Zeroth Law of Thermodynamics MCQ Quiz in हिन्दी - Objective Question with Answer for Zeroth Law of Thermodynamics - मुफ्त [PDF] डाउनलोड करें

व्याख्या:

ऊष्मागतिकी का शून्यवाँ नियम

• ऊष्मागतिकी का शून्यवाँ नियम कहता है कि यदि दो ऊष्मागतिकी तंत्र प्रत्येक एक तीसरे तंत्र के साथ तापीय साम्यावस्था में हैं, तो वे एक-दूसरे के साथ तापीय साम्यावस्था में हैं। यह नियम तापमान की अवधारणा का एक मौलिक आधार प्रदान करता है।

कार्य सिद्धांत: शून्यवाँ नियम अनिवार्य रूप से यह निहित करता है कि तापमान पदार्थ का एक मौलिक और मापनीय गुण है। यदि तंत्र A तंत्र C के साथ तापीय साम्यावस्था में है, और तंत्र B भी तंत्र C के साथ तापीय साम्यावस्था में है, तो तंत्र A और तंत्र B एक-दूसरे के साथ तापीय साम्यावस्था में होने चाहिए। यह तार्किक तर्क तापमान को एक संक्रमणकालीन गुण के रूप में स्थापित करने की अनुमति देता है।

तापमान मापन में महत्व: शून्यवाँ नियम महत्वपूर्ण है क्योंकि यह तापमान पैमाने के निर्माण और थर्मामीटर के उपयोग की अनुमति देता है। यह हमें विभिन्न तंत्रों के तापमानों की तुलना करने और यह सुनिश्चित करने में सक्षम बनाता है कि थर्मामीटर सुसंगत और विश्वसनीय तापमान रीडिंग प्रदान कर सकते हैं।

अनुप्रयोग: शून्यवाँ नियम के सिद्धांत विभिन्न क्षेत्रों में लागू होते हैं, जिनमें शामिल हैं:

• थर्मोमेट्री: थर्मामीटर का विकास और अंशांकन शून्यवाँ नियम पर निर्भर करता है, जो सटीक तापमान माप सुनिश्चित करता है।
• इंजीनियरिंग: तापन, कूलिंग और रासायनिक अभिक्रियाओं जैसी प्रक्रियाओं में तापमान नियंत्रण और निगरानी शून्यवाँ नियम पर आधारित है।
• वैज्ञानिक अनुसंधान: सामग्री और प्रणालियों के तापीय गुणों से जुड़े प्रयोगों और अध्ययनों में सटीक तापमान माप आवश्यक है।

वर्णन:

ऊष्मागतिक का शून्यवाँ नियम बताता है कि यदि दो ऊष्मागतिक प्रणाली तीसरी प्रणाली के साथ तापीय समतुल्यता में होते हैं, तो वे एक-दूसरे के साथ तापीय समतुल्यता में होते हैं। 

थर्मामीटर ऊष्मागतिक के शून्यवाँ नियम के सिद्धांत पर कार्य करता है। 

थर्मामीटर तापमितीय गुण के मापन द्वारा तापमान को ज्ञात करने के सिद्धांत पर आधारित है। 

याद रखने योग्य तथ्य

• ऊष्मागतिक का पहला नियम बताता है कि ऊर्जा को एक पृथक प्रणाली में ना तो निर्मित और ना ही नष्ट किया जा सकता है। पहला नियम आंतरिक ऊर्जा को मापता है। 
• ऊष्मागतिक का दूसरा नियम बताता है कि एक पृथक प्रणाली की एंट्रॉपी सदैव बढ़ती है। दूसरा नियम एंट्रॉपी को मापता है। 
• ऊष्मागतिक के तीसरे नियम के अनुसार जब एक पूर्ण क्रिस्टल का तापमान विशिष्ट 0 (0 K) के बराबर होता है, तो क्रिस्टल की एंट्रॉपी 0 होती है। 

Important Points

किरचॉफ का नियम:

यह बताता है कि किसी निकाय के सतह की उत्सर्जकता (ϵ) इसके अवशोषकता (α) के बराबर तब होती है जब निकाय इसके वायुमंडल के साथ तापीय साम्य में होता है। 

ϵ = α.

