තාප ගති විද්‍යාවේ දෙවන නියමය

පාවිච්චිය සඳහා ඇති ප්‍රයෝජනවත් කාර්යයන්

වැදගත් හා පරමාදර්ශී විශේෂ අවස්ථාවක් වනුයේ, කොටස් දෙකකින් සැදී ඇති ඒකලිත පද්ධිතයකට (සම්පූර්ණ පද්ධතිය හෝ විශ්වය ලෙස හඳුන්වන) දෙවන නියමයට යෙදීමට සලකා බැලීමයි. එම කොටස් 2 වන්නේ උප පද්ධිතය හා උප පද්ධතියේ වටපිටාවයි. මෙම වටපිටාවක් ඉතා විශාලයයි පරිකල්පනය කරන අතර ඒවා උෂ්ණත්වය T_R හා පීඩනය P_R හි වූ සීමා රහිත තාප සංචිත ලෙස සැලකිය හැක. එම නිසා උප පද්ධතියට (හෝ පද්ධතියෙන්) කෙතරම් තාපයක් හුවමාරු වුවත් වටපිටාවේ උෂ්ණත්වය T_R හිම පවතින අතර උප පද්ධතියේ පරිමාව කෙතරම් ප්‍රසාරණය වුවත් (හෝ සංකෝචනය) වටපිටාවේ පීඩනය P_R හිම පවතී.

වෙන් වෙන් වශයෙන් උප පද්ධතියේ හා එහි වටපිටාවේ එන්ට්‍රොපිවල dS හා dS_R වෙනස වන කුමක් සිදු වුවත් දෙවන නියමට අනුව ඒකලිත සම්පූර්ණ පද්ධතියේ එන්ට්‍රොපිය S_tot අඩු නොවිය යුතුය.

$d{S}_{\mathrm{t}\mathrm{o}\mathrm{t}}=dS+d{S}_R\ge 0$

තාප ගති විද්‍යාවේ පළමු නියමයට අනුකූලව උප පද්ධතියේ අභ්‍යන්තර ශක්තියේ dU වෙනස වන්නේ උප පද්ධතියම එකතු කළ δq තාපයේ එකතුවෙන්, උප පද්ධතිය මඟින් කළ ඕනෑම කාර්යයක δw අඩු කර උප පද්ධතියට ඇතුලු වන ඕනෑම ශුද්ධ රසායනික ශක්තියක් d ∑_μiRN_i එකතු කර ලැබෙන අගයයි. එම නිසා

$dU=\delta q-\delta w+d(\sum {\mu }_{iR}{N}_i)$

මෙහි μ_iR යනු බාහිර පරිසරයේ වූ රසායනික විශේෂවල රසායනික විභවයන්ය.

දැන් සංචිතයෙන් ඉවත්ව උප පද්ධතියට එකතු වන තාපය වන්නේ,

$\delta q=T_R(-d{S}_R)\le T_{R}dS$

මෙහිදී අප පළමුව පැරණි තාප ගති විද්‍යාවේ භාවිතා කළ එන්ට්‍රොපියේ අර්ථ දැක්වීම භාවිතා කර ඇති අතර (විකල්ප වශයෙන් සංඛ්‍යානමය තාප ගති විද්‍යාවේ උෂ්ණත්වයේ අර්ථ දැක්වීම) ඉන් පසු ඉහතින් දෙවන නියමයේ අසමානතාව භාවිතා කර ඇත.

එමඟින් කි‍යවෙන්නේ උප පද්ධතිය මඟින් සිදු කළ ඕනෑම ශුද්ධ කාර්යයක් δw පහත ප්‍රකාශනයට අනුකූල විය යුතු බවයි.

$\delta w\le -dU+T_{R}dS+\sum {\mu }_{iR}d{N}_i$

පද්ධතිය මඟින් සිදු කළ කාර්යය δw පද්ධතිය මඟින් සිදු කළ හැකි ප්‍රයෝජනවත් කාර්යය δw හා උප පද්ධතිය වට වී ඇති බාහිර පීඩනයට එරෙහිව ප්‍රසාරණය නිසා නිකම්ම කෙරෙන වැඩි හා විවෘත කාර්යයන් p_R dV ලෙස වෙන් කිරීම ප්‍රයෝජනවත් වේ. එමඟින් ද සිදු කළ හැකි ප්‍රයෝජනවත් කාර්යයට පහත සම්බන්ධය ලැබේ.

$\delta w_u\le -d(U-T_{R}S+p_{R}V-\sum {\mu }_{iR}{N}_i)$

දකුණු පස තාපගතික විභවයේ සපිරි ව්‍යුත්පන්නය ලෙස අර්ථ දැක්වීම වඩාත් සුදුසු වේ. එම විභවය පහත උප පද්ධතියේ X ශක්තිය ලෙස හැඳින්වේ.

$X=U-T_{R}S+p_{R}V-\sum {\mu }_{iR}{N}_i$

දෙවන නියමය කියා සිටින්නේ ඕනෑම ක්‍රියාවලියක් සරලම උප පද්ධතියකට බෙදීමක් ලෙස සැලකිය හැකි අතර එය සමඟ ස්පර්ශව සීමා රහිත උෂ්ණත්ව හා තාප සංචිතයක් ඇති බවයි.

