From Wikipedia, the free encyclopedia
வெப்ப இயக்கவியல் (Thermodynamics) என்பது வெப்பம், அதன் தன்மை, வெப்ப ஆற்றலுக்குப் பிற ஆற்றல் வடிவங்களுடான தொடர்பு போன்ற விடயங்களை ஆயும் இயல். இயற்பியலின் ஒரு கிளைத் துறையான இது, இயற்பியல் முறைமைகளில், வெப்பநிலை, அழுத்தம், கனவளவு ஆகியவற்றில் ஏற்படும் மாற்றங்களின் விளைவுகளை ஆய்வு செய்கிறது. மேற்படி விளைவுகளைப் பெருநோக்கு (macroscopic) அடிப்படையில் துகள்களின் மொத்த இயக்கங்களையும், புள்ளியியல் முறைகளைப் பயன்படுத்தி இது ஆய்வு செய்கின்றது. அண்ணளவாக, வெப்பம் என்பது மாறுநிலையில் உள்ள ஆற்றல் ஆகும். எனவே வெப்ப இயக்கவியலின் பிழிவானது, ஆற்றலின் இயக்கம் பற்றியும், அவ்வாற்றல் எவ்வாறு இயக்கத்தை ஏற்படுத்துகிறது என்பது பற்றியும் ஆய்வு செய்தல் ஆகும். இத்துறையை தெறுமத்தினவியல் என்றும் தமிழில் குறிப்பிடலாம் எனச் சிலர் பரிந்துரை செய்கின்றனர்.
தொடக்கத்தில் இத்துறையானது நீராவி எஞ்சினின் பயனுறு திறனை (efficiency) மேம்படுத்துவதற்காகவே உருவாக்கி வளர்க்கப்பட்டது. இயந்திர வெப்ப சுழற்சிகளுக்கு வெப்ப இயக்கவியல் ஆரம்ப பயன்பாடு இரசாயன கலவைகள் மற்றும் இரசாயன எதிர்வினைகள் ஆய்வு ஆரம்பத்தில் நீட்டிக்கப்பட்டது. ரசாயன எதிர்வினைகளை செயல்படுத்துவதில் எண்டிரோபியின் பங்கின் இயல்பை வேதியியல் வெப்பமானியியல் ஆய்வு செய்கிறது.[1][2][3][4][5][6][7][8][9]
வெப்ப இயக்கவியலில் ஆய்வுக்காக எடுத்துக் கொள்ளப்பட்ட அண்டத்தின் ஒரு குறிப்பிட்ட பகுதியை அமைப்பு (system) அல்லது தொகுதி என்கிறோம். அமைப்பைச் சுற்றி இருக்கும் ஏனைய அனைத்தும் சுற்றுப்புறமாகும் (சூழல்) (surrounding). அமைப்பும் சுற்றுப்புறமும் சேர்ந்த தொகுப்புக்கு அண்டம் (Universe) என்று பெயர். அமைப்பை அதன் தன்மையைப் பொறுத்து மூன்று வகைகளாகப் பிரிக்கலாம்.
அமைப்பின் வகைகளை எளிய உதாரணங்கள் வாயிலாக விளக்கலாம். நாம் மூடப்படாத பாத்திரத்தில் சமைக்கும் போது நீராவி (steam) கலனை விட்டு வெளியேறும். வெளியேறும் நீராவி வெப்ப ஆற்றலைக் கொண்டிருக்கும். இது திறந்த அமைப்பாகும். நாம் அன்றாட வாழ்க்கையில் காணும் அமைப்புகள் திறந்த அமைப்புகள் ஆகும். அழுத்த சமையற் கலனில் உணவு சமைக்கும் போது கலனை விட்டு நீராவி வெளியேறாது. ஆனால் வெப்பம் கலனுக்குள் செல்கிறது. இது மூடிய அமைப்பைக் குறிக்கிறது. சமைத்த பின் பொருளை வெப்பக் குடுவைக்குள் (Thermo flask) வைக்கும் போது நிறை மற்றும் ஆற்றல் இரண்டுமே வெளியேறுவது இல்லை. இது தனித்தஅமைப்பு ஆகும். ஆனால், தனித்த அமைப்பானது கருத்தளவில் மட்டுமே கூறப்படுகிறது. வெப்பக் குடுவையில் சிறிதளவாயினும் வெப்பப் பெயர்ச்சி நிகழும். புரிதலை எளிதாக்குவதற்கு இந்த எடுத்துக்காட்டுகள் கொடுக்கப்பட்டு உள்ளன.