अवधारणा:

• उष्मागतिकी के शून्यवें नियम के अनुसार यदि दो ऊष्मागतिकी प्रणालियाँ एक तीसरी प्रणाली के साथ तापीय साम्य में है, तो वे एक दूसरे के साथ तापीय साम्य में होती हैं।

यह नियम तापमान मापन का आधार है।

Additional Information

• उष्मागतिकी के पहले नियम के अनुसार ऊर्जा को एक पृथक प्रणाली में बनाया या नष्ट नहीं किया जा सकता है; ऊर्जा केवल एक रूप से दूसरे रूप में स्थानांतरित या परिवर्तित की जा सकती है।

उष्मागतिकी का पहला नियम ऊर्जा के संरक्षण के नियम का एक पुन: कथन है

अर्थात, उष्मागतिकी के पहले नियम के अनुसार:

ΔQ = ΔW + ΔU

• उष्मागतिकी का पहला नियम हमें ऊर्जा के संरक्षण के सिद्धांत को समझने में मदद करता है, इसलिए उष्मागतिकी दूसरे नियम के अनुसार प्राकृतिक प्रणाली के लिए ऊष्मा हमेशा एक दिशा में बहती है (उच्च तापमान निकाय से कम तापमान निकाय की ओर) जब तक कि यह बाहरी कारक द्वारा सहायता नही की जाती है।

अवधारणा:

उष्मागतिकी के शून्यवें नियम के अनुसार यदि दो ऊष्मागतिकी प्रणालियाँ एक तीसरी प्रणाली के साथ तापीय साम्य में है, तो वे एक दूसरे के साथ तापीय साम्य में होती हैं।

यह नियम तापमान मापन का आधार है।

तापमापी(थर्मामीटर) उष्मागतिकी के शुन्यवे सिद्धांत पर काम करता है।

उष्मागतिकी के शुन्यवे सिद्धांत के अनुसार, यदि दो वस्तु, किसी तीसरी वस्तु के साथ तापीय संतुलन में होते हैं तो दोनों वस्तुएँ एक दूसरे के साथ भी तापीय संतुलन में होती हैं।

तापमापी(थर्मामीटर) तापमितीय विशेषता को मापकर तापमान खोजने के सिद्धांत पर आधारित होते हैं।

वर्णन:

सेल्सियस स्केल 

• इस स्केल में LFP (हिमांक) को 0° लिया गया है और UFP (भाप बिंदु) को 100° लिया गया है। 
• इस स्केल पर मापे गए तापमान सभी डिग्री सेल्सियस (° C) में हैं। 

फारेनहाइट स्केल

• तापमान के इस स्केल में LFP, 32° F के रूप में और UFP, 212° F के रूप में है। 
• 1° F के तापमान में परिवर्तन सेल्सियस स्केल पर 1° से कम के परिवर्तन से संबंधित है। 

केल्विन स्केल

• केल्विन तापमान स्केल को ऊष्मागतिक स्केल के रूप में भी जाना जाता है। पानी के त्रिक बिंदु का भी चयन तापमान के स्केल के शून्य होने के लिए किया जाता है। 
• इस स्केल पर मापा गया तापमान केल्विन (K) में है। 

रैंकिन स्केल

• तापमान के इस स्केल में LPF, 492° R के रूप में और UFP, 672° R के रूप में है। 
• इस स्केल का अंतराल फारेनहाइट के अनुसार है। 
• इस स्केल पर मापित तापमान रैंकिन (R) में हैं। 

ये सभी तापमान निम्नलिखित संबंध द्वारा एक-दूसरे से संबंधित हैं

\(\frac C{100}= \frac {F-32}{180}=\frac {R-492}{180}= \frac {K -273}{100}\)

Additional Information

सेल्सियस और फारेनहाइट स्केल के बीच संबंध निम्न है -

\(\frac{F-32}{9}=\frac{C}{5}\)

\(\Rightarrow C=\frac{5}{9}\left( F-32 \right)\)

व्याख्या:

शून्यवाँ नियम के अनुसार, यदि निकाय A, निकाय C के साथ तापीय साम्यावस्था में है, और निकाय B, निकाय C के साथ तापीय साम्यावस्था में है, तो निकाय A, निकाय B के साथ तापीय साम्यावस्था में होगा।

