ہے۔
• تھرموڈائنامکس کا پہلا قانون بیان کرتا ہے کہ توانائی نہ تو پیدا کی جا سکتی ہے اور نہ ہی تباہ کی جا سکتی ہے، صرف منتقل یا تبدیل کی جا سکتی ہے۔
• تھرموڈائنامکس کا دوسرا قانون بیان کرتا ہے کہ ایک بند نظام کی اینٹروپی وقت کے ساتھ ہمیشہ بڑھتی ہے۔
• اینٹروپی کسی نظام کی بے ترتیبی کی پیمائش ہے۔
• حرارت ایک چیز سے دوسری چیز میں حرارتی توانائی کی منتقلی ہے۔
• کام ایک قوت کے ذریعے ایک چیز سے دوسری چیز میں توانائی کی منتقلی ہے۔
• اندرونی توانائی کسی نظام میں ذرات کی حرکی اور ممکنہ توانائیوں کا مجموعہ ہے۔
• اینتھیلپی کسی نظام کی اندرونی توانائی اور اس کے دباؤ اور حجم کے حاصل ضرب کا مجموعہ ہے۔
• گِبز آزاد توانائی مستقل درجہ حرارت اور دباؤ پر کسی نظام کے ذریعے کیا جانے والا زیادہ سے زیادہ کام ہے۔

پچھلے سال کے سوالات (PYQs)

1. ایک گیس کو 10 L کے حجم سے 5 L کے حجم تک سکیڑا جاتا ہے۔ گیس کا دباؤ 1 atm سے بڑھ کر 2 atm ہو جاتا ہے۔ گیس کے ذریعے کیا گیا کام کیا ہے؟

2. 0°C پر 100 g برف کا ایک ٹکڑا ایک کیلیوری میٹر میں رکھا جاتا ہے جس میں 20°C پر 100 g پانی ہے۔ مرکب کا حتمی درجہ حرارت کیا ہے؟

3. ایک حرارتی انجن 100°C پر گرم ذخیرے اور 20°C پر ٹھنڈے ذخیرے کے درمیان کام کرتا ہے۔ انجن ہر سائیکل میں 100 J کام کرتا ہے۔ انجن کی افادیت کیا ہے؟

حل

1. گیس کے ذریعے کیا گیا کام درج ذیل فارمولے سے دیا جاتا ہے:

$$W = -P\Delta V$$

جہاں:

• W کیا گیا کام ہے (جول میں)
• P دباؤ ہے (پاسکل میں)
• ΔV حجم میں تبدیلی ہے (مکعب میٹر میں)

اس صورت میں، P = 1 atm = 101,325 Pa، ΔV = -5 L = -0.005 m3، لہذا:

$$W = -(101,325 Pa)(-0.005 m3) = 506.625 J$$

لہذا، گیس کے ذریعے کیا گیا کام 506.625 J ہے۔

2. برف کے ذریعے جذب کی گئی حرارت درج ذیل فارمولے سے دی جاتی ہے:

$$Q = mc\Delta T$$

جہاں:

• Q جذب کی گئی حرارت ہے (جول میں)
• m برف کی کمیت ہے (کلوگرام میں)
• c برف کی مخصوص حرارت گنجائش ہے (جول فی کلوگرام-کیلون میں)
• ΔT درجہ حرارت میں تبدیلی ہے (کیلون میں)

اس صورت میں، m = 0.1 kg، c = 2090 J/kg-K، اور ΔT = 20°C = 20 K، لہذا:

$$Q = (0.1 kg)(2090 J/kg-K)(20 K) = 4180 J$$

لہذا، برف کے ذریعے جذب کی گئی حرارت 4180 J ہے۔

پانی کے ذریعے خارج کی گئی حرارت درج ذیل فارمولے سے دی جاتی ہے:

$$Q = mc\Delta T$$

جہاں:

• Q خارج کی گئی حرارت ہے (جول میں)
• m پانی کی کمیت ہے (کلوگرام میں)
• c پانی کی مخصوص حرارت گنجائش ہے (جول فی کلوگرام-کیلون میں)
• ΔT درجہ حرارت میں تبدیلی ہے (کیلون میں)

اس صورت میں، m = 0.1 kg، c = 4180 J/kg-K، اور ΔT = -20°C = -20 K، لہذا:

$$Q = (0.1 kg)(4180 J/kg-K)(-20 K) = -8360 J$$

لہذا، پانی کے ذریعے خارج کی گئی حرارت -8360 J ہے۔

مرکب کے ذریعے جذب کی گئی کل حرارت ہے:

$$Q = Q_{ice} + Q_{water} = 4180 J - 8360 J = -4180 J$$

لہذا، مرکب کا حتمی درجہ حرارت ہے:

$$T_f = T_i + \frac{Q}{mc}$$

جہاں:

