• facebook
  • twitter
  • whatsapp
  • telegram

ఉష్ణగతిక శాస్త్రం

    ఉష్ణాన్ని తొలుత 'కెలొరిక్' అనే 'పదార్థం'గా ఊహించారు. జేమ్స్‌వాట్ అనే శాస్త్రవేత్త ఉష్ణంతో నీటిని ఆవిరిగా మార్చి, దాని సాయంతో స్టీమ్ ఇంజిన్‌ను నడపడంతో ఉష్ణం 'శక్తి' స్వరూపాన్ని సంతరించుకుంది. ఉష్ణం (Thermo) ఉత్పన్నం చేసే చలనాన్ని (గతిక - dynamic) అధ్యయనం చేసే శాస్త్రమే ఉష్ణగతిక శాస్త్రం (Thermo Dynamics). ఉష్ణమే లేకపోతే విశ్వంలో ప్రాణుల ఉనికే లేదు.

   జేమ్స్‌జౌల్ చేసిన ప్రయోగాల ఫలితంగా ఒక 'వ్యవస్థ'పై ఎంత 'పని' చేస్తే అంత ఉష్ణం ఉత్పన్నమవు తుందనే సత్యం రుజువైంది. ఉష్ణగతిక శాస్త్ర పురోగతికి Joule మాత్రమే కాకుండా Mayor, Carnot, Rumford, Helmholtz, Maxwell, Kelvin, Claussius, Gibbs లాంటి శాస్త్రజ్ఞుల ప్రయోగ ఫలితాలూ ఎంతో ఉపకరించాయి.
    సాధారణంగా ఒక నిర్దిష్టమైన పదార్థరాశి ఉన్న వ్యవస్థ
(system) ప్రాతిపదికగా ఉష్ణగతిక సూత్రాలను నిర్వచిస్తారు. ఉష్ణగతిక శాస్త్రం ప్రాతిపదికగా భౌతిక వ్యవస్థల మధ్య జరిగే శక్తి రూపాంతరాలను, వాటి పరస్పర చర్యలను అధ్యయనం చేయవచ్చు.
 

వ్యవస్థ అంటే?
   ఇది నిశిత పరిశీలన చేయడానికి వీలుండే ఒక నిర్దిష్టమైన ప్రదేశం. దీనికి స్థిరమైన పరిమాణం ఉండాల్సిన అవసరం లేదు. ఈ ప్రదేశంలో ద్రవ్య, శక్తుల మార్పిడిని అధ్యయనం చేస్తారు.
ఉదా: స్తూపాకార పాత్ర - ముషలకంలో ఉన్న వాయువు.


వ్యవస్థ హద్దు: ఇదో నిజ భౌతిక తలం.
ఉదా: స్తూపాకార పాత్ర గోడలు. ఇది నీటి ఆవిరి, బాష్పం లాంటి పదార్థాలు ఉండే ఊహాజనిత తలం రూపంలో కూడా ఉండొచ్చు. వాయువు ఉన్న వ్యవస్థను సంపీడనానికి లేదా వ్యాకోచానికి గురిచేసి నప్పుడు హద్దు స్థిరంగా లేదా చలనంలో ఉండొచ్చు.


పరిసరాలు: ఉష్ణగతిక వ్యవస్థ హద్దుకు వెలుపల దాని చుట్టూ ఉండే ప్రదేశాన్ని, పదార్థాన్ని 'పరిసరాలు' అంటారు.


విశ్వం: వ్యవస్థను, పరిసరాలను ఒక చోట చేరిస్తే ఏర్పడేదే విశ్వం.
            వ్యవస్థ + పరిసరాలు = విశ్వం


ఉష్ణసమతాస్థితి: ఒక వ్యవస్థ తన పరిసరాల నుంచి ఉష్ణం గ్రహించకపోయినా, పరిసరాలకు తన ఉష్ణశక్తిని ఇవ్వలేకపోయినా దాన్ని ఉష్ణసమతాస్థితి అంటారు. అంటే వ్యవస్థ, పరిసరాల మధ్య ఎలాంటి ఉష్ణమార్పిడి ఉండదు.


ఉష్ణగతిక శాస్త్ర నియమాలు :
1. శూన్యాంక నియమం (Zeroeth Law) - సున్నాతో శుభారంభం.
    ఈ నియమాన్ని ప్రథమ, ద్వితీయ నియమాల తర్వాత నిర్వచించారు. నిజానికి ఈ నియమం ప్రతిపాదించిన ప్రాథమిక భావనల దృష్ట్యా ఇది ప్రధాన స్థానంలో ఉండాలి. కానీ ఆ స్థానాన్ని అప్పటికే మరో నియమం ఆక్రమించడంతో నియమాల వరస సంఖ్య శూన్యంతో ఆరంభమైంది.

