அமைப்பு மற்றும் சூழல்

அமைப்பு மற்றும் சூழல்

வெப்ப இயக்கவியல் விதிகள் மற்றும் அவற்றின் பயன்பாடுகளை கற்கும் முன்னர், வெப்ப இயக்கவியலில் அதிகம் பயன்படுத்தப்படும் முக்கியமான கலைச்சொற்களை புரிந்து கொள்ளுதல் மிக அவசியமானதாகும்.

அமைப்பு

அண்டமானது, அமைப்பு மற்றும் சூழல் என இரண்டு பகுதிகளாக பிரிக்கப்படுகிறது. வெப்ப இயக்கவியல் நோக்கில் கருத்தில் கொள்ளப்படும் அண்டத்தின் ஒரு பகுதி அமைப்பு எனப்படும். இது அண்டத்தின் பிற பகுதிகளிலிருந்து உண்மையான அல்லது கற்பனை எல்லைகளால் பிரிக்கப்பட்டுள்ளது.

படம் 7.1 அமைப்பு, சூழல் மற்றும் எல்லை.

எடுத்துக்காட்டு

அமைப்பு என்பது ஒரு முகவையில் உள்ள நீர், காற்று நிரப்பப்பட்ட பலூன், குளுக்கோசின் நீர்க்கரைசல் போன்றவையாக இருக்கலாம்.

ஒருபடித்தான, மற்றும் பலபடித்தான அமைப்புகள்:

இயற் மற்றும் வேதிப்பண்புகளை அடிப்படையாக கொண்டு அமைப்பினை இரு வகைகளாக பிரிக்க முடியும்.

அமைப்பிலுள்ள அனைத்து உட்கூறுகளும் ஒரே இயற்நிலைமையில் இருந்தால், அந்த அமைப்பு ஒரு படித்தான அமைப்பு என்றழைக்கப்படுகிறது. எடுத்துக்காட்டு: ஒரு வாயுக்கலவை, ஒன்றோடொன்று முற்றிலும் கலக்கும் நீர்மங்களின் கலவை போன்றவை.

அமைப்பிலுள்ள அனைத்து உட்கூறுகளும் ஒரே இயற்நிலைமையில் இல்லாதிருந்தால் அந்த அமைப்பு பல படித்தான அமைப்பு என்றழைக்கப்படுகிறது.

எடுத்துக்காட்டு: எண்ணெய் மற்றும் நீர் அடங்கிய கலவை.

சூழல்

அண்டத்திலுள்ள, அமைப்பின் பகுதியாக இல்லாத அனைத்தும் சூழல் என்றழைக்கப்படுகிறது.

 எல்லை

அமைப்பை, சூழலிருந்து பிரிக்கும் எதுவும் எல்லை என்றழைக்கப்படுகிறது.

1. அமைப்பின் வகைகள்:

எல்லையின் இயல்பினை பொறுத்து வெப்ப இயக்கவியல் அமைப்புகளில் மூன்று வகைகள் உள்ளன.

படம் : 7.2 அமைப்பின் வகைகள்

தனித்த அமைப்பு :

ஒரு அமைப்பானது அதன் சூழலுடன் பொருண்மை மற்றும் ஆற்றலை பரிமாற்றம் செய்ய முடியாத நிலையில் இருந்தால் அவ்வமைப்பு ஒரு தனித்த அமைப்பு என்றழைக்கப்படுகிறது. இங்கு எல்லையானது மூடப்பட்டுள்ளதுடன், காப்பிடப்பட்டும் உள்ளது. வெந்நீரை கொண்டுள்ள வெப்பம் கடத்தா குடுவை (thermos flask) ஒரு தனித்த அமைப்பிற்கான எடுத்துக்காட்டாகும். இந்த தனித்த அமைப்பில், ஆற்றல் (வெப்பம்), மற்றும் பொருண்மை (நீராவி) ஆகிய இரண்டும் அமைப்பிற்குள்ளும் வருவதில்லை, அமைப்பை விட்டும் வெளியேறுவதில்லை.

