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उष्मागतिकी या Thermodynamics का पहला नियम बहुत महत्वपूर्ण है thermodynamics के विषय में।
यह law हमको heat और work के बीच का संबंध समझाता है ।
इसमें heat और work को समझने के लिए पहले उनके बीच में जो इनको जोड़ने वाला Factor है , वो है Internal energy।
इसलिए पहले हम Internal Energy के बारे में समझेंगे कि ये कैसे Connecting link है heat और work के बीच में।
Internal Energy और change in Internal Energy ।
सबसे पहले Energy कि परिभाषा को समझते है और उसके कथन को
“ Energy can not be created nor destroyed , but it can be converted or transferred ” .
“Energy का कथन ये कहता है कि हम ऊर्जा को न तो उत्पन्न कर सकते हैं और न ही नष्ट कर सकते हैं केवल उसका स्वरूप बदला जा सकता है।” मतलब कि हमारे ब्रह्मांड कि जितनी भी ऊर्जा है उसकी मात्रा हमेशा नियत (constant) रहती है।
Internal Energy system के भीतर की सभी ऊर्जा के बारे में बताती है। जैसे system के भीतर Kinetic Energy of molecules के बारे में बताती है और जो ऊर्जा Chemical bonds के रूप में संग्रहीत होती है molecules के बीच में उसे बताती है।
जब भी Heat, work और Internal Energy के बीच में परस्पर क्रिया होती है तब हर समय ऊर्जा का रूपांतरण और स्थानांतरण होता है, जिससे system में बदलाव आते हैं।
जबकि इन सब प्रक्रिया में ना तो ऊर्जा उत्पन्न होती है और ना ही नष्ट होती है, ऊर्जा नियत (constant) ही रहती है।
Internal Energy एक Extensive property है और इसको आमतौर पर KJ में व्यक्त करते हैं।
उष्मागतिकी का पहला नियम परिभाषा और कथन –
जब भी कोई Closed system cycle process के दौर से गुजरता है तब Net heat transfer बराबर होता है Net work transfer के अर्थात –
ΣQ = ΣW
ये उपयुक्त होता है दोनों Cycle के लिए अर्थात Reversible और Irreversible Cycle के लिए।
उष्मागतिकी के पहले नियम के परिणाम इस प्रकार है पहले law के चार परिणाम है। एक – एक करके हम सभी परिणाम को समझेंगे –
उष्मागतिकी के पहले नियम का पहला परिणाम
पहले नियम का पहला परिणाम है कि Heat transfer एक Path function है।
Heat transfer प्रक्रिया के पथ पर निर्भर करता है कि प्रक्रिया कौन से पथ से होकर गुजरी है।
Heat transfer Inexact differential है। Heat transfer property नहीं है, ये एक Boundary Phenomenon है।
Thermodynamics के first Law का दूसरा परिणाम
First law का दूसरा परिणाम ये है कि Energy एक Property है।
किसी भी system की Energy निर्भर करती है उसके Process के end points पर इसलिए Energy एक Point function है और state function है। Energy एक property है और ये property Exact differential है।
Note : dQ = du + Pdv ये एक Equation है thermodynamics के पहले law की Closed system के लिए जो केवल Reversible process के दौरान ही मिलती है।
क्योंकि
dQ = dE + Pdv ये Equation केवल Valid होती है Reversible process के लिए।
Thermodynamics के first Law का तीसरा system परिणाम
पहले law का तीसरा system परिणाम ये है कि Isolated system की ऊर्जा (Energy) हमेशा Constant रहती हैं।
Isolated system क्या है ? पहले इसको समझते है।
Isolated system एक ऐसा system है जो अपनी Surrounding में ना तो mass transfer करता है और ना ही Energy transfer करता है।
Heat और work भी Energy का ही एक प्रकार है इसलिए Isolated system से ना ही Heat transfer होती है और ना ही work transfer होता है Surrounding में।
Isolated system की पूर्ण Energy Constant रहती है।
उष्मागतिकी के पहले नियम का चौथा परिणाम
पहले law का चौथा परिणाम -Perpetual motion machine of first kind ( PMM – I ) Impossible है।
यह परिणाम ये कहता है ऐसी कोई भी Machine नहीं है जो लगातार work develop करें बिना किसी प्रकार की Energy का सेवन किये , अगर PMM – I Machine विकसित होती है तब वो thermodynamics के First law का उल्लंघन करेगी किसी भी Cycle process के लिए क्योंकि कोई भी ऐसी Machine विकसित नहीं की जा सकती है जो लगातार work produce करें बिना किसी Energy के सेवन के।