Laws of thermodynamics

Spread the love

ہم وضاحت کرتے ہیں کہ تھرموڈینامکس کے قوانین کیا ہیں، ان اصولوں کی اصل اور ہر ایک کی بنیادی خصوصیات کیا ہیں۔

What are the laws of thermodynamics?

تھرموڈینامکس کے قوانین (یا تھرموڈینامکس کے اصول) تین بنیادی جسمانی مقداروں، درجہ حرارت ، توانائی اور  اینٹروپی کے رویے کو بیان کرتے ہیں ، جو تھرموڈینامک نظام کی خصوصیت رکھتے ہیں۔ اصطلاح “تھرموڈینامکس” یونانی تھرموس سے نکلی ہے ، جس کا مطلب ہے ” حرارت ،” اور ڈائناموس ، جس کا مطلب ہے ” قوت ۔”

ریاضی کے لحاظ سے، ان اصولوں کو مساوات کے ایک سیٹ کے ذریعے بیان کیا جاتا ہے  جو  تھرموڈینامک نظاموں کے رویے کی وضاحت کرتے ہیں ، جس کی تعریف کسی بھی مطالعہ کی چیز کے طور پر کی جاتی ہے (ایک مالیکیول یا انسان سے، فضا یا سوس پین میں ابلتے پانی تک )۔

تھرموڈینامکس کے چار قوانین ہیں اور وہ کائنات کے جسمانی قوانین اور دائمی حرکت جیسے بعض مظاہر کے ناممکنات کو سمجھنے کے لیے بہت اہم ہیں  ۔

Origin of the laws of thermodynamics

تھرموڈینامکس کے چار اصول  مختلف ہیں، اور کچھ پچھلے اصولوں سے وضع کیے گئے تھے ۔ سب سے پہلے قائم کیا گیا، حقیقت میں، دوسرا، فرانسیسی ماہر طبیعیات اور انجینئر نکولس لیونارڈ ساڈی کارنوٹ کا 1824 میں کام تھا۔

تاہم، 1860 میں اس اصول کو دوبارہ روڈولف کلوسیس اور ولیم تھامسن نے وضع کیا، پھر اس میں اضافہ کیا جسے آج ہم تھرموڈینامکس کا پہلا قانون کہتے ہیں۔ تیسرا بعد میں نمودار ہوا، جسے “Nerst’s postulate” کے نام سے بھی جانا جاتا ہے کیونکہ یہ 1906 اور 1912 کے درمیان والتھر نیرنسٹ کے مطالعے کی بدولت پیدا ہوا۔

آخر کار،  نام نہاد “صفر قانون” 1930 میں ظاہر ہوا ، جسے Guggenheim اور Fowler نے تجویز کیا تھا۔ یہ کہنا چاہیے کہ اسے تمام علاقوں میں ایک حقیقی قانون کے طور پر تسلیم نہیں کیا جاتا۔

First Law of Thermodynamics

First Law of Thermodynamics
First Law of Thermodynamics
توانائی پیدا یا تباہ نہیں ہوسکتی، صرف تبدیل ہوتی ہے۔

پہلا قانون “توانائی کے تحفظ کا قانون” کہلاتا ہے کیونکہ یہ حکم دیتا ہے کہ  اپنے ماحول سے الگ تھلگ  کسی بھی جسمانی نظام میں، توانائی کی کل مقدار ہمیشہ ایک جیسی رہے گی ، اگرچہ اسے توانائی کی ایک شکل سے مختلف میں تبدیل کیا جا سکتا ہے۔ والے.. یا دوسرے لفظوں میں: توانائی نہ تو تخلیق ہو سکتی ہے اور نہ ہی تباہ ہو سکتی ہے، صرف تبدیل ہو سکتی ہے۔

اس طرح سے، کسی جسمانی نظام کو حرارت کی ایک خاص مقدار (Q) فراہم کر کے، اس کی توانائی کی کل مقدار کا حساب لگایا جا سکتا ہے کیونکہ فراہم کردہ حرارت سے  اس کے گردونواح میں نظام کے ذریعے کیے جانے والے کام (W) کو کم کر دیا جاتا ہے۔ ایک فارمولے میں بیان کیا گیا ہے: ΔU = Q – W.

