आइसोकोरिक प्रक्रियाएं: परिभाषा, समीकरण और उदाहरण

आइसोकोरिक प्रक्रिया कई आदर्शीकृत थर्मोडायनामिक प्रक्रियाओं में से एक है जो बताती है कि एक आदर्श गैस की अवस्थाओं में कैसे परिवर्तन हो सकता है। यह एक बंद कंटेनर में स्थिर मात्रा में गैस के व्यवहार का वर्णन करता है। इस स्थिति में, जब ऊर्जा जोड़ी जाती है, तो केवल गैस का तापमान बदलता है; यह अपने परिवेश पर कोई कार्य नहीं करता है। तो कोई मोटर नहीं चलती है, कोई पिस्टन नहीं चलता है, और कोई उपयोगी आउटपुट नहीं होता है।

एक आइसोकोरिक प्रक्रिया क्या है?

एक आइसोकोरिक प्रक्रिया, (कभी-कभी आइसोवोल्यूमेट्रिक या आइसोमेट्रिक प्रक्रिया कहा जाता है) एक थर्मोडायनामिक प्रक्रिया है जो एक स्थिर मात्रा में होती है। क्योंकि आयतन नहीं बदलता है, दबाव और तापमान के बीच संबंध एक स्थिर मान बनाए रखता है।

इसे आदर्श गैस नियम से शुरू करके समझा जा सकता है:

पीवी = एनआरटी

कहा पे पी गैस का निरपेक्ष दबाव है, वी मात्रा है, नहीं गैस की मात्रा है, आर आदर्श गैस स्थिरांक (8.31 J/mol K) है, तथा टी तापमान है।

जब आयतन को स्थिर रखा जाता है, तो इस नियम को यह दर्शाने के लिए पुनर्व्यवस्थित किया जा सकता है कि का अनुपात पी सेवा मेरे टी स्थिर भी होना चाहिए:

\frac {पी} {टी} = \पाठ {स्थिर}

दबाव और तापमान के अनुपात के इस गणितीय व्यंजक को के रूप में जाना जाता है गे-लुसाक का नियम, इसलिए इसका नाम फ्रांसीसी रसायनज्ञ के नाम पर रखा गया जो 1800 के दशक की शुरुआत में इसके साथ आए थे। इस कानून का एक और परिणाम, जिसे कभी-कभी दबाव कानून भी कहा जाता है, भविष्यवाणी करने की क्षमता है निम्नलिखित समीकरण का उपयोग करके आइसोकोरिक प्रक्रियाओं से गुजरने वाली आदर्श गैसों के लिए तापमान और दबाव:

\frac {P_1}{T_1} = \frac {P_2}{T_2}

कहा पे पी1 तथा टी1 गैस का प्रारंभिक दबाव और तापमान हैं, और पी2 तथा टी2 अंतिम मूल्य हैं।

दबाव बनाम तापमान, या पीवी आरेख के ग्राफ पर, एक समद्विबाहु प्रक्रिया को एक ऊर्ध्वाधर रेखा द्वारा दर्शाया जाता है।

टेफ्लॉन (पीटीएफई), गैर-प्रतिक्रियाशील, ग्रह पर सबसे अधिक फिसलन वाला पदार्थ है जिसके कई अनुप्रयोग हैं एयरोस्पेस से लेकर खाना पकाने तक के उद्योग, एक आकस्मिक खोज थी जो एक आइसोकोरिक के परिणामस्वरूप हुई थी प्रक्रिया। 1938 में, ड्यूपॉन्ट केमिस्ट रॉय प्लंकेट ने स्टोर करने के लिए छोटे सिलेंडरों का एक गुच्छा स्थापित किया था टेट्राफ्लोरोएथिलीन गैस, प्रशीतन प्रौद्योगिकियों में उपयोग के लिए, जिसे उन्होंने तब अत्यधिक ठंडा किया कम तापमान।