மூடிய அமைப்பு:

ஒரு அமைப்பானது அதன் சூழலுடன் பொருண்மையை  பரிமாற்றம் செய்ய முடியாமல், ஆற்றலை மட்டும் பரிமாற்றம் செய்ய முடியும் எனில் அவ்வமைப்பு ஒரு மூடிய அமைப்பு என்றழைக்கப்படுகிறது.

இங்கு எல்லையானது மூடப்பட்டுள்ளது ஆனால், காப்பிடப்படவில்லை. வெந்நீரை கொண்டுள்ள மூடப்பட்ட முகவை ஒரு மூடிய அமைப்பிற்கு எடுத்துக்காட்டாகும். இந்த மூடிய அமைப்பில் ஆற்றலானது (வெப்பம்) சூழலுக்கு கடத்தப்படுகிறது. ஆனால் பொருண்மை (நீராவி) அமைப்பை விட்டு வெளியேறுவதில்லை.

ஒருவாயுவை கொண்டுள்ள, அழுத்தியுடன் கூடிய உருளை (a cylinder fitted with a piston) ஒரு மூடிய அமைப்பாகும். 

திறந்த அமைப்பு:

ஒரு அமைப்பானது அதன் சூழலுடன் பொருண்மை, மற்றும் ஆற்றல் இரண்டையும் பரிமாற்றம் செய்ய முடியுமெனில் அவ்வமைப்பு ஒரு திறந்த அமைப்பு என்றழைக்கப்படுகிறது. 

வெந்நீரைக் கொண்டுள்ள ஒரு திறந்த முகவை திறந்த அமைப்பிற்கான ஒரு எடுத்துக்காட்டாகும். இவ்வமைப்பில் ஆற்றல் (வெப்பம்) மற்றும் பொருண்மை (நீராவி) இரண்டும் சூழலுக்கு கடத்தப்படுகிறது.

அனைத்து உயிரினங்கள் மற்றும் வேதிவினைகள் திறந்த அமைப்பாகும், ஏனெனில் அவைகள் சூழலுடன் பொருண்மை மற்றும் ஆற்றலை பரிமாறிக் கொள்கின்றன.

2. அமைப்பின் பண்புகள்:

பொருண்மை சாரா மற்றும் பொருண்மை சார்பண்புகள் :

அமைப்பினுடைய சில பண்புகள் அதன் நிறை அல்லது அளவினைப் பொறுத்து அமைகின்றன. ஆனால் சில பண்புகள் அதன் நிறை அல்லது அளவினை பொறுத்து அமைவதில்லை. இதன் அடிப்படையில் அமைப்பின் பண்புகள் பொருண்மை சார்பண்புகள், மற்றும் பொருண்மை சாரா பண்புகள் எனவகைப் படுத்தப்படுகின்றன. 

பொருண்மை சார்பண்புகள்:

ஒரு பண்பானது அமைப்பின் நிறை அல்லது அளவினை பொறுத்து அமைந்தால் அப்பண்பு பொருண்மைசார் பண்பு என்று அழைக்கப்படுகிறது. எ.கா: கன அளவு, மோல்களின் எண்ணிக்கை, நிறை, அக ஆற்றல் போன்றவை.

பொருண்மை சாராபண்புகள்:

ஒரு பண்பானது அமைப்பின் நிறை அல்லது அளவினை பொறுத்து அமையாதிருந்தால் அப்பண்பு பொருண்மை சாரா பண்பு என்று அழைக்கப்படுகிறது.

எடுத்துக்காட்டு: ஒளிவிலகல் எண், பரப்பு இழுவிசை, அடர்த்தி, வெப்பநிலை, கொதிநிலை, உறைநிலை, மோலார் கனஅளவு போன்றவை.

