ఉష్ణ ప్రసారంలో శక్తి రూపాలు!
బయట ఎంత వేడిగా ఉన్నా ఫ్రిజ్‌లో మాత్రం ఎప్పుడూ చాలా చల్లగానే ఉంటుంది. అంతర్గతంగా ఉండే వేడిని తొలగించి, తక్కువ ఉష్ణోగ్రతను నిర్వహించే శీతలీకరణ ప్రక్రియ ఫ్రిజ్‌లో జరగడమే అందుకు కారణం. కారులో పోసిన పెట్రోల్‌ లేదా డీజిల్, యాంత్రికశక్తిగా మారి వాహనం కదులుతుంది. ఈ రెండు అంశాల్లో ఉష్ణగతిక శాస్త్ర నియమాలు పనిచేస్తాయి. శక్తి, దాని రూపాంతరాల అధ్యయనాన్ని ఉష్ణగతికశాస్త్రం అంటారు. ఇందులో ఉష్ణం బదిలీ, జరిగే పని, ఇతర సహవ్యవస్థల నియంత్రణ సాగే తీరును అభ్యర్థులు తెలుసుకోవాలి. సంబంధిత నియమాలను, కెలోరీ, విశిష్టోష్ణం, నీటి త్రికబిందువు, ఉష్ణ సంవహనం తదితర సాంకేతిక పదాలను అర్థం చేసుకోవాలి.
ఉష్ణం, యాంత్రిక శక్తుల మధ్య సంబంధాన్ని తెలిపే శాస్త్రాన్ని ఉష్ణగతిక శాస్త్రం అంటారు. ఇందులో పలు రూపాల్లో ఉండే శక్తి, ఉష్ణ శక్తిగా మారుతుంది.
ఉష్ణగతిక శాస్త్ర శూన్యాంక నియమం: A,B అనే రెండు వస్తువులు విడివిడిగా మరొక వస్తువుతో ఉష్ణ సమతా
స్థితిలో ఉంటే, ఆ రెండు వస్తువులు ఒకదాంతో మరొకటి ఉష్ణసమతాస్థితిలో ఉంటాయి. ఈ నియమం ఉష్ణోగ్రత భావనను తెలియజేస్తుంది.
కెలోరి: ఒక గ్రామ్‌ నీటి ఉష్ణోగ్రతను 14.5 0 C నుంచి 15.5 0 C కు పెంచడానికి అవసరమయ్యే ఉష్ణరాశిని కెలోరి అంటారు.
అంతర్గత శక్తి: సమతాస్థితిలో గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద వాయు అణువుల స్థితి శక్తి, గతిశక్తుల మొత్తాన్ని అంతర్గత శక్తి అంటారు.
ఉష్ణగతిక శాస్త్ర మొదటి నియమం: ఒక వ్యవస్థకు అంద జేసిన ఉష్ణం విలువ, వ్యవస్థ అంతర్గత శక్తిలో మార్పు, వ్యవస్థ వల్ల జరిగిన పనుల బీజీయ మొత్తానికి సమానం. 
అవధులు:
* ఈ నియమం ఉష్ణరాశి దిశను గురించి తెలియజేయదు.
* పనిగా మారిన ఉష్ణశక్తి దక్షతను వివరించదు.
ఉష్ణధారణ సామర్థ్యం: ఒక వస్తువు ఉష్ణోగ్రతను 1 0 Cపెంచడానికి అవసరమైన ఉష్ణరాశిని ఉష్ణధారణ సామర్థ్యం అంటారు.
విశిష్టోష్ణం: ప్రమాణ ద్రవ్యరాశి ఉన్న ఒక పదార్థ ఉష్ణోగ్రతను 1 0 C పెంచడానికి ఉపయోగించే ఉష్ణాన్ని విశిష్టోష్ణం అంటారు.
మోలార్‌ విశిష్టోష్ణం: ఒక గ్రామ్‌ మోల్‌ ద్రవ్యరాశి ఉన్న వస్తువు ఉష్ణోగ్రతను 1 0 C పెంచడానికి అవసరమైన ఉష్ణరాశిని ఆ పదార్థ మోలార్‌ విశిష్టోష్ణం అంటారు.
వాయువుల విశిష్టోష్ణాలు: వాయువుకు ఉష్ణాన్ని స్థిర పీడనం లేదా స్థిర ఘనపరిమాణం వద్ద అందజేయవచ్చు. అందువల్ల వాయువులు రెండు రకాల విశిష్టోష్ణాలను కలిగి ఉంటాయి.
1) స్థిరపీడనం వద్ద విశిష్టోష్ణం(Cp): స్థిరపీడనం వద్ద ప్రమాణ ద్రవ్యరాశి ఉన్న ఒక వాయు ఉష్ణోగ్రతను 1 0 C పెంచడానికి కావాల్సిన ఉష్ణరాశిని, స్థిరపీడనం వద్ద అవాయు విశిష్టోష్ణం అంటారు.