जब प्लंकेट बाद में खोलने गया, तो कोई गैस नहीं निकली, हालांकि सिलेंडर का द्रव्यमान नहीं बदला था। उन्होंने जांच करने के लिए ट्यूब को काट दिया और अंदर एक सफेद पाउडर कोटिंग देखा, जो बाद में बेहद उपयोगी व्यावसायिक गुण साबित हुआ।

गे-लुसाक के नियम के अनुसार, जब तापमान में तेजी से कमी आती है, तो गैस में एक चरण परिवर्तन शुरू करने का दबाव भी होता है।

आइसोकोरिक प्रक्रियाएं और थर्मोडायनामिक्स का पहला नियम

ऊष्मप्रवैगिकी के पहले नियम में कहा गया है कि किसी सिस्टम की आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन सिस्टम द्वारा किए गए कार्य को घटाकर सिस्टम में जोड़ी गई गर्मी के बराबर है। (दूसरे शब्दों में, ऊर्जा इनपुट घटा ऊर्जा उत्पादन।)

एक आदर्श गैस द्वारा किए गए कार्य को इसके दबाव के समय के आयतन में परिवर्तन के रूप में परिभाषित किया जाता है, या PΔवी (या पीडीवी)। क्योंकि मात्रा बदल जाती है Δसमद्विबाहु प्रक्रम में V शून्य होता है, तथापि गैस द्वारा कोई कार्य नहीं किया जाता है।

इसलिए, गैस की आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन, ऊष्मा की मात्रा के बराबर होता है।

ए का एक उदाहरण लगभग आइसोकोरिक प्रक्रिया एक प्रेशर कुकर है। जब सीलबंद बंद हो जाता है, तो अंदर की मात्रा नहीं बदल सकती है, इसलिए जब गर्मी जोड़ी जाती है तो दबाव और तापमान दोनों तेजी से बढ़ते हैं। वास्तव में, प्रेशर कुकर थोड़ा विस्तार करते हैं, और कुछ गैस शीर्ष पर एक वाल्व से निकलती है।

हीट इंजन में आइसोकोरिक प्रक्रियाएं Process

हीट इंजन ऐसे उपकरण होते हैं जो किसी प्रकार का काम करने के लिए ऊष्मा के हस्तांतरण का उपयोग करते हैं। वे यांत्रिक ऊर्जा, या गति में जोड़ी गई ऊष्मा ऊर्जा को परिवर्तित करने के लिए एक चक्रीय प्रणाली का उपयोग करते हैं। उदाहरणों में स्टीम टर्बाइन और ऑटोमोटिव इंजन शामिल हैं।

कई सामान्य ताप इंजनों में आइसोकोरिक प्रक्रियाओं का उपयोग किया जाता है। ओटो साइकिल, उदाहरण के लिए, कार इंजनों में एक थर्मोडायनामिक चक्र है जो इग्निशन के दौरान गर्मी हस्तांतरण की प्रक्रिया का वर्णन करता है, पावर स्ट्रोक कार को चलाने के लिए इंजन पिस्टन को हिलाना, गर्मी की रिहाई, और संपीड़न स्ट्रोक पिस्टन को उनकी शुरुआत में लौटाना पदों।

ओटो साइकिल में, पहला और तीसरा चरण, गर्मी का जोड़ और रिलीज, आइसोकोरिक प्रक्रिया माना जाता है। चक्र मानता है कि गैस की मात्रा में कोई बदलाव नहीं होने के साथ ही गर्मी में परिवर्तन तुरंत होता है। इस प्रकार, केवल शक्ति और संपीड़न स्ट्रोक चरणों के दौरान वाहन पर काम किया जाता है।

ओटो चक्र का उपयोग करके एक ऊष्मा इंजन द्वारा किया गया कार्य आरेख में वक्र के नीचे के क्षेत्र द्वारा दर्शाया गया है। यह शून्य है जहां गर्मी जोड़ और रिलीज की आइसोकोरिक प्रक्रियाएं हो रही हैं (ऊर्ध्वाधर रेखाएं)।