अब, दो निकायों को (पारस्परिक) तापीय साम्यावस्था में कहा जाता है यदि, जब उन्हें तापीय संपर्क में रखा जाता है (मूल रूप से, संपर्क जो उनके बीच ऊर्जा के आदान-प्रदान की अनुमति देता है), तो उनके अवस्था चर नहीं बदलते हैं।

तापमान: यह निकाय की उग्रता और शीतलता की डिग्री का माप है। तापमान की SI इकाई केल्विन (K) है।

तापमान के प्रमुख पैमाने हैं:

• सेल्सियस पैमाना: इसे सेंटीग्रेड पैमाने के रूप में भी जाना जाता है, और सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला पैमाना। इसे 1 वायुमंडलीय दबाव पर 0° C से 100° C  तक हिमांक और क्वथनांक को निर्दिष्ट करने के रूप मे परिभाषित किया गया है।
• फ़ारेनहाइट पैमाना: तापमान का पैमाना जो पानी के हिमांक बिंदु के लिए 32° और पानी के क्वथनांक के लिए 212° पर आधारित है और दो परास के बीच के अंतराल को 180 बराबर भागों में विभाजित किया गया हो, उसे डिग्री फ़ारेनहाइट पैमाना कहा जाता है।
• केल्विन पैमाना: यह तापमान की आधार इकाई है, जिसे K द्वारा निरूपित किया गया है। केल्विन पैमाने पर कोई ऋणात्मक संख्या नहीं है, क्योंकि सबसे कम मान 0 K है।

सेल्सियस और केल्विन के बीच संबंध है:

°C + 273.15 = K

डिग्री फ़ारेनहाइट और डिग्री सेल्सियस के बीच का संबंध निम्नानुसार है:

\(\frac{{^\circ F - 32}}{9} = \frac{{^\circ C}}{5}\)

केल्विन पैमाना एक निरपेक्ष पैमाना है और इसे निरपेक्ष ऊष्मागतिकीय पैमाना भी कहा जाता है।

1954 से पहले तापमान के पैमाने दो संदर्भ बिंदुओं पर आधारित थे। उदाहरण के लिए डिग्री सेल्सियस और फारेनहाइट पैमाना।

1954 के बाद से पैमाना और तापमान माप एक ही संदर्भ बिंदु पर आधारित रहा है। यानी पानी के त्रियक बिंदु को एकल संदर्भ बिंदु के तौर पर इस्तेमाल किया जाता है।

अंतरराष्ट्रीय स्तर पर स्वीकृत परिपाटी के अनुसार पानी के त्रिक बिंदु का \(1K = ({1\over273.16})\) वाँ है।

संकल्पना:

तापमान हमेशा तापमितीय गुण का एक रैखिक फलन होता है

T = ax + b

जहां x तापमितीय गुण है।

गणना :

दिया हुआ:

T = ax + b, यहाँ स्तंभ की लंबाई तापमितीय गुण है।

पिघलते बर्फ पर तापमान T = 0°C, x = 10 mm।

0 = 10a + b                           (i)

भाप पर T = 100°C, x = 250 mm।

100 = 250a + b                    (ii)

(i) और (ii) से

\(a = \frac{{100}}{{240}} = \frac{{10}}{{24}}\)

\(b = - 10a = \frac{{ - 100}}{{24}}\)

अब, नल के पानी के लिए, x = 58 m पर

\({\rm{T}} = 58{\rm{a}} + {\rm{b}} = \frac{{58 \times 10}}{{24}} - \frac{{100}}{{24}}\)

संकल्पना:

ऊष्मागतिक का शून्यक नियम:

• ऊष्मागतिक का शून्यक नियम बताता है कि यदि दो निकायों में से प्रत्येक निकाय तीसरे निकाय के साथ तापीय समतुल्यता में होता है, तो वे एक-दूसरे के साथ तापीय समतुल्यता में होते हैं।
• प्रणाली को तापीय समतुल्यता में तब कहा जाता है यदि यहाँ कोई ऊष्मा स्थानांतरण नहीं होता है, भले ही यदि वे अन्य कारकों के आधार पर ऊष्मा स्थानांतरण की स्थिति में होते हैं।

वर्णन:

विकल्प 1 

25°C पर पानी का 50 cc, 25°C पर पानी के 150 cc के सतह मिश्रित होता है। 

विभिन्न मात्राओं के साथ पानी (50 cc और 150 cc) तापीय समतुल्यता (25°C पर) में हैं, इसलिए ऊष्मागतिक का शून्यक नियम लागू होगा। 