اس قانون کی مثال کے طور پر، آئیے ایک ہوائی جہاز کے انجن کا تصور کریں ۔ یہ ایک تھرموڈینامک نظام ہے جو ایندھن پر مشتمل ہوتا ہے جو دہن کے عمل کے دوران کیمیائی طور پر رد عمل ظاہر کرتا ہے ، حرارت جاری کرتا ہے اور کام کرتا ہے (جس سے ہوائی جہاز حرکت کرتا ہے)۔ لہٰذا: اگر ہم کام کی مقدار اور جاری ہونے والی حرارت کی پیمائش کر سکتے ہیں، تو ہم نظام کی کل توانائی کا حساب لگا سکتے ہیں اور یہ نتیجہ اخذ کر سکتے ہیں کہ پرواز کے دوران انجن میں توانائی مستقل رہی: توانائی نہ تو پیدا ہوئی اور نہ ہی تباہ ہوئی، بلکہ اس سے تبدیلی آئی۔ کیمیائی توانائی  سے حرارتی توانائی اور  حرکی توانائی  (حرکت، یعنی کام)۔

Second law of thermodynamics

Second law of thermodynamics
Second law of thermodynamics
کافی وقت دیے جانے پر، تمام نظام بالآخر عدم توازن کی طرف مائل ہو جائیں گے۔

دوسرا قانون، جسے “Law of Entropy” بھی کہا جاتا ہے، کا خلاصہ اس طرح کیا جا سکتا ہے کہ کائنات میں اینٹروپی کی مقدار وقت کے ساتھ ساتھ بڑھتی جاتی ہے ۔ اس کا مطلب یہ ہے کہ نظام کی خرابی کی ڈگری اس وقت تک بڑھتی ہے جب تک کہ توازن کے مقام تک نہ پہنچ جائے، جو نظام کی سب سے بڑی خرابی کی حالت ہے۔

یہ قانون طبیعیات میں ایک بنیادی تصور متعارف کرایا گیا ہے: اینٹروپی کا تصور (حروف S کے ذریعہ پیش کیا جاتا ہے)، جو جسمانی نظام کے معاملے میں خرابی کی ڈگری کی نمائندگی کرتا ہے۔ اس سے معلوم ہوا کہ ہر جسمانی عمل میں جس میں توانائی کی تبدیلی ہوتی ہے، توانائی کی ایک خاص مقدار قابل استعمال نہیں ہوتی، یعنی وہ کام نہیں کر سکتی۔ اگر یہ کام نہیں کر سکتا تو زیادہ تر معاملات میں وہ توانائی حرارت ہے۔ وہ حرارت جو نظام جاری کرتا ہے، وہ جو کرتا ہے وہ نظام کی خرابی، اس کی اینٹروپی کو بڑھاتا ہے۔ اینٹروپی نظام کی خرابی کا ایک پیمانہ ہے۔

اس قانون کی تشکیل یہ ثابت کرتی ہے کہ  اینٹروپی (dS) میں تبدیلی ہمیشہ  حرارت کی منتقلی  (dQ) کے برابر یا اس سے زیادہ ہوگی ، جسے نظام کے درجہ حرارت (T) سے تقسیم کیا جاتا ہے۔ یعنی، وہ: dS ≥ dQ/T۔

اس کو ایک مثال سے سمجھنے کے لیے ایک خاص مقدار میں مادے کو جلانا اور پھر نتیجے میں آنے والی راکھ کو جمع کرنا کافی ہے۔ جب ہم ان کا وزن کریں گے تو ہم اس بات کی تصدیق کریں گے کہ یہ اس کی ابتدائی حالت سے کم مادہ ہے: مادے کا کچھ حصہ حرارت میں گیسوں کی شکل میں تبدیل ہوا جو سسٹم پر کام نہیں کر سکتی اور اس کی خرابی کا باعث بنتی ہے۔