इस तरह की आइसोकोरिक प्रक्रियाएं आम तौर पर अपरिवर्तनीय प्रक्रियाएं होती हैं। एक बार गर्मी जोड़ने के बाद, सिस्टम को उसकी मूल स्थिति में वापस लाने का एकमात्र तरीका यह है कि किसी तरह काम करके गर्मी को दूर किया जाए।

अन्य थर्मोडायनामिक प्रक्रियाएं

आइसोकोरिक प्रक्रियाएं कई आदर्श थर्मोडायनामिक प्रक्रियाओं में से एक हैं जो वैज्ञानिकों और इंजीनियरों के लिए उपयोगी गैसों के व्यवहार का वर्णन करती हैं।

साइट पर कहीं और अधिक विस्तार से चर्चा की गई कुछ अन्य में शामिल हैं:

समदाब रेखीय प्रक्रिया: यह एक निरंतर दबाव में होता है और कई वास्तविक जीवन उदाहरणों में आम है, जिसमें स्टोव पर पानी उबालना, माचिस जलाना या वायु-श्वास जेट टर्बाइन शामिल हैं। ऐसा इसलिए है, क्योंकि अधिकांश भाग के लिए, स्थानीय क्षेत्र में पृथ्वी के वायुमंडल का दबाव बहुत अधिक नहीं बदल रहा है, जैसे कि रसोई जिसमें कोई पास्ता बना रहा है। यह मानते हुए कि आदर्श गैस कानून लागू होता है, आयतन से विभाजित तापमान एक समदाब रेखीय प्रक्रिया के लिए एक स्थिर मान है।

इज़ोटेर्मल प्रक्रिया: यह एक स्थिर तापमान पर होता है। उदाहरण के लिए, एक चरण परिवर्तन के दौरान जैसे कि बर्तन के ऊपर से पानी उबल रहा है, तापमान स्थिर रहता है। रेफ्रिजरेटर भी इज़ोटेर्मल प्रक्रियाओं का उपयोग करते हैं और एक औद्योगिक अनुप्रयोग कार्नोट इंजन है। इस तरह की प्रक्रिया धीमी है क्योंकि जोड़ा गया गर्मी समग्र तापमान को स्थिर रखने के लिए काम के रूप में खोई गई गर्मी के बराबर होना चाहिए। आदर्श गैस कानून लागू होने पर, दबाव समय की मात्रा एक इज़ोटेर्माल प्रक्रिया के लिए एक स्थिर मूल्य है।

रुद्धोष्म प्रक्रिया: गैस या द्रव के आयतन में परिवर्तन के रूप में परिवेश के साथ कोई ऊष्मा या भौतिक विनिमय नहीं होता है। इसके बजाय, रुद्धोष्म प्रक्रिया में एकमात्र आउटपुट कार्य है। ऐसे दो मामले हैं जिनमें रुद्धोष्म प्रक्रिया हो सकती है। या तो, पूरे सिस्टम में या बाहर गर्मी को स्थानांतरित करने के लिए प्रक्रिया बहुत जल्दी होती है, जैसे कि के दौरान गैस इंजन का संपीड़न स्ट्रोक, या यह एक ऐसे कंटेनर में होता है जो इतनी अच्छी तरह से अछूता रहता है कि गर्मी पार नहीं कर सकती बाधा बिल्कुल।

यहां बताई गई अन्य थर्मोडायनामिक्स प्रक्रियाओं की तरह, कोई भी प्रक्रिया वास्तव में रुद्धोष्म नहीं है, लेकिन इस आदर्श के खिलाफ अनुमान लगाना भौतिकी और इंजीनियरिंग में उपयोगी है। उदाहरण के लिए, कम्प्रेसर, टर्बाइन और अन्य थर्मोडायनामिक मशीनों के लिए एक सामान्य लक्षण वर्णन एडियाबेटिक है दक्षता: मशीन द्वारा किए गए वास्तविक कार्य का अनुपात, यदि वह सही होता है तो वह कितना काम करेगा रुद्धोष्म प्रक्रिया।

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