வெப்பப்பரிமாற்றமில்லா நிகழ்வு

வெப்பப்பரிமாற்றமில்லா நிகழ்வு (Adiabatic Process)

இந்நிகழ்வில் எவ்விதமான வெப்பமும் அமைப்பிற்கு உள்ளேயோ அல்லது அமைப்பிலிருந்து வெளியேவோ செல்லாது (Q=O). ஆனால் வாயு தன்னுடைய அக ஆற்றலைப் பயன்படுத்தி விரிவடையும் அல்லது வெளிப்புற வேலையினால் வாயு அமுக்கமடையும். எனவே வெப்பப்பரிமாற்றமில்லா நிகழ்வில் அமைப்பின் அழுத்தம், பருமன் மற்றும் வெப்பநிலை இவற்றில் மாற்றம் ஏற்படலாம். 

ஒரு வெப்பப்பரிமாற்றமில்லா நிகழ்விற்கு வெப்ப இயக்கவியலின் முதல் விதி ∆U = -W என எழுதலாம். இதிலிருந்து நாம் அறிந்துகொள்வது என்னவென்றால் வாயு அதன் அக ஆற்றலைப் பயன்படுத்தி வேலை செய்யும் அல்லது வாயுவின்மீது வேலை செய்யப்பட்டு அதன் அக ஆற்றல் அதிகரிக்கும். 

வெப்பப்பரிமாற்றமில்லா நிகழ்வினை பின்வரும் முறைகளைப் பயன்படுத்தி நிகழ்த்த இயலும். 

i. அமைப்பு வெப்ப ஆற்றலை சூழலுக்குக் கடத்தாதவாறும் அல்லது சூழலிலிருந்து எவ்விதமான வெப்ப ஆற்றலும் அமைப்பிற்குள் செல்லாதவாறும் அமைப்பினை வெப்பக்காப்பு (Thermally insulating) செய்ய வேண்டும்.

எடுத்துக்காட்டாக, வெப்பக்காப்பு செய்யப்பட்ட உருளையில் உள்ள வாயு வெப்பப்பரிமாற்றமில்லா முறையில் அமுக்கப்படுகிறது அல்லது வெப்பப்பரிமாற்றமில்லா முறையில் விரிவடைகிறது. இது படம் 8.28 இல் காட்டப்பட்டுள்ளன.

ii. எவ்வித வெப்பக்காப்பும் அற்ற நிலையில் சூழலுக்கு வெப்பத்தைக் கடத்த இயலாதவாறு மிகக்குறுகிய நேரத்தில் மிக வேகமாக நிகழ்வு ஏற்பட்டால் அதுவும் ஒரு வெப்பபரிமாற்றமில்லா நிகழ்வு. 

படங்கள் 8.29 (a) மற்றும் (b) இவற்றை விளக்குகின்றன. 

எடுத்துக்காட்டுகள்

வெப்பப்பரிமாற்றமில்லா நிகழ்விற்கான நிலைச் சமன்பாடு

இங்கு γ என்பது வெப்பப் பரிமாற்றமில்லா அடுக்குக்குறி ஆகும் (γ = Cp/Cv). இது வாயுவின் இயல்பைப் பொருத்ததாகும். 

சமன்பாடு (8.35) இல் இருந்து நாம் அறிவது என்னவென்றால், வாயு ஒரு சமநிலை நிலையிலிருந்து (Pi,Vi) மற்றொரு சமநிலை நிலைக்கு (Pf ,Vf) வெப்பப்பரிமாற்றமில்லா முறையில் செல்லும் போது அவ்வாயு பின்வரும் நிபந்தனைக்கு உட்படும்.

வெப்பப் பரிமாற்றமில்லா விரிவு மற்றும் அமுக்க நிகழ்விற்கான PV வரைபடத்தையும் வெப்பப் பரிமாற்றமில்லா வளைகோடு (adiabat) என்றே அழைக்கலாம். இது படம் 8.30 இல் காட்டப்பட்டுள்ளது. படம் (8.25) இல் காட்டப்பட்டுள்ள வெப்பநிலை மாறா நிகழ்விற்கான PV வரைபடம் மற்றும் படம் (8.30) இல் காட்டப்பட்டுள்ள வெப்பப் பரிமாற்றமில்லா நிகழ்விற்கான PV வரைபடமும் கிட்டத்தட்ட ஒரே மாதிரியாக உள்ளன. ஆனால் வெப்பப்பரிமாற்றமில்லா நிகழ்விற்கான வளைகோடு, வெப்பநிலை மாறா நிகழ்விற்கான வளைகோட்டைவிட சற்றே செங்குத்தாக காணப்படும்.