$dX+\delta w_u\le 0$

i.e උප පද්ධතියේ ශක්තියේ සහ උප පද්ධතිය සිදු කළ ප්‍රයෝජනවත් කාර්යයයේ එකතුව ශුන්‍යයට අඩු හෝ සමාන විය යුතුය.

විශේෂ අවස්ථා

ගිබ්ස් හා හෙල්ම් හෝල්ට්ස් නිදහස් ශක්ති

උප පද්ධතියෙන් ප්‍රයෝජනවත් කාර්යය ලබා ගෙන නැති විට එය,

$dX\le 0$

යන්න අනුගමනය කරයි.

එහි දී dX=0 දී X ශක්තිය සමතුලිතයේ දී එම අවමය ළඟා වේ.

කිසියම් හෝ රසායනික විශේෂයකට උප පද්ධතියට පිවිසීමට හෝ පිටවීමට නොහැකි වේ. ∑ μ_iR N_i පදය නොසලකා හැරිය හැක. තවදුරටත් උප පද්ධතියේ උෂ්ණත්වය T සැමවිටම T_R ට සමාන ආකාරයේ වේ නම් එමඟින්

$X=U-TS+p_{R}V+\mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{n}\mathrm{s}\mathrm{t}\mathrm{.}$

V පරිමාව නියතයක් ලෙස පවත්වා ගනී නම් එවිට,

$X=U-TS+\mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{n}\mathrm{s}\mathrm{t}{\mathrm{.}}^{\prime }=A+\mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{n}\mathrm{s}\mathrm{t}{\mathrm{.}}^{\prime }$

මෙහි A යනු හෙල්ම් හෝල්ට් නිදහස් ශක්තිය ලෙස හඳුන්වන තාප ගතික විභවයයි. A=U−TS එම නිසා නියත පරිමා තත්ව යටතේ ක්‍රියාවලියක් ඉදිරියට යා යුතු නම් හා සමතුලිතතාව කොන්දේසිය dA=0 නම් dA ≤ 0

විකල්පය වශයෙන් උප පද්ධතියේ පීඩන p බාහිර සංචිතයේ පීඩනය p_R ට සමාන පරිදි පවත්වා ගනී නම් එවිට

$X=U-TS+pV+\mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{n}\mathrm{s}\mathrm{t}\mathrm{.}=G+\mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{n}\mathrm{s}\mathrm{t}\mathrm{.}$

මෙහි G යනු ගිබ්ස් නිදහස් ශක්තියයි, G=U−TS+PV එම නිසා නියත පීඩන තත්ව යටතේ දී dG ≤ 0 නම් ක්‍රියාවලිය ස්වයං සිද්ධව සිදුවිය හැකි අතර එය එසේ සිදුවන්නේ පද්ධති ශක්තියේ වෙනස් වීම එන්ට්‍රොපියට වන ශක්ති හානිය ඉක්මවන නිසාය. dG=0 සමතුලිතතාව සඳහා අවශ්‍ය තත්වයයි. මෙය ද බහුලව එන්තැල්පි ආශුයෙන් ලියනු ලැබේ. එහි දී H=U+PV.

යෙදීම්

කෙටියෙන් තාත්වික ලෝකයේ දී පද්ධති වටපිටාව සඳහා අපරිමිත - සංචිත - වැනි සමුද්දේශ තත්වයක් තෝරා‍ ගෙන ඇත්නම් එවිට දෙවැනි නියමය, ප්‍රතිවර්ථ නොවන ක්‍රියාවලි සඳහා X හි අඩු වීම හා ප්‍රතිවර්ථ ක්‍රියාවලියක් සඳහා ‍නොවෙනස්ව පැවතීම අනුමාන කරයි.

$d{S}_{tot}\ge 0$ , $dX+\delta W_u\le 0$ ට සමාන වේ

මෙම ප්‍රකාශනය සහකාර සමුද්දේශ තත්ව සමඟ මුළු ඒකලිත පද්ධතියේ එන්ට්‍රොපි වෙනස කෙලින්ම මැනීමෙන් හෝ සැලකිල්ලට ගැනීමෙන් තොරව දෙවන නියමය ප්‍රයෝජනයට ගැනීමට මහේක්ෂීය පරිමාණයේ (තාප ගතික සීමාවට එපිටින්) වැඩ කටයුතු සිදු කරන සැලසුම් ඉංජිනේරුවරයෙකුට අවසර ලබා දේ. (ක්‍රියාවලි ඉංජිනේරුවරයා ද බලන්න)

එම වෙනස්වීම්, සැලකිල්ල යටතේ ඇති පද්ධතියට සමුද්දේශ තත්වය සමඟ සමුද්දේශ තත්වයට නොඅඟවා සමතුලිතතාවට එළඹිය හැකිය යන උපකල්පනය මඟින් දැනටමත් සැලකිල්ලට බඳුන් කර ඇත. එය ප්‍රතිවර්ථ පරමාදර්ශයකට සංසන්දනය කරන ක්‍රියාවලියක හෝ ක්‍රියාවලි එකතුවක කාර්යක්ෂමතාව ද සොයා ‍ගත හැක. (දෙවන නියම කාර්යක්ෂමතාව බලන්න)

දෙවන නියමයේ මෙම ප්‍රවේශය, ඉංජිනේරුමය ක්‍රියා, පාරිසරික ගිණුම්කරණය, පද්ධති පරිසර විද්‍යාව හා අනෙකුත් විෂය පථවලදී බහුලව භාවිතා වේ.