அமைப்பை அதன் சுற்றுப் புறத்தில் இருந்து பிரிப்பது எல்லை எனப்படும். எல்லை உண்மையானதாகவோ, கற்பனையாகவோ, நிலையானதாகவோ அல்லது நகரக் கூடியதாகவோ இருக்கலாம்.
நிலைமை (phase) என்றால் பொருள் முழுவதுமாக ஒரே மாதிரியான இயற்பியல் கட்டமைப்பும் வேதிக்கலவையும் கொண்டிருப்பதாகும். ஓர் அமைப்பில் ஒரே ஒரு நிலைமை மட்டும் இருந்தால் அதனை ஒருபடித்தான(homogeneous) அமைப்பு என்கிறோம். உதாரணம்: முழுவதும் கலக்கக் கூடிய திரவங்களின் கலவை, வாயுக்களின் கலவை. ஒன்றுக்கு மேற்பட்ட நிலைமைகளைக் கொண்டிருக்கும் அமைப்பை பலபடித்தான (heterogeneous) அமைப்பு எனலாம். உதாரணம்: ஒன்றுடன் ஒன்று கலக்காத திரவங்களின் கலவை, திரவம் மற்றும் வாயு சேர்ந்த தொகுப்பு
அமைப்பின் குணாதிசயங்களை அதன் பண்புகள் (properties) என்கிறோம். அழுத்தம் (pressure), வெப்பநிலை (temperature), கன அளவு (volume), நிறை (mass), பாகுநிலை (viscosity), வெப்பக் கடத்துதிறன் (thermal conductivity), மின்கடத்துதிறன் (electrical conductivity) என்பன சில பண்புகளாகும். அமைப்பின் பண்புகளை இரு வகைகளாகப் பிரிக்கலாம்.
நிறையைச் சார்ந்திராத பண்புகள் பொருண்மை சாராப் பண்புகள் அல்லது அகப் பண்புகள் (intensive properties) எனவும், நிறை மற்றும் அளவைச் சார்ந்துள்ள பண்புகள் பொருண்மைசார் பண்புகள் அல்லது புறப் பண்புகள் (extensive properties) எனவும் அழைக்கப்படுகின்றன.
வெப்பநிலை மற்றும் அழுத்தம் முதலியவை நிறையைச் சார்ந்து மாறுவது இல்லை. இவை அகப் பண்புகளுக்கு உதாரணங்களாகும். மேலும் இவற்றை பாகங்களாகப் பிரிக்க இயலாது. நிறை மற்றும் கனஅளவு போன்றவை அமைப்பின் அளவைச் சார்ந்து இருப்பவை. இவற்றை பாகங்களாகப் பிரிக்க முடியும். இவை புறப் பண்புகள் ஆகும். ஓரலகு நிறைக்கான அல்லது ஓரலகு மோலுக்கான புறப்பண்புகள் அகப்பன்புகள் ஆகும். உதாரணமாக, நிறை மற்றும் வெப்பக் கொள்ளளவு புறப்பண்புகள் ஆகும். ஆனால், அடர்த்தி மற்றும் தன் வெப்ப ஏற்புத்திறன் (specific heat) போன்றவை அகப்பண்புகளாகும்.
ஒன்றுக்கொன்று வெவ்வேறான மூன்று அமைப்புகளில் மூன்றாவது அமைப்பானது முதல் மற்றும் இரண்டாவது அமைப்புகளுடன் தனித்தனியே வெப்பச் சமநிலையில் இருந்தால், முதல் மற்றும் இரணடாவது[10] அமைப்புகளும் தங்களுக்குள் வெப்பச் சமநிலையில் இருக்கும். வெப்பநிலை என்னும் கருத்து வெளிவரக் காரணமாக இருந்தது இந்த வெப்ப இயக்கவியலின் பூஜ்ய விதி ஆகும்.