T மற்றும் V ஐப் பொருத்து சமன்பாடு (8.35) ஐ நாம் சற்றே மாற்றியமைக்கலாம். நல்லியல்பு வாயுச் சமன்பாட்டிலிருந்து அழுத்தம் P = μRT/V 

இதனை சமன்பாடு (8.35) இல் பிரதியிட, நமக்கு

இங்கு µR என்பதும் ஒரு மாறிலி. எனவே இதனைப் பின்வருமாறு எழுதலாம்.

வாயு ஒன்று தொடக்கச் சம நிலையிலிருந்து (Ti, Vi) இறுதி சம நிலைக்கு (Tf, Vf) வெப்பப்பரிமாற்றமில்லா முறையில் செல்லும் போது அது பின்வரும் சமன்பாட்டை நிறைவு செய்யும்.

என்பதை சமன்பாடு (8.38) நமக்கு உணர்த்துகிறது

வெப்பப் பரிமாற்றமில்லா நிகழ்விற்கான நிலைச் சமன்பாட்டை T மற்றும் P யினைப் பொருத்தும் எழுதலாம்

(சமன்பாடு (8.39) ற்கான நிரூபணத்தை நீங்களே முயற்சிக்கலாம்.

எடுத்துக்காட்டு 8.18:

கைகளினால் அழுத்தப்படும் பம்பினைப் பயன்படுத்தி மிதிவண்டிச் சக்கரத்திற்கு காற்றடிப்பதை நாம் அனைவரும் அறிந்திருப்போம். பம்பின் உள்ளே உள்ள V பருமனுடைய காற்றை, வளிமண்டல அழுத்தத்திலுள்ள மற்றும் 27°C அறை வெப்பநிலையில் உள்ள வெப்ப இயக்கவியல் அமைப்பு என்று கருதுக. மிதிவண்டி சக்கரத்தில் காற்றைச் செலுத்தும் முனை மூடப்பட்டுள்ளது என்று கருதுக. காற்றானது அதன் தொடக்கப்பருமனிலிருந்து நான்கில் ஒரு பங்கு இறுதிப்பருமனுக்கு அழுத்தப்படுகிறது என்றால் அதன் இறுதி வெப்பநிலை என்ன? (சக்கரத்தின் காற்று செலுத்தும் முனை மூடப்பட்டுள்ளதால் காற்று சக்கரத்தினுள் செல்ல முடியாது. எனவே இங்கு காற்றடிக்கும் நிகழ்வினை வெப்பப்பரிமாற்றமில்லா அமுக்கமாகக் கருதலாம். காற்றுக்கு (γ = 1.4)

தீர்வு: 

காற்றடிக்கும் நிகழ்வு வெப்பப் பரிமாற்றமில்லா அமுக்கமாக கருதப்படுகிறது. பருமன் கொடுக்கப்பட்டுள்ளது. எனவே வெப்பநிலையைக் கணக்கிட வேண்டும். இங்கு சமன்பாடு (8.38) ஐப் பயன்படுத்த வேண்டும்.

T2 ≈ 522 K அல்லது 249°C 

இந்த இறுதி வெப்பநிலை நீரின் கொதிநிலையை விட அதிகம். எனவே மிதிவண்டியில் சக்கரத்திற்கு கைப்பம்பினைப் பயன்படுத்தி காற்றடிக்கும் போது காற்று நிரப்பும் முனையைத் தொடுவது ஆபத்தானதாகும்.

உங்களுக்குத் தெரியுமா? 

பிஸ்டனை மிக வேகமாக அழுத்தும் போது உருவாகும்  வெப்பத்தினைக் குறுகிய நேரத்தில் சூழலுக்குக் கடத்த இயலாது. எனவே வாயுவின் வெப்பநிலை விரைவாக உயரும். இது படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளது. இத்தத்துவம் டீசல் இயந்திரங்களில் பயன்படுத்தப்படுகிறது. காற்றுபெட்ரோல் கலவையை வெப்பப்பரிமாற்றமில்லா முறையில் மிக வேகமாக அமுக்கும்போது அக்கலவையின் வெப்பநிலை தீப்பற்றும் அளவுக்கு மிக வேகமாக உயரும்.