• Tf حتمی درجہ حرارت ہے (کیلون میں)
• Ti ابتدائی درجہ حرارت ہے (کیلون میں)
• Q جذب کی گئی کل حرارت ہے (جول میں)
• m مرکب کی کل کمیت ہے (کلوگرام میں)
• c مرکب کی مخصوص حرارت گنجائش ہے (جول فی کلوگرام-کیلون میں)

اس صورت میں، Ti = 20°C = 293 K، Q = -4180 J، m = 0.2 kg، اور c = 4180 J/kg-K، لہذا:

$$T_f = 293 K + \frac{-4180 J}{(0.2 kg)(4180 J/kg-K)} = 273 K$$

لہذا، مرکب کا حتمی درجہ حرارت 273 K، یا 0°C ہے۔

3. ایک حرارتی انجن کی افادیت درج ذیل فارمولے سے دی جاتی ہے:

$$\eta = \frac{W}{Q_h}$$

جہاں:

• η افادیت ہے
• W کیا گیا کام ہے (جول میں)
• Qh گرم ذخیرے سے جذب کی گئی حرارت ہے (جول میں)

اس صورت میں، W = 100 J اور Qh = 100°C - 20°C = 80°C = 353 K، لہذا:

$$\eta = \frac{100 J}{353 K} = 0.283$$

لہذا، انجن کی افادیت 0.283، یا 28.3% ہے۔

تھرموڈائنامکس کے بنیادی تصورات – تھرموڈائنامک اصطلاحات#

تھرموڈائنامکس کے بنیادی تصورات – تھرموڈائنامک اصطلاحات

تھرموڈائنامکس طبیعیات کی وہ شاخ ہے جو حرارت اور اس کے دیگر اقسام کی توانائی کے ساتھ تعلق سے بحث کرتی ہے۔ یہ ایک بنیادی سائنس ہے جس کے انجینئرنگ، کیمسٹری اور حیاتیات جیسے بہت سے شعبوں میں اطلاقات ہیں۔

تھرموڈائنامک اصطلاحات

• نظام: نظام جگہ کا وہ خطہ ہے جس کا مطالعہ کیا جا رہا ہے۔ نظام کچھ بھی ہو سکتا ہے، ایک واحد ایٹم سے لے کر پوری کائنات تک۔
• ماحول: ماحول نظام کے باہر کی ہر چیز ہے۔ ماحول نظام کے ساتھ تعامل کر سکتا ہے، لیکن یہ نظام کا حصہ نہیں ہے۔
• سرحد: سرحد وہ سطح ہے جو نظام کو ماحول سے الگ کرتی ہے۔ سرحد حقیقی یا خیالی ہو سکتی ہے۔
• حالت: کسی نظام کی حالت نظام کی خصوصیات کی مکمل وضاحت ہے۔ کسی نظام کی حالت کئی متغیرات کے ذریعے بیان کی جا سکتی ہے، جیسے درجہ حرارت، دباؤ اور حجم۔
• عمل: عمل نظام کی حالت میں تبدیلی ہے۔ عمل نظام کے ماحول میں تبدیلی کی وجہ سے ہو سکتا ہے، یا یہ نظام خود میں تبدیلی کی وجہ سے ہو سکتا ہے۔
• حرارت: حرارت ایک نظام سے دوسرے نظام میں حرارتی توانائی کی منتقلی ہے۔ حرارت ہمیشہ گرم تر نظام سے ٹھنڈے تر نظام کی طرف بہتی ہے۔
• کام: کام ایک قوت کے ذریعے ایک نظام سے دوسرے نظام میں توانائی کی منتقلی ہے۔ کسی نظام پر کام کیا جا سکتا ہے، یا کسی نظام کے ذریعے کام کیا جا سکتا ہے۔
• اندرونی توانائی: کسی نظام کی اندرونی توانائی نظام میں موجود ذرات کی حرکی اور ممکنہ توانائیوں کا مجموعہ ہے۔ کسی نظام کی اندرونی توانائی کو نظام میں حرارت شامل کر کے بڑھایا جا سکتا ہے، یا نظام پر کام کر کے کم کیا جا سکتا ہے۔
• اینٹروپی: اینٹروپی کسی نظام کی بے ترتیبی کی پیمائش ہے۔ کسی نظام کی اینٹروپی کو نظام میں حرارت شامل کر کے بڑھایا جا سکتا ہے، یا نظام پر کام کر کے کم کیا جا سکتا ہے۔