ஓர் அமைப்பு சமநிலையில் நேரத்தைப் பொறுத்து மாறாத பண்புகளைப் பெற்று இருந்தால் அதனை வெப்ப இயக்கவியல் சமநிலையில் உள்ளது எனலாம். ஓர் அமைப்பு வெப்ப இயக்கவியல் சமநிலையில் இருப்பதற்குக் கீழ்க்கண்ட நிபந்தனைகளைப் பெற்று இருக்க வேண்டும்.
ஒரு சமன்படுத்தப்பட்ட நிலையில் இருந்து மற்றோர் சமன்படுத்தப்பட்ட நிலைக்கு செல்வதே வெப்ப இயக்கவியலில் செயல்முறை எனப்படுவதாகும். வெப்ப இயக்கவியலில் கீழ்க்கண்ட செயல்முறைகள் உள்ளன.
ஒரு செயல் முறையில் செய்யப்படும் வேலை = ʃP.dV
வெப்ப இயக்கவியல் முதல் விதியின்படி ஆற்றலானது ஒரு வகையிலிருந்து மற்றொரு வகையாக மாறக்கூடியது மற்றும் எந்த ஒரு செயல்முறையிலும் ஆற்றலை ஆக்கவோ அல்லது அழிக்கவோ இயலாது. வெப்ப இயக்கவியல் முதல் விதியானது ஒவ்வொரு செயல்முறையின் போதும் நிகழும் வெவ்வேறு ஆற்றல் மாற்றங்களைப் பற்றிக் கூறுகிறது. ஆனால், அத்தகைய ஆற்றல் மாற்றங்கள் பற்றி விளக்குவதில்லை. ஒரு செயல்முறை நிகழும் திசையானது தன்னிச்சையானதா அல்லது தன்னிச்சையற்றதா என்பதைப் பற்றிய கருத்தையும் வெப்ப இயக்கவியல் முதல் விதி கூறவில்லை.
ஒரு முழுமையான சுற்றில் ஒரு பொருளிலிருந்து வெப்பத்தை உறிஞ்சி, அந்த அமைப்பில் எத்தகைய சிறு மாற்றத்தையும் ஏற்படுத்தாமல், முழுவதுமாக வேலையாக மாற்றக் கூடிய இயந்திரத்தை வடிவமைக்க இயலாது.[11]
வெப்ப இயக்கவியல் இரண்டாம் விதியால் அறிமுகப்படுத்தப்பட்ட என்ரோபி சார்பு என்பது உமிழப்படும் வெப்பத்ததிற்கும் (வ) செயல்முறையின் வெப்ப நிலைக்கும் உள்ள விகிதமாகும்.
'இயற்கைச் செயல்முறை' என்பது தன்னிச்சைச் செயல்முறையாகும் இவை தாமாகவே நடைபெறுகின்றன. அண்டத்தின் என்ட்ரோபி மாற்றமானது பூச்சியமாகவோ அல்லது எதிர்க்குறியையோ பெற்றிருக்கும் போது, அமைப்பானது தன்னிச்சையற்ற செயல்முறையில் இயங்கும்.
ஒரு வேதிவினையில், வினைவிளை பொருள்களின் மூலக்கூறுகளின் எண்ணிக்கையானது வினைபடு பொருள்களின் மூலக்கூறுகளின் எண்ணிக்கையை விட அதிகமாக இருக்கும் போது என்ட்ரோபி அதிகரிக்கிறது.
ஒரு திண்மம் நீர்மமாதல், ஒரு நீர்மம் ஆவியாதல் மற்றும் ஒரு திண்மம் ஆவியாதல் ஆகிய நிலைமை மாற்ற இயற்பியல் செயல்முறைகளின் போது என்ட்ரோபி அதிகரிக்கிறது.
என்ட்ரோபி என்பது ஓர் அமைப்பில் நிகழும் நுண்ணிய ஒழுங்கற்ற தன்மையையும், தன்னிச்சைச் செயல்முறையையும் குறிக்கிறது.
ஒரு சமநிலை செயல்முறையில் ஆனது பூஜ்ஜியமாகும். ஒரு தன்னிச்சையற்ற செயல்முறையில் எதிர்க்குறியைப் பெற்றுள்ளது.
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.