2) స్థిరఘన పరిమాణం వద్ద విశిష్టోష్ణం(CV): స్థిర ఘనపరిమాణం వద్ద ప్రమాణ ద్రవ్యరాశి ఉన్న ఒక వాయు ఉష్ణోగ్రతను 1 0 C పెంచడానికి కావాల్సిన ఉష్ణరాశిని, స్థిర ఘనపరిమాణం వద్ద వాయు విశిష్టోష్ణం అంటారు.
Cp, Cv ల మధ్య సంబంధం: Cp - Cv = R, R = విశ్వవాయుస్థిరాంకం
ఉష్ణగతిక ప్రక్రియలు:
1) అర్ధస్థైతిక ప్రక్రియ: ప్రతి దశలో వ్యవస్థ పరిసరాలతో ఉష్ణీయ, యాంత్రిక సమతాస్థితిలో ఉండే విధంగా ఊహించిన ఒక ఆదర్శవంతమైన ప్రక్రియను అర్ధ స్థైతిక ప్రక్రియ అంటారు. ఇది చాలా నెమ్మదిగా జరుగుతుంది.
2) స్థిర ఉష్ణోగ్రత ప్రక్రియ: ఒక వ్యవస్థలో ఉష్ణరాశి స్థిరంగా ఉండి; పీడనం, ఘనపరిమాణం మారుతూ ఉండే ప్రక్రియను స్థిరోష్ణక ప్రక్రియ అంటారు.
3) సమ ఉష్ణోగ్రత ప్రక్రియ: ఒక వ్యవస్థలో పీడనం, ఘనపరిమాణం మారుతూ; ఉష్ణోగ్రత స్థిరంగా ఉంటే అలాంటి ప్రక్రియను సమ ఉష్ణోగ్రత ప్రక్రియ అంటారు. ఇది నెమ్మదిగా జరుగుతుంది.
4) సమ ఘనపరిమాణ ప్రక్రియ: వాయువు ఘనపరిమాణం స్థిరంగా ఉంటుంది. ఈ ప్రక్రియలో వ్యవస్థ పరిసరాలపై లేదా పరిసరాలు వ్యవస్థపై పనిచేయవు. వ్యవస్థ గ్రహించిన మొత్తం ఉష్ణరాశి దాని అంతర్గత శక్తి పెంచుకోవడానికి ఉపయోగిస్తుంది.
5) సమపీడన ప్రక్రియ: వ్యవస్థ పీడనం స్థిరంగా ఉంటుంది. ఉష్ణోగ్రత, ఆంతరిక శక్తి మారతాయి. వ్యవస్థ గ్రహించిన ఉష్ణంలో కొంత ఆంతరిక శక్తి పెరుగుదలకు, మరికొంత బాహ్య పనికి ఉపయోగపడుతుంది.
6) చక్రీయ ప్రక్రియ: వేర్వేరు దశలు పీడనం, ఘనపరిమాణం, ఉష్ణోగ్రతల్లో కలిగే మార్పులు పొందిన తర్వాత ఒక వ్యవస్థ తిరిగి మళ్లీ తొలి స్థితిని పొందే ప్రక్రియను చక్రీయ ప్రక్రియ అంటారు. ఇందులో మొత్తం ఉష్ణం వ్యవస్థ చేసిన ఫలిత పనికి సమానమైనప్పుడే ఇది సాధ్యమవుతుంది.
ఉష్ణ యంత్రాలు: ఉష్ణశక్తిని యాంత్రిక శక్తిగా మార్చే పరికరాన్ని ఉష్ణ యంత్రం అంటారు. సహజంగా ఉష్ణ యంత్రంలో ఒక వ్యవస్థ చక్రీయ ప్రక్రియ పొందడం వల్ల ఉష్ణం పనిగా మారుతుంది.
శీతలీకరణ యంత్రాలు: ఉష్ణ యంత్రం విలోమ ప్రక్రియను శీతలీకరణ యంత్రం అంటారు.
ఉష్ణగతికశాస్త్ర రెండో నియమం:
1) కెల్విన్‌ వివరణ: ఒక ఉష్ణగతిక వ్యవస్థ నుంచి పొందిన మొత్తం ఉష్ణాన్ని పూర్తిగా యాంత్రిక పనిగా మార్చడం అసాధ్యం. మరో విధంగా చెప్పాలంటే ఏ ఉష్ణ యంత్రం కూడా దానికి అందజేసిన మొత్తం ఉష్ణాన్ని పూర్తిగా యాంత్రిక శక్తిగా మార్చలేదు.
2) క్లాసియస్‌ వివరణ: ఏ విధమైన బాహ్య ప్రమేయం లేకుండా ఏ స్వయంపోషక యంత్రమైనా ఒక వస్తువు నుంచి తనకంటే ఎక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఉన్న వస్తువుకు ఉష్ణాన్ని అవిచ్ఛిన్నంగా సరఫరా చేయలేదు. ఈ వివరణ ఉష్ణప్రసార దిశను తెలియజేస్తుంది. దీనినే ఇంకొక విధంగా ఉష్ణం తనంతట తాను చల్లని వస్తువు నుంచి వేడి వస్తువుకు ప్రవహించదని చెప్పవచ్చు.