تھرموڈائنامک اصطلاحات کی مثالیں

• گرم کافی کا کپ: گرم کافی کا کپ نظام ہے۔ کمرے کا درجہ حرارت ماحول ہے۔ سرحد کافی کے کپ کی سطح ہے۔ نظام کی حالت کافی کے درجہ حرارت، دباؤ اور حجم کے ذریعے بیان کی جاتی ہے۔ کافی پینے کا عمل نظام کی حالت میں تبدیلی ہے۔ کافی سے منہ میں منتقل ہونے والی حرارت حرارت ہے۔ کافی پینے کے لیے شخص کے ذریعے کیا گیا کام کام ہے۔ کافی کی اندرونی توانائی کافی میں موجود ذرات کی حرکی اور ممکنہ توانائیوں کا مجموعہ ہے۔ کافی کی اینٹروپی کافی کی بے ترتیبی کی پیمائش ہے۔
• کار انجن: کار انجن نظام ہے۔ ہوا اور ایندھن کا مرکب ماحول ہے۔ سرحد انجن کی سطح ہے۔ نظام کی حالت ہوا اور ایندھن کے مرکب کے درجہ حرارت، دباؤ اور حجم کے ذریعے بیان کی جاتی ہے۔ احتراق کا عمل نظام کی حالت میں تبدیلی ہے۔ احتراق کے ذریعے خارج ہونے والی حرارت حرارت ہے۔ انجن کے ذریعے کیا گیا کام کام ہے۔ ہوا اور ایندھن کے مرکب کی اندرونی توانائی ہوا اور ایندھن کے مرکب میں موجود ذرات کی حرکی اور ممکنہ توانائیوں کا مجموعہ ہے۔ ہوا اور ایندھن کے مرکب کی اینٹروپی ہوا اور ایندھن کے مرکب کی بے ترتیبی کی پیمائش ہے۔

تھرموڈائنامکس ایک پیچیدہ موضوع ہے، لیکن یہ بہت اہم بھی ہے۔ تھرموڈائنامکس کے بنیادی تصورات کو گیسوں کے برتاؤ سے لے کر حرارتی انجنوں کی کارکردگی تک مختلف قسم کے مظاہر کو سمجھنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔

تھرموڈائنامک خصوصیات#

تھرموڈائنامک خصوصیات

تھرموڈائنامک خصوصیات وہ طبیعی خصوصیات ہیں جو کسی تھرموڈائنامک نظام کی حالت کو بیان کرتی ہیں۔ انہیں توانائی، اینٹروپی اور دیگر تھرموڈائنامک مقداریں میں تبدیلیوں کا حساب لگانے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے جو اس وقت رونما ہوتی ہیں جب کوئی نظام حالت میں تبدیلی سے گزرتا ہے۔

سب سے عام تھرموڈائنامک خصوصیات یہ ہیں:

• درجہ حرارت کسی نظام میں ذرات کی اوسط حرکی توانائی کی پیمائش ہے۔
• دباؤ کسی نظام کے ذریعے اپنے ماحول پر ڈالی گئی قوت کی پیمائش ہے۔
• حجم کسی نظام کے ذریعے گھیرے گئے جگہ کی مقدار کی پیمائش ہے۔
• کمیت کسی نظام میں مادے کی مقدار کی پیمائش ہے۔
• توانائی کسی نظام کے ذریعے کئے جا سکنے والے کل کام کی مقدار کی پیمائش ہے۔
• اینٹروپی کسی نظام کی بے ترتیبی کی پیمائش ہے۔

یہ خصوصیات کئی تھرموڈائنامک مساوات کے ذریعے ایک دوسرے سے متعلق ہیں، جیسے کہ مثالی گیس کا قانون:

$$PV = nRT$$

جہاں:

• P گیس کا دباؤ ہے
• V گیس کا حجم ہے
• n گیس کے مولوں کی تعداد ہے
• R مثالی گیس مستقل ہے
• T گیس کا درجہ حرارت ہے

تھرموڈائنامک خصوصیات کو کئی دیگر تھرموڈائنامک مقداریں حساب لگانے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے، جیسے:

• حرارت گنجائش اس حرارت کی مقدار کی پیمائش ہے جسے کسی نظام کو اپنا درجہ حرارت ایک ڈگری سیلسیس بڑھانے کے لیے جذب کرنا چاہیے۔
• اینٹروپی میں تبدیلی کسی نظام کی بے ترتیبی میں تبدیلی کی پیمائش ہے جب وہ حالت میں تبدیلی سے گزرتا ہے۔
• گِبز آزاد توانائی مستقل درجہ حرارت اور دباؤ پر کسی نظام کے ذریعے کئے جا سکنے والے زیادہ سے زیادہ کام کی پیمائش ہے۔

تھرموڈائنامک خصوصیات تھرموڈائنامک نظاموں کے برتاؤ کو سمجھنے کے لیے ضروری ہیں۔ انہیں مختلف قسم کے اطلاقات میں استعمال کیا جاتا ہے، جیسے:

• انجینئرنگ
• کیمسٹری
• حیاتیات
• مواد سائنس
• ماحولیاتی سائنس

تھرموڈائنامک خصوصیات کی مثالیں

درج ذیل تھرموڈائنامک خصوصیات کی کچھ مثالیں ہیں:

• کمرے کا درجہ حرارت کمرے کی ہوا میں موجود ذرات کی اوسط حرکی توانائی کی پیمائش ہے۔
• ٹائر کا دباؤ ٹائر کے اندر کی ہوا کے ذریعے ٹائر کی دیواروں پر ڈالی گئی قوت کی پیمائش ہے۔
• غبارے کا حجم غبارے کے ذریعے گھیری گئی جگہ کی مقدار کی پیمائش ہے۔
• کسی شخص کی کمیت شخص کے جسم میں موجود مادے کی مقدار کی پیمائش ہے۔
• کھانے کی توانائی مواد اس کل کام کی مقدار کی پیمائش ہے جو کھانا کر سکتا ہے۔
• تاش کے پتوں کی گڈی کی اینٹروپی تاش کے پتوں کی گڈی کی بے ترتیبی کی پیمائش ہے۔

یہ موجودہ بہت سی تھرموڈائنامک خصوصیات میں سے صرف چند مثالیں ہیں۔ تھرموڈائنامک خصوصیات تھرموڈائنامک نظاموں کے برتاؤ کو سمجھنے کے لیے ضروری ہیں اور انہیں مختلف قسم کے اطلاقات میں استعمال کیا جاتا ہے۔

تھرموڈائنامکس کے حل شدہ مسائل#

مثال 1: اندرونی توانائی میں تبدیلی کا حساب لگانا

ایک گیس 1 atmosphere کے مستقل دباؤ پر 10 لیٹر کے حجم سے 20 لیٹر کے حجم تک پھیلتی ہے۔ گیس کا ابتدائی درجہ حرارت 25°C ہے، اور حتمی درجہ حرارت 50°C ہے۔ گیس کی اندرونی توانائی میں تبدیلی کا حساب لگائیں۔

حل:

گیس کی اندرونی توانائی میں تبدیلی درج ذیل فارمولے کا استعمال کرتے ہوئے حساب لگائی جا سکتی ہے:

ΔU = Q - W

جہاں:

• ΔU اندرونی توانائی میں تبدیلی ہے
• Q گیس میں شامل کی گئی حرارت ہے
• W گیس کے ذریعے کیا گیا کام ہے

اس صورت میں، گیس میں شامل کی گئی حرارت درج ذیل فارمولے کا استعمال کرتے ہوئے حساب لگائی جا سکتی ہے:

Q = mcΔT

جہاں:

• m گیس کی کمیت ہے
• c گیس کی مخصوص حرارت گنجائش ہے
• ΔT درجہ حرارت میں تبدیلی ہے

گیس کے ذریعے کیا گیا کام درج ذیل فارمولے کا استعمال کرتے ہوئے حساب لگایا جا سکتا ہے:

W = -PΔV

جہاں:

• P گیس کا دباؤ ہے
• ΔV حجم میں تبدیلی ہے

ان فارمولوں میں دی گئی اقدار کو رکھ کر، ہمیں ملتا ہے:

Q = (1 mole)(20.79 J/mol-K)(50°C - 25°C) = 519.75 J
W = -(1 atm)(20 L - 10 L) = -101.325 J
ΔU = 519.75 J - (-101.325 J) = 621.075 J

لہذا، گیس کی اندرونی توانائی میں تبدیلی 621.075 J ہے۔

مثال 2: کسی ٹھوس کی حرارت گنجائش کا حساب لگانا

تانبے کے 100 گرام نمونے کو 25°C سے 100°C تک گرم کیا جاتا ہے۔ تانبے میں شامل کی گئی حرارت 3.96 kJ ہے۔ تانبے کی حرارت گنجائش کا حساب لگائیں۔