Third law of thermodynamics

Third law of thermodynamics
Third law of thermodynamics
مطلق صفر تک پہنچنے پر، جسمانی نظام کے عمل رک جاتے ہیں۔

تیسرا قانون کہتا ہے کہ  کسی نظام کی انٹراپی جسے مطلق صفر پر لے جایا جاتا ہے ایک مستقل مستقل ہوگا ۔ دوسرے الفاظ میں:

  • مطلق صفر (کیلون کی اکائیوں میں صفر) تک پہنچنے پر، جسمانی نظام کے عمل رک جاتے ہیں۔
  • مطلق صفر تک پہنچنے پر (کیلون کی اکائیوں میں صفر)، اینٹروپی کی مستقل کم از کم قدر ہوتی ہے۔

روزانہ کی بنیاد پر نام نہاد مطلق صفر (-273.15 ° C) تک پہنچنا مشکل ہے، لیکن ہم فریزر میں کیا ہوتا ہے اس کا تجزیہ کرکے اس قانون کے بارے میں سوچ سکتے ہیں: جو کھانا ہم وہاں رکھیں گے وہ اتنا ٹھنڈا ہوگا کہ یہ سست ہوجائے گا۔ جیو کیمیکل عمل کو اپنی جگہ پر نیچے یا روکنا۔ اس لیے اس کے گلنے میں تاخیر ہوتی ہے اور یہ زیادہ دیر تک استعمال کے لیے موزوں رہے گا۔

Zero law of thermodynamics

Zero law of thermodynamics
Zero law of thermodynamics
“صفر قانون” کا منطقی طور پر اس طرح اظہار کیا جاتا ہے: اگر A = C اور B = C، تو A = B۔

“صفر قانون” اس نام سے جانا جاتا ہے حالانکہ یہ تجویز کردہ آخری تھا۔ تھرمل توازن کے قانون کے نام سے بھی جانا جاتا ہے ، یہ اصول یہ حکم دیتا ہے کہ: “اگر دو نظام آزادانہ طور پر تیسرے نظام کے ساتھ تھرمل توازن میں ہیں ، تو انہیں ایک دوسرے کے ساتھ حرارتی توازن میں بھی ہونا چاہیے۔” اس کا اظہار منطقی طور پر اس طرح کیا جا سکتا ہے: اگر A = C اور B = C، تو A = B۔

یہ قانون ہمیں تین مختلف اجسام A، B اور C کی حرارتی توانائی کا موازنہ کرنے کی اجازت دیتا ہے۔ اگر باڈی A جسم C کے ساتھ حرارتی توازن میں ہے (ان کا درجہ حرارت ایک جیسا ہے) اور B کا بھی درجہ حرارت C جیسا ہے تو A اور B کا درجہ حرارت ایک جیسا ہے۔

اس اصول کو بیان کرنے کا ایک اور طریقہ یہ ہے کہ جب مختلف درجہ حرارت والے دو اجسام کو آپس میں لایا جاتا ہے تو وہ اس وقت تک حرارت کا تبادلہ کرتے ہیں جب تک کہ ان کا درجہ حرارت برابر نہ ہو جائے۔

اس قانون کی روزمرہ کی مثالیں ملنا آسان ہیں۔ جب ہم ٹھنڈے یا گرم پانی میں داخل ہوتے ہیں، تو ہم درجہ حرارت میں فرق صرف پہلے منٹوں میں ہی محسوس کریں گے کیونکہ اس کے بعد ہمارا جسم پانی  کے ساتھ حرارتی توازن میں داخل ہو جائے گا  اور ہم اس فرق کو مزید محسوس نہیں کریں گے۔ ایسا ہی ہوتا ہے جب ہم کسی گرم یا ٹھنڈے کمرے میں داخل ہوتے ہیں: ہم پہلے درجہ حرارت کو محسوس کریں گے، لیکن پھر ہم فرق کو محسوس کرنا چھوڑ دیں گے کیونکہ ہم اس کے ساتھ حرارتی توازن میں داخل ہوں گے۔

Leave a Comment