அட்டவணை: 7.1 பொருண்மை சார் மற்றும் பொருண்மை சாரா பண்புகளின் பட்டியல்

3. வெப்ப இயக்கவியல் செயல் முறைகள்:

அமைப்பில் ஒரு மாற்றத்தை உருவாக்கக் கூடிய செயலின் வழிமுறை வெப்ப இயக்கவியல் செயல்முறை எனப்படுகிறது. வெப்பப்படுத்துதல், குளிர்வித்தல், வாயுக்களை விரிவடையசெய்தல், சுருங்கச்செய்தல், உருக்குதல், ஆவியாக்குதல் போன்ற செயல்முறைகள் வெப்ப இயக்கவியல் செயல்முறைகளுக்கான எடுத்துக்காட்டுகளாகும்.

செயல்முறைகளின் வகைகள்:

ஒரு வெப்ப இயக்கவியல் செயல்முறையை, வெவ்வேறு வழிகள் மற்றும் பல்வேறு நிபந்தனைகளின் கீழ் நிகழ்த்த முடியும். இச்செயல் முறைகளை பின்வருமாறு வகைப்படுத்த முடியும்.

மீள் செயல்முறை:

அண்டத்தின் வெப்ப இயக்கவியல் பண்புகளில் எவ்வித மாற்றத்தையும் ஏற்படுத்தாமல், அமைப்பு மற்றும் சூழல் அவற்றின் இறுதிநிலையிலிருந்து ஆரம்பநிலைக்கு மீளும் ஒரு செயல் முறை, மீள்செயல் முறை என்றழைக்கப்படுகிறது. மீள் செயல்முறை நிகழ இரு நிபந்தனைகள் அவசியமானதாகும். முதலாவதாக, செயல்முறையானது நுண்ணிய அளவில் மிக மெதுவாக நிகழ வேண்டும். மற்றும் இரண்டாவதாக செயல்முறை முழுவதும் அமைப்பும், சூழலும் கண்டிப்பாக சமநிலையில் இருக்க வேண்டும்.

மீளாச் செயல்முறை:

அமைப்பு மற்றும் சூழல் அவற்றின் இறுதி நிலையிலிருந்து, ஆரம்பநிலைக்கு மீளமுடியாத ஒரு செயல்முறை மீளா செயல்முறை என்றழைக்கப்படுகிறது. இயற்கையில் நிகழும் அனைத்து செயல்முறைகளும் மீளாசெயல் முறைகளாகும். 

மீளாச்செயல் முறையின்போது அமைப்பு மற்றும் சூழலானது ஒன்றொடொன்று சமநிலையில் இருப்பதில்லை.

வெப்பம்மாறாச் செயல்முறை (Adiabatic process)

ஒரு செயல்முறையின் போது அமைப்பு மற்றும் சூழலுக்கு இடையே எவ்வித வெப்ப (q) பரிமாற்றமும் நிகழாதிருப்பின் அச்செயல் முறை வெப்பம் மாறாச் செயல்முறை என வரையறுக்கப்படுகிறது. எச்செயல் முறையில் அமைப்பினுள்ளோ அல்லது அமைப்பிலிருந்தோ எவ்வித வெப்ப பரிமாற்றமும் இல்லையோ அச்செயல்முறை வெப்பம் மாறாச் செயல்முறை என்றழைக்கப்படுகிறது. அமைப்பினை வெப்பக் காப்பிடுவதன் மூலம் இந்த நிபந்தனை உருவாக்கப்படுகிறது. ஒரு வெப்பம் மாறா செயல்முறையில் அமைப்பானது சூழலுடன் வெப்பத்தை பரிமாற்றம் செய்ய முடியாது (ஒரு வெப்பம் மாறாச் செயல் முறைக்கு q = 0) என்பதால், அமைப்பினால் வேலை செய்யப்பட்டால் அதன் வெப்பநிலை குறைகிறது. அமைப்பின் மீது வேலை செய்யப்பட்டால் அதன் வெப்பநிலை அதிகரிக்கிறது.