నిర్వచనం: A, B అనే వస్తువులు విడివిడిగా C అనే మరో వస్తువు (థర్మామీటర్)తో ఉష్ణసమతాస్థితిలో ఉంటే, A, B లు కూడా ఒకదాంతో మరొకటి ఉష్ణసమతాస్థితిలో ఉంటాయి.
* వైద్యుడు రోగి శరీర ఉష్ణోగ్రతను థర్మామీటర్ సాయంతో కొలిచే ప్రక్రియలో శూన్యాంక నియమం ఇమిడి ఉంది.
*¤ శూన్యాంక నియమం 'ఉష్ణోగ్రత', 'ఉష్ణసమతాస్థితి' అనే ప్రాథమిక భావనలను పరిచయం చేస్తుంది.
ప్రథమ నియమం: 'ఒక వ్యవస్థకు అందించిన ఉష్ణపరిమాణం
∆Q అయితే, అందులో కొంతభాగం వ్యవస్థ అంతర్గత శక్తిలో పెరుగుదలకు (∆U), మిగిలింది బాహ్యంగా (∆W) పని చేయడానికీ ఉపయోగపడుతుంది.  ∆Q = ∆U + ∆W
* ఏ వ్యవస్థకైనా శక్తినిత్యత్వ సూత్రం వర్తిస్తుందని ఈ నియమం సూచిస్తుంది.
* ఈ నియమం వ్యవస్థ అంతర్గత శక్తి అనే ధర్మాన్ని నిర్వచించింది


రెండో నియమం:
* ప్రథమ నియమం యాంత్రికశక్తికి, దాని ద్వారా ఉత్పన్నమైన ఉష్ణశక్తికి ఉన్న తుల్యతను మాత్రమే చెబుతుంది. అయితే ఏ స్థితిలో ఉష్ణం పనిగా లేదా పని ఉష్ణంగా మారుతుందో చెప్పదు. అంతేగాక ఉష్ణం ఏ దిశలో ప్రవహిస్తుందో కూడా తెలియదు.
* ఉష్ణం ఎప్పుడూ వేడిగా ఉన్న వస్తువు నుంచి చల్లగా ఉన్న వస్తువుకు ప్రవహిస్తుందని ఉష్ణగతికశాస్త్ర రెండో నియమం తెలుపుతుంది. ఈ నియమాన్ని రెండు విధాలుగా నిర్వచించవచ్చు.
i) క్లాషియస్ ఉవాచ: ''చల్లటి వస్తువు నుంచి కొంత ఉష్ణాన్ని సంగ్రహించి ఆ ఉష్ణాన్నంతా వేడి వస్తువుకు బదిలీచేయడం అసాధ్యం''.
ii) కెల్విన్ ఉవాచ: ''ఉష్ణశక్తిని పూర్తిగా యాంత్రిక శక్తిగా మార్చలేం''.
¤ వేడి ప్రదేశం నుంచి చల్లటి ప్రదేశానికి ఉష్ణం ప్రవహిస్తున్నప్పుడు లభ్యమయ్యే శక్తి, కాలం గడిచే కొద్దీ తగ్గిపోతుంది. అయితే మొత్తం శక్తి స్థిరంగా ఉంటుంది. కాబట్టి సమయం గడిచేకొద్దీ లభ్యమయ్యే శక్తి కంటే లభ్యంకాని శక్తి ఎక్కువ అవుతూ ఉంటుంది.


క్లాషియస్ పెట్టిన పేరు 'ఎంట్రోపి'
* ఈ లభ్యంకాని శక్తిని 'ఎంట్రోపి' (జడోష్ణత) అనే భౌతిక ధర్మరూపంలో కొలుస్తారు. ఉష్ణాన్ని ఉష్ణోగ్రతతో భాగిస్తే ఎంట్రోపి విలువ వస్తుందని క్లాషియస్ వివరించారు. ఎంట్రోపి యూనిట్ - కెలోరి పర్ కెల్విన్ (cal k-1)

 

ఎంట్రోపి అంటే క్రమరాహిత్యమే!
* కాలంతో పాటు విశ్వంలో ఎంట్రోపి కూడా ఎక్కువవుతుంది. అంటే విశ్వం క్రమరాహిత్య దిశలో పయనిస్తుంది.
* కృష్ణ బిలాల్లో
(Black holes) ఎంట్రోపి పరాకాష్ఠకు చేరుకుంటుంది. ఈ ప్రతిపాదన కూడా ఉష్ణగతిక శాస్త్ర రెండో నియమమే. విశ్వంలో ఉష్ణం హద్దూపద్దూ, పద్ధతి లేని దిశవైపు పయనిస్తుందా?

Posted Date : 27-11-2020

గమనిక : ప్రతిభ.ఈనాడు.నెట్‌లో కనిపించే వ్యాపార ప్రకటనలు వివిధ దేశాల్లోని వ్యాపారులు, సంస్థల నుంచి వస్తాయి. మరి కొన్ని ప్రకటనలు పాఠకుల అభిరుచి మేరకు కృత్రిమ మేధస్సు సాంకేతికత సాయంతో ప్రదర్శితమవుతుంటాయి. ఆ ప్రకటనల్లోని ఉత్పత్తులను లేదా సేవలను పాఠకులు స్వయంగా విచారించుకొని, జాగ్రత్తగా పరిశీలించి కొనుక్కోవాలి లేదా వినియోగించుకోవాలి. వాటి నాణ్యత లేదా లోపాలతో ఈనాడు యాజమాన్యానికి ఎలాంటి సంబంధం లేదు. ఈ విషయంలో ఉత్తర ప్రత్యుత్తరాలకు, ఈ-మెయిల్స్ కి, ఇంకా ఇతర రూపాల్లో సమాచార మార్పిడికి తావు లేదు. ఫిర్యాదులు స్వీకరించడం కుదరదు. పాఠకులు గమనించి, సహకరించాలని మనవి.

ప్రత్యేక కథనాలు

మరిన్ని

విద్యా ఉద్యోగ సమాచారం

మరిన్ని
 

లేటెస్ట్ నోటిఫికేష‌న్స్‌