विकल्प 2 

15°C पर दूध का 500 cc, 15°C पर पानी के 100 cc के साथ मिश्रित होता है।

15°C पर दूध और पानी तापीय समतुल्यता पर हैं। इसलिए ऊष्मागतिक का शून्यक नियम लागू होगा।

विकल्प 3 

100°C पर नम भाप की 5 kg, 100°C पर शुष्क और संतृप्त भाप के 50 kg के साथ मिश्रित होता है।  

नम भाप तथा शुष्क और संतृप्त भाप 100°C पर हैं। वे शुद्ध पदार्थ के रूप में हैं और अभिक्रिया में कोई भागीदारी नहीं निभाते हैं। इसलिए वे तापीय समतुल्यता में हैं। 

विकल्प 4 

20°C पर पानी का 10 cc, 20°C पर सल्फ़्यूरिक अम्ल के 10 cc के साथ मिश्रित होता है। 

यहाँ मिश्रण के घटकों के बीच कोई तापीय समतुल्यता नहीं है, क्योंकि यहाँ स्वतः आयनिक अभिक्रिया होगी जो प्रकृति में उच्चतम ऊष्माक्षेपी होते हैं। 

वर्णन:

थर्मोकपल:

• थर्मोकपल तापमान को मापने के लिए प्रयोग किया जाने वाला एक संवेदक है। 
• इसमें एक जंक्शन का निर्माण करने वाले दो असमान विद्युतीय चालक शामिल होते हैं। 
• निक्रोम में 80% Ni और 20% Cr शामिल होता है। इसका प्रयोग अधिकांश थर्मोकपल और विकृति गेज में किया जाता है। 
• थर्मोकपल, ताप-वैद्युत प्रभाव के परिणामस्वरूप तापमान-आश्रित वोल्टेज उत्पादित करता है और इस वोल्टेज को तापमान को मापने के लिए अनुवादित किया जा सकता है। 
• थर्मोकपल का चयन विशेष रूप से उनके निम्न लागत, उच्च-तापमान सीमा, व्यापक तापमान सीमा और स्थायी प्रकृति के कारण किया जाता है। 
• थर्मोकपल कम समय में तीव्र प्रतिक्रिया प्रदान करता है। 
• थर्मोकपल निम्न-तापमान सीमा में RTD की तुलना में निम्न सटीक होता है। 
• RTD के साथ तुलना करने पर थर्मोकपल का स्थायित्व अधिक होता है। 
• थर्मोकपल के तापमान की विशिष्ट सीमा -1800C से 23200C है। 

संकल्पना:

तापमान सदैव तापमितीय गुण का रैखिक फलन होता है अर्थात्

T = ax + b

जहाँ x तापमितीय गुण है। 

गणना:

दिया गया है:

t = ap + b, यहाँ p तापमितीय गुण है। 

हिमांक पर t = 0 °C, p = 2 बार

0 = 2a + b     ....(1)

भाप बिंदु पर t = 100 °C, p = 4 बार 

100 = 4a + b   ....(2)

(1) और (2) को हल करने पर

a = 50 और b = -100

∴ t = 50p -100

p = 3.5 बार पर

t = 50p -100

t = (50 × 3.5) - 100 = 75 °C

वर्णन:

ऊष्मागतिक का शून्यवाँ नियम बताता है कि यदि दो ऊष्मागतिक प्रणाली तीसरी प्रणाली के साथ तापीय समतुल्यता में होते हैं, तो वे एक-दूसरे के साथ तापीय समतुल्यता में होते हैं। 

थर्मामीटर ऊष्मागतिक के शून्यवाँ नियम के सिद्धांत पर कार्य करता है। 

थर्मामीटर तापमितीय गुण के मापन द्वारा तापमान को ज्ञात करने के सिद्धांत पर आधारित है। 

याद रखने योग्य तथ्य

• ऊष्मागतिक का पहला नियम बताता है कि ऊर्जा को एक पृथक प्रणाली में ना तो निर्मित और ना ही नष्ट किया जा सकता है। पहला नियम आंतरिक ऊर्जा को मापता है। 
• ऊष्मागतिक का दूसरा नियम बताता है कि एक पृथक प्रणाली की एंट्रॉपी सदैव बढ़ती है। दूसरा नियम एंट्रॉपी को मापता है। 
• ऊष्मागतिक के तीसरे नियम के अनुसार जब एक पूर्ण क्रिस्टल का तापमान विशिष्ट 0 (0 K) के बराबर होता है, तो क्रिस्टल की एंट्रॉपी 0 होती है। 

Important Points

किरचॉफ का नियम:

यह बताता है कि किसी निकाय के सतह की उत्सर्जकता (ϵ) इसके अवशोषकता (α) के बराबर तब होती है जब निकाय इसके वायुमंडल के साथ तापीय साम्य में होता है। 

ϵ = α.