வெப்பநிலை மாறா செயல்முறை (Isothermal process)

ஒரு செயல்முறையில் அமைப்பானது ஆரம்ப நிலையிலிருந்து, இறுதிநிலைக்கு மாற்றமடையும் போது அதன் வெப்பநிலை மாறாமல் மாறிலியாக இருந்தால் அச்செயல்முறை வெப்பநிலை மாறா செயல்முறை என வரையறுக்கப்படுகிறது. இதில் அமைப்பானது அதன் சூழலுடன் வெப்பத்தை பரிமாற்றம் செய்கிறது, மேலும் அமைப்பின் வெப்பநிலை மாறாமல் இருக்கிறது. இவ்வாறு வெப்பநிலை மாறாதிருக்கும் பொருட்டு சோதனையானது பெரும்பாலும் வெப்பசீர்நிலை உபகரணத்தில் (Thermostat) நிகழ்த்தப்படுகிறது. 

ஒரு வெப்பநிலை மாறா செயல்முறைக்கு dT = 0

அழுத்தம் மாறா செயல்முறை (Isobaric process)

ஒரு செயல் முறையில் அமைப்பானது ஆரம்ப நிலையிலிருந்து, இறுதி நிலைக்கு மாற்றமடையும் போது அதன் அழுத்தம் மாறாமல் மாறிலியாக இருந்தால் அச்செயல்முறை அழுத்தம் மாறாச் செயல்முறை என வரையறுக்கப்படுகிறது.

ஒரு அழுத்தம் மாறா செயல்முறையில dP = 0.

கனஅளவு மாறா செயல்முறை: (Isochoric process)

ஒரு செயல்முறையில் அமைப்பானது ஆரம்ப நிலையிலிருந்து, இறுதிநிலைக்கு மாற்றமடையும்போது அதன் கனஅளவு மாறாமல் மாறிலியாக இருந்தால் அச்செயல்முறை கனஅளவு மாறா செயல்முறை என வரையறுக்கப்படுகிறது. பாம் கலோரிமீட்டரில் ஒரு எரிபொருள் எரிக்கப்படுதல் கனஅளவு மாறா செயல்முறைக்கு ஒரு எடுத்துகாட்டாகும்.

ஒரு கனஅளவு மாறா செயல்முறைக்கு d V = 0.

சுற்று செயல்முறை (Cyclic process);

ஒரு அமைப்பானது தொடர்ச்சியான பல்வேறு மாற்றங்களுக்கு உட்பட்ட பின்னர் அதன் உண்மையான ஆரம்ப நிலைக்கு மீளத் திரும்பும் போது ஒரு சுற்று நிறைவடைந்ததாக கருதப்படும். இச்செயல் முறையானது சுற்று செயல்முறை என அறியப்படுகிறது.

ஒரு சுற்று செயல்முறைக்கு dU = 0, dH = 0, dP = 0, dV = 0, dT = 0

அட்டவணை: 7.2 செயல்முறைகள் மற்றும் அவற்றிற்கான நிபந்தனைகள்- ஒரு பார்வை

நிலைச் சார்புகள் மற்றும் வழிச்சார்புகள். 

நிலைச்சார்புகள்

ஒரு வெப்ப இயக்கவியல் அமைப்பினை P, V, T, மற்றும் 'n' ஆகிய மாறிகளை பயன்படுத்தி வரையறுக்க முடியும். ஒரு நிலைச்சார்பு என்பது அமைப்பின் ஒரு வெப்ப இயக்கவியல் பண்பாகும். இது அமைப்பின் கொடுக்கப்பட்ட ஒரு நிலைக்கு ஒரு குறிப்பிட்ட மதிப்பினை கொண்டிருக்கும், மேலும் இக்குறிப்பிட்ட நிலையை அடைய பின்பற்றப்பட்ட வழியினை (path or manner) பொறுத்து அமைவதில்லை.

எடுத்துக்காட்டு:

அழுத்தம் (P), கனஅளவு (V), வெப்பநிலை (T), அகஆற்றல் (U), என்தால்பி (H), கட்டிலா ஆற்றல் (G) போன்றவை.