حل:

کسی ٹھوس کی حرارت گنجائش درج ذیل فارمولے کا استعمال کرتے ہوئے حساب لگائی جا سکتی ہے:

c = Q/mΔT

جہاں:

• c حرارت گنجائش ہے
• Q ٹھوس میں شامل کی گئی حرارت ہے
• m ٹھوس کی کمیت ہے
• ΔT درجہ حرارت میں تبدیلی ہے

اس فارمولے میں دی گئی اقدار کو رکھ کر، ہمیں ملتا ہے:

c = (3.96 kJ)/(100 g)(100°C - 25°C) = 0.396 J/g-°C

لہذا، تانبے کی حرارت گنجائش 0.396 J/g-°C ہے۔

تھرموڈائنامکس کے قوانین#

تھرموڈائنامکس کے قوانین

تھرموڈائنامکس کے قوانین اصولوں کا ایک مجموعہ ہیں جو بیان کرتے ہیں کہ تھرموڈائنامک نظاموں میں توانائی کیسے برتاؤ کرتی ہے۔ انہیں خود بخود عمل کی سمت کی پیشین گوئی کرنے اور حرارتی انجنوں کی افادیت کا حساب لگانے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔

تھرموڈائنامکس کا پہلا قانون

تھرموڈائنامکس کا پہلا قانون بیان کرتا ہے کہ توانائی نہ تو پیدا کی جا سکتی ہے اور نہ ہی تباہ کی جا سکتی ہے، صرف منتقل یا تبدیل کی جا سکتی ہے۔ اس کا مطلب ہے کہ ایک بند نظام میں توانائی کی کل مقدار مستقل رہتی ہے۔

مثال کے طور پر، جب آپ کوئلے کا ایک ٹکڑا جلاتے ہیں، تو کوئلے میں ذخیرہ شدہ کیمیائی توانائی حرارتی توانائی میں تبدیل ہو جاتی ہے۔ نظام (کوئلہ اور ہوا) میں توانائی کی کل مقدار ایک جیسی رہتی ہے۔

تھرموڈائنامکس کا دوسرا قانون

تھرموڈائنامکس کا دوسرا قانون بیان کرتا ہے کہ ایک بند نظام کی اینٹروپی وقت کے ساتھ ہمیشہ بڑھتی ہے۔ اینٹروپی کسی نظام کی بے ترتیبی کی پیمائش ہے۔ نظام جتنا زیادہ بے ترتیب ہو گا، اس کی اینٹروپی اتنی ہی زیادہ ہو گی۔

مثال کے طور پر، جب آپ انڈا پھینٹتے ہیں، تو انڈے کی اینٹروپی بڑھ جاتی ہے۔ اس کی وجہ یہ ہے کہ انڈے کی سفیدی اور زردی آپس میں مل جاتی ہے، اور سالمات اب باقاعدہ نمونے میں ترتیب نہیں پاتے۔

تھرموڈائنامکس کا تیسرا قانون

تھرموڈائنامکس کا تیسرا قانون بیان کرتا ہے کہ مطلق صفر درجہ حرارت پر ایک کامل کرسٹل کی اینٹروپی صفر ہوتی ہے۔ اس کا مطلب ہے کہ ایک کامل کرسٹل بالکل ترتیب یافتہ ہوتا ہے، اور اس میں کوئی بے ترتیبی نہیں ہوتی۔

تھرموڈائنامکس کا تیسرا قانون تھرموڈائنامکس کے دوسرے قانون کا نتیجہ ہے۔ اگر کسی نظام کی اینٹروپی کبھی کم نہیں ہو سکتی، تو جیسے جیسے درجہ حرارت مطلق صفر کے قریب پہنچتا ہے، اسے صفر کے قریب پہنچنا چاہیے۔

تھرموڈائنامکس کے قوانین کے اطلاقات

تھرموڈائنامکس کے قوانین کے انجینئرنگ، کیمسٹری اور حیاتیات میں بہت سے اطلاقات ہیں۔ کچھ مثالیں یہ ہیں:

• تھرموڈائنامکس کے قوانین کا استعمال حرارتی انجنوں کو ڈیزائن کرنے کے لیے کیا جاتا ہے، جو حرارتی توانائی کو میکانی توانائی میں تبدیل کرتے ہیں۔
• تھرموڈائنامکس کے قوانین کا استعمال ریفریجریٹرز اور ایئر کنڈیشنرز کی افادیت کا حساب لگانے کے لیے کیا جاتا ہے۔
• تھرموڈائنامکس کے قوانین کا استعمال کیمیائی تعاملات کا مطالعہ کرنے اور ان تعاملات کے مصنوعات کی پیشین گوئی کرنے کے لیے کیا جاتا ہے۔
• تھرموڈائنامکس کے قوانین کا استعمال حیاتیاتی عمل کا مطالعہ کرنے کے لیے کیا جاتا ہے، جیسے کہ خوراک کا میٹابولزم۔

تھرموڈائنامکس کے قوانین فطرت کے بنیادی قوانین ہیں جن کے وسیع پیمانے پر اطلاقات ہیں۔ یہ اس بات کو سمجھنے کے لیے ضروری ہیں کہ کائنات میں توانائی کیسے برتاؤ کرتی ہے۔

روزمرہ کی زندگی میں تھرموڈائنامکس کی مثالیں#

روزمرہ کی زندگی میں تھرموڈائنامکس کی مثالیں

تھرموڈائنامکس طبیعیات کی وہ شاخ ہے جو حرارت اور اس کے دیگر اقسام کی توانائی کے ساتھ تعلق سے بحث کرتی ہے۔ یہ ایک بنیادی سائنس ہے جس کے ہماری روزمرہ کی زندگی کے بہت سے شعبوں میں اطلاقات ہیں، ہمارے جسم کے کام کرنے کے طریقے سے لے کر ہماری گاڑیوں اور گھروں کی کارکردگی تک۔

یہاں روزمرہ کی زندگی میں تھرموڈائنامکس کی کچھ مثالیں ہیں:

• انسانی جسم: ہمارے جسم مسلسل اپنے ماحول کے ساتھ حرارت کا تبادلہ کر رہے ہوتے ہیں۔ جب ہمیں بہت گرمی لگتی ہے، تو ہم ٹھنڈا ہونے کے لیے پسینہ بہاتے ہیں۔ جب ہمیں بہت سردی لگتی ہے، تو ہم حرارت پیدا کرنے کے لیے کانپتے ہیں۔ یہ عمل ہمارے جسم کے تھرمواسٹیٹ کے ذریعے منظم ہوتا ہے، جو ہائپوتھیلمس میں واقع ہوتا ہے۔
• کھانا پکانا: جب ہم کھانا پکاتے ہیں، تو ہم اس کی کیمیائی ترکیب کو تبدیل کرنے کے لیے حرارت کا استعمال کر رہے ہوتے ہیں۔ مثال کے طور پر، جب ہم گوشت پکاتے ہیں، تو گوشت میں موجود پروٹین ٹوٹ جاتے ہیں اور زیادہ نرم ہو جاتے ہیں۔
• ریفریجریشن: ریفریجریٹر کھانے سے حرارت ہٹا کر کام کرتے ہیں۔ یہ بیکٹیریا کی نشوونما کو سست کر کے کھانے کو خراب ہونے سے روکتا ہے۔
• ایئر کنڈیشننگ: ایئر کنڈیشنر ہوا سے حرارت ہٹا کر کام کرتے ہیں۔ یہ ہوا کو ٹھنڈا اور سانس لینے میں زیادہ آرام دہ بنا دیتا ہے۔
• حرارتی نظام: حرارتی نظام ہوا میں حرارت شامل کر کے کام کرتے ہیں۔ یہ ہوا کو گرم اور سانس لینے میں زیادہ آرام دہ بنا دیتا ہے۔
• نقل و حمل: گاڑیاں، ٹرک اور ہوائی جہاز سب ایسے انجن استعمال کرتے ہیں جو حرارت کو حرکت میں تبدیل کرتے ہیں۔ یہ ہمیں ایک جگہ سے دوسری جگہ سفر کرنے کی اجازت دیتا ہے۔
• بجلی کی پیداوار: پاور پلانٹس بجلی پیدا کرنے کے لیے حرارت کا استعمال کرتے ہیں۔ یہ بجلی ہمارے گھروں، کاروباروں اور فیکٹریوں کو طاقت دیتی ہے۔

یہ صرف چند مثالیں ہیں کہ کس طرح تھرموڈائنامکس ہماری روزمرہ کی زندگی کو متاثر کرتی ہے۔ یہ ایک بنیادی سائنس ہے جس کے وسیع پیمانے پر اطلاقات ہی