ఉత్క్రమణీయ ప్రక్రియ: ఇతరత్రా ఎక్కడ ఏ విధమైన మార్పు లేకుండా వ్యవస్థ, పరిసరాలు తొలిదశకు చేరే విధంగా సూటి ప్రక్రియలో ఏ దశల ద్వారా ప్రయాణం చేసిందో అదే దశల ద్వారా వెనుకకు తీసుకురాగలిగితే ఆ ప్రక్రియను ఉత్క్రమణీయ ప్రక్రియ అంటారు. ఇది ఒక ఆదర్శవంతమైన అభిప్రాయం మాత్రమే.
నిబంధనలు:
* చాలా నెమ్మదిగా మార్పులు జరగాలి.
* పరిసరాలతో వ్యవస్థ ఎప్పుడూ ఉష్ణ, యాంత్రిక సమతాస్థితిలో ఉండాలి.
* వహనం, సంవహనం, ఘర్షణ లాంటి నిరోధం; స్నిగ్థత మొదలైన వాటి వల్ల శక్తి నష్టం జరగకూడదు.
* ఉష్ణం ఏ మాత్రం విద్యుత్తు లేదా అయస్కాంత శక్తి రూపాల్లో మార్పు చెందకూడదు.
ఉదాహరణలు:
* మంచు ద్రవీభవనం, నీటి బాష్పీభవనం.
* ఫెల్టియర్‌ ఫలితం
* సిబెక్‌ ఫలితం
అనుత్క్రమణీయ ప్రక్రియ: వ్యతిరేక దిశలో వెనుకకు తీసుకురాలేని ప్రక్రియను అనుత్క్రమణీయ ప్రక్రియ అంటారు. స్వచ్ఛంద సహజ ప్రక్రియలన్నీ అనుత్క్రమణీయ ప్రక్రియలే.
ఉదాహరణలు:
* ఘర్షణకు వ్యతిరేకంగా జరిగే పని
* వాయువుల వ్యాపనం
కార్నో యంత్రం: రెండు ఉష్ణోగ్రతల మధ్య పనిచేసే ఉత్క్రమణీయ ఉష్ణయంత్రాన్ని కార్నో యంత్రం అని అంటారు. ఈ యంత్రంలో ఒక ఆదర్శ వాయువు పనిచేసే పదార్థంగా ఉంటుంది.
మిశ్రమ పద్ధతి సూత్రం (కెలోరి మీటర్‌ సూత్రం): పరిసరాలకు ఉష్ణ నష్టం లేనప్పుడు వేడి వస్తువు కోల్పోయిన ఉష్ణరాశి, చల్లని వస్తువు గ్రహించిన ఉష్ణరాశికి సమానం.
నీటి త్రిక బిందువు: ఏ నిర్దిష్ట బిందువు వద్ద పదార్థం మూడు ప్రావస్థలు సమతాస్థితిలో ఉంటాయో ఆ బిందువును త్రిక బిందువు అంటారు.
ఉష్ణ సంవహనం: పదార్థంలో కణాలు ఒకచోట నుంచి మరొక చోటికి బదిలీ కావడం వల్ల ఉష్ణ ప్రసారం జరిగితే దానిని ఉష్ణసంవహనం అంటారు. ఇది 2 రకాలుగా ఉంటుంది.
1) సహజ సంవహనం: ప్రవాహి వేడెక్కినప్పుడు సాంద్రతలో భేదం వల్ల అది ప్రవహిస్తే దానిని సహజ సంవహనం అంటారు.
2) బలాకృత సంవహనం: యాంత్రిక సాధనాలైన పంఖాలు (ఫ్యాన్లు), పంపుల సహాయంతో బలవంతంగా ప్రవాహాలను చలింపజేసి ఉష్ణాన్ని తరలించే క్రియను బలాకృత సంవహనం అంటారు.
ఉదా: గదిలో కిటికీలు తెరిచినప్పుడు చల్లని గాలి లోపలికి వచ్చి వేడిగాలి బయటకు పోతుంది.
వీన్స్‌ స్థానభ్రంశ నియమం: ఒక వస్తువు ఉద్గారించే వికిరణాల్లో గరిష్ఠ శక్తి ఉన్న వికిరణ తరంగ దైర్ఘ్యం (λm),ఆ వస్తువు పరమ ఉష్ణోగ్రత (T)కు విలోమానుపాతంలో ఉంటుంది.
λm T = స్థిరాంకం.
* ఈ స్థిరాంకాన్ని వీన్స్‌ స్థిరాంకం అంటారు. దీన్ని C తో సూచిస్తారు. దీని విలువ 2.9 X10-3 mk
స్టీఫెన్‌ - బోల్జ్‌మన్‌ నియమం: ఏదైనా వస్తువు ఉద్గార సామర్థ్యం, దాని పరమ ఉష్ణోగ్రత నాలుగో ఘాతానికి అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది.
న్యూటన్‌ శీతలీకరణ నియమం: ఒక వస్తువు పొందే ఉష్ణ నష్టపు రేటు, ఆ వస్తువుకు పరిసరాలకు మధ్య ఉండే ఉష్ణోగ్రతా భేదానికి అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది.
రచయిత: చంటి రాజుపాలెం