வழிச்சார்புகள்

வழிச்சார்பு என்பது ஒரு வெப்ப இயக்கவியல் பண்பாகும். அமைப்பானது ஆரம்ப நிலையிலிருந்து இறுதி நிலைக்கு மாற்றமடையும் வழியினைப் பொறுத்து இதன் மதிப்பு அமையும் 

எடுத்துக்காட்டு:

வேலை (w), வெப்பம் (q).

ஒரு செயல்முறையானது மீள் முறையிலேயோ அல்லது மீளாமுறையிலேயோ நிகழ்த்தப்படும் போது வேலையானது வெவ்வேறு மதிப்புகளை பெறுகிறது.

அகஆற்றல் (U)

அகஆற்றல் என்பது ஒரு அமைப்பின் குறிப்பிடத்தக்க பண்பாகும். இது U என்ற குறியீட்டால் குறிக்கப்படுகிறது. அமைப்பின் அக ஆற்றல் என்பது அமைப்பிலுள்ள அனைத்து உட்கூறுகளான அணுக்கள், அயனிகள், மற்றும் மூலக்கூறுகள் ஆகியவை பெற்றிருக்கக் கூடிய ஆற்றல்களின் மதிப்புகளுக்குச் சமம். ஒரு அமைப்பிலுள்ள மூலக்கூறுகளின் மொத்த ஆற்றல் என்பது அவைகளினுடைய இடப்பெயர்வு ஆற்றல் (Ut), அதிர்வு ஆற்றல் (Uv), சுழற்சி ஆற்றல் (Ur), பிணைப்பு ஆற்றல் (Ub), மின்னணு ஆற்றல் (Ue), மற்றும் மூலக்கூறு இடையீடுகளால் உண்டாகும் ஆற்றல் (Ui) ஆகியவற்றின் கூடுதலாகும்,

அதாவது

U = Ut + Uv + Ur + Ub + Ue + Ui

ஒரு அமைப்பிலுள்ள அனைத்து மூலக்கூறுகளின் மொத்த ஆற்றலானது அக ஆற்றல் என்றழைக்கப்படுகிறது. வெப்ப இயக்கவியலில் அமைப்பின் தனித்த ஆற்றல் மதிப்பினைவிட அதன் அக ஆற்றலில் ஏற்படும் மாற்றம் (ΔU) மட்டுமே முக்கியத்துவம் வாய்ந்ததாக கருதப்படுகிறது.

அக ஆற்றலின் முக்கியத்துவம்:

ஒரு பொருள் பெற்றிருக்கக் கூடிய அக ஆற்றலானது அதன் இயற் வடிவமைப்புகளை வேறுபடுத்தி அறிய உதவுகிறது. எடுத்துக்காட்டாக கார்பனின் புறவேற்றுமை வடிவங்களான கிராஃபைட் (Cகிராஃபைட்) மற்றும் வைரம் (Cவைரம்) ஆகியன ஒன்றுடன் ஒன்று வேறுபடுகின்றன, இவைகள் வெவ்வேறு அக ஆற்றல்களையும் மற்றும் வெவ்வேறு படிக அமைப்புகளையும் கொண்டுள்ளன.

அக ஆற்றலின் சிறப்பியல்புகள்:

● ஒரு அமைப்பின் அக ஆற்றலானது ஒரு பொருண்மை சார்பண்பாகும். ஒரு அமைப்பிலுள்ள பொருளின் அளவை பொறுத்து இது அமைகிறது. அமைப்பிலுள்ள பொருளின் அளவை இரு மடங்காக்கும் போது, அக ஆற்றலும் இரு மடங்காகிறது.

● ஒரு அமைப்பின் அக ஆற்றல் ஒரு நிலைச்சார்பு. இது அமைப்பின் நிலை மாறிகளை (T, P, V, மற்றும் n) மட்டுமே சார்ந்து அமைகிறது. அக ஆற்றல் மாற்றமானது, இறுதிநிலையை அடைய எந்த வழிமுறை பின்பற்றப்பட்டது என்பதை பொறுத்து அமையாது. 

● அமைப்பின் அக ஆற்றல் மாற்றமானது ΔU = Uf – Ui எனகுறிப்பிடப்படுகிறது. 