வெப்பப்பரிமாற்றமில்லா நிகழ்வில் செய்யப்பட்ட வேலை 

முழுமையாக வெப்பக்காப்புச் செய்யப்பட்ட சுவர், அடிப்பரப்பு கொண்ட உருளையினுள் உள்ள µ மோல் நல்லியல்பு வாயுவைக் கருதுக. A குறுக்கு வெட்டுப் பரப்பு கொண்ட உராய்வற்ற வெப்பக்காப்புப் பெற்ற பிஸ்டன் படம் (8.31)இல் காட்டியுள்ளவாறு உருளையில் பொருத்தப்பட்டுள்ளது.

வெப்பப் பரிமாற்றமில்லா முறையில் அமைப்பு (Pi,Vi,Ti) என்ற தொடக்க நிலையிலிருந்து (Pf,Vf,Tf) என்ற இறுதிநிலையை அடையும் போது செய்யப்பட்ட வேலை W என்க.

வெப்பப்பரிமாற்றமில்லா இந்நிகழ்வு ஒரு மீமெது நிகழ்வு எனக்கருதுக, ஒவ்வொரு நிலையிலும் நல்லியல்பு வாயு விதி இங்கு பொருந்தும். 

இந்நிபந்தனையின் அடிப்படையில், வெப்பப்பரிமாற்றமில்லா நிகழ்வின் நிலைச் மாறிலி சமன்பாடு PVγ = மாறிலி (அல்லது) P = மாறிலி/Vγ இதனை சமன்பாடு (8.40) இல் பிரதியிடும் போது

நல்லியல்பு வாயு விதியிலிருந்து,

PfVf = μRTf மற்றும் PiVi = μRTi

இதனைச் சமன்பாடு (8.41) இல் பிரதியிடும் போது

வெப்பப்பரிமாற்றமில்லா விரிவில், வாயுவால் செய்யப்பட்ட வேலை, Wadia ஒரு நேர்க்குறி மதிப்பாகும். இங்கு Ti>Tf, எனவே வெப்பப்பரிமாற்றமில்லா விரிவில் வாயு குளிர்ச்சியடையும். 

வெப்பப்பரிமாற்றமில்லா அமுக்கத்தில், வாயுவின் மீது வேலை செய்யப்படும் அதாவது Wadia. ஒரு எதிர்க்குறி மதிப்பாகும். இங்கு Ti>Tf எனவே வெப்பப் பரிமாற்றமில்லா அமுக்கத்தில் வாயுவின் வெப்பநிலை உயரும்.

வெப்பநிலை மாறா வளைகோடு மற்றும் வெப்பப்பரிமாற்றமில்லா வளைகோடு இவற்றிற்கிடையேயான  வேறுபாட்டை புரிந்து கொள்ளவே Ti மற்றும் Tf வெப்பநிலைகளுக்கான வெப்பப்பரிமாற்ற மற்ற வளைகோடும் படம் (8.32) வெப்பநிலை மாறா வளைகோட்டுடன், சேர்த்து இல் காட்டப்பட்டுள்ளன. 

வெப்பப்பரிமாற்றமில்லா நிகழ்விற்கான வளைகோடு வெப்பநிலை மாறா வளைகோட்டை விட செங்குத்தாக இருக்கும். ஏனெனில் எப்போதும் γ > 1 ஆகும். 

குறிப்பு

வெப்பப்பரிமாற்றமில்லா நிகழ்வு ஓர் மீமெது நிகழ்வாகக் கருதி சமன்பாடு (8.41) மற்றும் (8.42) ஆகிய இரண்டு சமன்பாடுகளை நாம் வருவித்தோம். இந்நிகழ்வு மீமெது  நிகழ்வாக  இல்லையென்றாலும் இவ்விரண்டு சமன்பாடுகளும்  பொருத்தமான சமன்பாடுகளேயாகும். ஏனெனில் நிலைமாறிகள்  P, V மற்றும் T ஆகியவை தொடக்க மற்றும் இறுதிநிலையை மட்டுமே சார்ந்தவை. அவை  இறுதிநிலையை அடைந்த வழிமுறையைச் சார்ந்தவை  .அவை இறுதிநிலையை  அடைந்த வழிமுறையைச்  சார்ந்ததல்ல. தொகையிடலுக்காக மட்டுமே நாம் மீமெது நிகழ்வு என்று கருதினோம்.

படம்   (8.32) இல் காட்டப்பட்டுள்ள  வெப்பப்பரிமாற்றமில்லா நிகழ்வில் PV வரைபடத்திற்கு கீழே உள்ள பரப்பு, இந்நிகழ்வில் செய்யப்பட்ட மொத்த வேலையைக் கொடுக்கும்.