अवधारणा:

उष्मागतिकी का शून्यवाँ नियम:

• उष्मागतिकी के शून्यवें नियम के अनुसार यदि दो ऊष्मागतिकी प्रणालियाँ एक तीसरी प्रणाली के साथ तापीय साम्यावस्था में है, तो वे एक दूसरे के साथ तापीय साम्यावस्था में होती हैं।
• यह नियम तापमान मापन का आधार है।

उष्मागतिकी का पहला नियम​:

• उष्मागतिकी के पहले नियम के अनुसार ऊर्जा को एक पृथक प्रणाली में बनाया या नष्ट नहीं किया जा सकता है; ऊर्जा केवल एक रूप से दूसरे रूप में स्थानांतरित या परिवर्तित की जा सकती है।

उष्मागतिकी का पहला नियम ऊर्जा के संरक्षण के नियम का एक पुन: कथन है

अर्थात, उष्मागतिकी के पहले नियम के अनुसार:

ΔQ = ΔW + ΔU

• उष्मागतिकी का पहला नियम हमें ऊर्जा के संरक्षण के सिद्धांत को समझने में मदद करता है, इसलिए उष्मागतिकी दूसरे नियम के अनुसार प्राकृतिक प्रणाली के लिए ऊष्मा हमेशा एक दिशा में बहती है (उच्च तापमान निकाय से कम तापमान निकाय की ओर) जब तक कि यह बाहरी कारक द्वारा सहायता नही की जाती है।

ऊष्मागतिकी का दूसरा नियम: 

एक पृथक प्रणाली की एन्ट्रापी जो संतुलन में नहीं है, समय के साथ-साथ बढ़ेगी,संतुलन में अधिकतम मान तक जाएगी ।

• दूसरे शब्दों में- ऊष्मागतिकी के दूसरे नियम के अनुसार कहता है कि एक पृथक प्रणाली की कुल एन्ट्रोपी हमेशा समय के साथ बढ़ती है, या आदर्श मामलों में स्थिर रहती है जहां प्रणाली अपरिवर्ती अवस्था में हो अथवा एक उत्क्रमणीय प्रक्रम से गुजर रही हो। यह प्राकृतिक प्रक्रम की अनुत्क्रमणीयता के लिए एन्ट्रापी के मान में वृद्धि करता है।​
• एन्ट्रॉपी विक्षोभ का एक मापन है, यदि धनात्मक चिह्न के साथ एन्ट्रापी अधिक है, तो अभिक्रिया के स्वेच्छ्या से होने की संभावना अधिक होगी। एन्ट्रॉपी की SI इकाई प्रति केल्विन जूल (J/K) है।
• दूसरा नियम एन्ट्रापी शब्द की परिभाषा देता है।

ΔS = ΔQ/T

जहां Δ S एन्ट्रापी परिवर्तन है, Δ Q ऊर्जा मे परिवर्तन है और T तापमान है

ऊष्मागतिकी का तीसरा नियम:

• जैसे-जैसे तापमान निरपेक्ष शून्य तक पहुंचता है, प्रणाली/ क्रिस्टल की एन्ट्रापी एक स्थिर न्यूनतम तक पहुंच जाती है।

 0 K पर ΔST = 0

जहां ΔS = एन्ट्रापी में परिवर्तन

Shortcut Trick

यह ऊष्मागतिकी के तीनों नियमों के लिए निर्णायक बिंदु है।

• शून्यवां नियम - तापमान की अवधारणा
• पहला नियम - आंतरिक ऊर्जा / ऊर्जा संरक्षण की अवधारणा
• दूसरा नियम - एन्ट्रापी / ऊष्मा के प्रवाह की अवधारणा