● சுற்று செயல்முறைகளில், அக ஆற்றலில் எவ்வித மாற்றமும் நிகழ்வதில்லை.

ΔU(சுற்று) = 0

● ஒரு அமைப்பின் இறுதிநிலை அக ஆற்றலானது அதன் ஆரம்பநிலைஅக ஆற்றலைவிட குறைவாக இருக்கும் நிலையில் ΔU ஆனது எதிர்குறி மதிப்பை பெறும்.

ΔU = Uf – Ui = -ve (Uf < Ui) 

● ஒரு அமைப்பின் இறுதிநிலை அக ஆற்றலானது (Uf). அதன் ஆரம்பநிலை(Ui) அக ஆற்றலை விட அதிகமாக இருக்கும் நிலையில் ΔU ஆனது நேர்குறி மதிப்பை பெறும்.

ΔU = Uf – Ui = +ve (Uf > Ui)

வெப்பம் (q)

வெப்பம் (q) ஆனது, ஒரு அமைப்பினை சூழலிலிருந்து பிரிக்கும் எல்லை வழியே கடத்தப்படும் ஆற்றல் என கருதப்படுகிறது. வெப்ப மாற்றமானது அமைப்பு மற்றும் சூழலுக்கிடையேயான வெப்பநிலை மாற்றத்திற்கு வழிவகுக்கிறது. வெப்பம் என்பது ஒரு வழிச்சார்பு ஆகும்.

வெப்பத்தின் அலகுகள்:

வெப்பத்தின் SI அலகு ஜூல் (J) வெப்ப அளவீடுகள் பொதுவாக கலோரிகளில் (cal) அளவிடப்படுகிறது. வெப்பநிலையானது 15°Cக்கு அருகாமையில் உள்ளபோது, ஒரு கிராம் நீரின் வெப்ப நிலையை 1°C உயர்த்துவதற்கு தேவைப்படும் வெப்பத்தின் அளவு ஒரு கலோரி என வரையறுக்கப்படுகிறது.

வெப்பத்தின் குறியீட்டு நடைமுறை:

வெப்பம் (q) எனும் குறியீட்டால் குறிக்கப்படுகிறது. சூழலிருந்து, அமைப்பினுள்ளே வெப்பம் பாய்ந்தால் அமைப்பின் ஆற்றல் அதிகரிக்கிறது. எனவே வெப்பம் நேர்குறியீடாக எடுத்துக் கொள்ளப்படுகிறது. (+q).

அமைப்பிலிருந்து வெளியே சூழலுக்கு வெப்பம் பாய்ந்தால் அமைப்பின் ஆற்றல் குறைகிறது, எனவே வெப்பம் எதிர்குறியீடாக எடுத்துக்கொள்ளப்படுகிறது (-q).

வேலை (w)

விசை (F), மற்றும் இடப் பெயர்ச்சியின் (x). பெருக்குத்தொகை வேலை என வரையறுக்கப்படுகிறது. -w = F . x ----- (7.1)

அமைப்பினால் தனது அக ஆற்றலின் ஒரு பகுதி பயன்படுத்தப்பட்டு, வேலை செய்யப்படுகிறது. என்பதைக் குறிப்பிடுவதற்காக இங்கு எதிர்குறி (-) அறிமுகப்படுத்தப்பட்டுள்ளது.

வேலையானது

(i) ஒரு வழிச்சார்பு ஆகும்.

(ii) அமைப்பின் எல்லையில் மட்டுமே வெளிப்படுகிறது.

(iii) அமைப்பின் நிலையில் மாற்றம் ஏற்படும்போது வெளிப்படுகிறது.

வெப்ப இயக்கவியலில் சூழலானது மிகப் பெரியது என்பதால், பேரளவு மாற்றங்கள் சூழலில் நிகழ்வதில்லை.

வேலையின் அலகுகள்:

வேலையின் SI அலகு ஜூல் (J), ஒரு நியுட்டன் விசையினால், ஒரு மீட்டர் இடப்பெயர்ச்சி நிகழ்த்தப்படும் போது, அவ்விசையினால் செய்யப்படும் வேலையின் அளவு ஒரு ஜூல் என வரையறுக்கப்படுகிறது. (J = Nm). வேலையின் அளவு அதிகமாக இருப்பின் கிலோ ஜுல் (kJ) அலகு பயன்படுத்தப்படுகிறது. (1 kJ = 1000 J).

வேலையின் குறியீட்டு நடைமுறை:

வேலை (w) எனும் குறியீட்டால் குறிக்கப்படுகிறது. அமைப்பினால் ஒரு வேலை செய்யப்படும் போது, அமைப்பின் ஆற்றல் குறைகிறது. எனவே நடைமுறையில் வேலையானது எதிர்க்குறியீடாக எடுத்துக் கொள்ளப்படுகிறது (-w).

அமைப்பின் மீது ஒரு வேலை செய்யப்படும்போது, அமைப்பின் ஆற்றல் அதிகரிக்கிறது, எனவே நடைமுறையில் வேலை நேர்க்குறியீடாக எடுத்துக் கொள்ளப்படுகிறது (+w),

அழுத்தம் - கன அளவு வேலை (P - V வேலை)

அடிப்படை வெப்ப இயக்கவியலில், ஒரு வாயு விரிவடைதலில் (சுருக்கப்படுதலில்) செய்யப்படும் ஒரு வகையான வேலை மட்டுமே பொதுவாக கருத்திற் கொள்ளப்படுகிறது. இவ்வகை வேலையானது அழுத்தம் - கன அளவு வேலை (அ) P - V வேலை (அ) விரிவடைதல் வேலை என அழைக்கப்படுகிறது.

விரிவடைதல் மற்றும் சுருங்குதல் செயல்முறைகளோடு தொடர்புடைய வேலைகள்:

பெரும்பாலான வெப்ப இயக்கவியல் கணக்கீடுகளில் வாயுக்களின் விரிவடைதல், சுருங்குதலோடு தொடர்புடைய வேலையினை நாம் மதிப்பிடுகிறோம். ஒரு அமைப்பில் விரிவடைதல் அல்லது சுருங்குதல் நிகழ, உள் அழுத்தம் (Pint) மற்றும் வெளி அழுத்தம் (Pext) ஆகியவற்றிற்கிடையே கண்டிப்பாக வேறுபாடு இருக்க வேண்டும் என்பது தேவையான முக்கிய நிபந்தனை ஆகும்.

அழுத்தம் - கனஅளவு வேலையை (P - V வேலை) புரிந்துகொள்வதற்காக, ஒரு மோல் நல்லியல்பு வாயுவைக் கொண்டுள்ள A என்ற குறுக்கு வெட்டுப் பரப்புடைய உராய்வற்ற அழுத்தியுடன் (piston) கூடிய கொள்கலனை நாம் கருதுவோம். அமைப்பினுள் உள்ள வாயுவின் தொடக்க கனஅளவு (Vi) மற்றும் அமைப்பினுள் உள்ள வாயுவின் அழுத்தம் (Pint)

வெளி அழுத்தம் (Pext) ஆனது உள் அழுத்தத்தை (Pint), விட அதிகமாக இருக்கும்போது, அழுத்தியானது உள்நோக்கி நகர்கிறது. (Pint) உள்ளழுத்தமானது Pext க்கு சமமாகும் வரையில் நடைபெறும் இந்நிகழ்வு ஒரேபடியில் நிகழ்வதாக கொள்க, மேலும் இறுதி கனஅளவு Vf என்க.

இந்நேர்வில் அமைப்பின் மீது வேலை செய்யப்படுகிறது (+w), இதனை பின்வருமாறு கணக்கிடலாம்.

w = -F. Δx ---------- (7.2)

Δx என்பது சுருங்குதலின் போது அழுத்தியானது நகர்ந்த தூரம், மற்றும், F என்பது வாயுவின் மீது செயல்படும் விசை.

படம் 7.3 சுருங்குதல் செயல்முறையோடு தொடர்புடைய வேலை

F = Pext A  ----------- (7.3)

சமன்பாடு 7.3ஐ 7.2ல் பிரதியிட

w = - Pext• A• Δx

A. Δx என்பது கனஅளவில் ஏற்படும் மாற்றம்

= Vf – V1

w  = - Pext• (Vf – V1) ------ (7.4)

w  = - Pext• (-ΔV) ---------- (7.5)

w  = Pext• ΔV 

அமைப்பின் மீது வேலை செய்யப்படுவதால், w நேர்க்குறி மதிப்பினைப் பெறுகிறது. அழுத்தமானது (Pext) மாறிலியாக இருப்பதில்லை. ஆனால், செயல்முறையின் போது, எப்பொழுதும் வாயுவின் அழுத்தத்தை காட்டிலும் மிகநுண்ணிய அளவில் அதிகமாக இருக்கும் வகையில் மாற்றமடைகிறது. இந்த சுருங்குதலின் ஒவ்வொரு நிலையிலும், கன அளவானது dV என்ற மிகநுண்ணிய அளவில் குறைகிறது. இத்தகைய நேர்வுகளில் வாயுவின் மீது செய்யப்பட்ட வேலையை பின்வரும் தொடர்பின் மூலம் நாம் கணக்கிட முடியும்.

ஒரு சுருங்குதல் செயல்முறையில் வெளி அழுத்தம் Pext ஆனது அமைப்பின் அழுத்தத்தை காட்டிலும் எப்பொழுதும் அதிகமாக இருக்கும்.

அதாவது Pext = (Pint + dP).

ஒரு விரிவடைதல் செயல்முறையில் வெளிஅழுத்தம் Pext ஆனது அமைப்பின் அழுத்தத்தை விட எப்பொழுதும் குறைவு.

அதாவது Pext = (Pint - dP).

படம் 7.4 P - V வரைபடம்

கனஅளவு Vi லிருந்து Vf க்கு சுருங்கும் போது, அழுத்தம் மாறிலியாக இல்லாமல் இருப்பதுடன், மாற்றங்கள் மிக நுண்ணியபடிகளில் (மீள்நிபந்தனைகளில்), இருக்குமாயின் P - V வரைபடமானது படம் 7.4ல் காட்டப்பட்டுள்ள வரைபடத்திற்கு ஒத்துள்ளது. இந்நிகழ்வில் வாயுவின் மீது செய்யப்பட்ட வேலையானது நிழலிடப்பட்ட பரப்பினால் குறிக்கப்படுகிறது.

ஒரு பொதுவான நேர்வில், மீள் செயல்முறைகளுக்கு நாம் பின்வருமாறு எழுத முடியும்.

Pext = (Pint ± dP). 

மீள்நிபந்தனைகளில், ஒரு விரிவடைதல் செயல்முறை வேலையானது அமைப்பின் உள் அழுத்தத்துடன் பின்வரும் சமன்பாட்டின் மூலம் தொடர்பு படுத்த முடியும்.

ஒரு நல்லியல்பு வாயுவைக் கொண்டுள்ள, கொடுக்கப்பட்டுள்ள அமைப்பிற்கு

Pint V = nRT

Pint = nRT / V

Vf > Vi (விரிவடைதல்) எனில் செயல்முறையால் செய்யப்பட்ட வேலையானது எதிர்குறி மதிப்புடையது.

Vf  < Vi (சுருங்குதல்) எனில் செயல்முறையால் செய்யப்பட்ட வேலையானது நேர்குறி மதிப்புடையது.

அட்டவணை: 7.3 நடைமுறைக் குறியீடுகளின் சுருக்கமான அட்டவணை

1. அமைப்பினால் வெப்பமானது உறிஞ்சப்படும்போது : +q

2. அமைப்பிலிருந்து வெப்பமானது  வெளியேறும்போது : -q

3. அமைப்பினால் வேலை செய்யப்படும்போது : -w

4. அமைப்பின் மீது வேலை செய்யப்படும்போது : +w