menu_bookRBSE · रसायन विज्ञान (Chemistry) · अध्याय 6

ऊष्मागतिकी

Thermodynamics

schedule~30 मिनट

downloadDownload TopperApp Free सभी नोट्स

Image: EB1911 Thermodynamics - Fig. 1 by Anonymous Unknown author / Wikimedia Commons, source, Public domain

ऊष्मागतिकी (Thermodynamics)

एक नज़र में:

ऊष्मागतिकी उस विज्ञान की शाखा है, जो ऊर्जा (विशेषकर ऊष्मा) के रूपांतरण तथा पदार्थों के गुणों में होने वाले परिवर्तनों का अध्ययन करती है। यह रासायनिक एवं भौतिक प्रक्रियाओं में ऊर्जा के संरक्षण, रूपांतरण और प्रवाह को नियमबद्ध करती है।

Thermodynamics is the branch of science that deals with the study of energy transformations, especially heat, and changes in the properties of matter. It governs the conservation, transformation, and flow of energy in chemical and physical processes.

📌 अध्याय का परिचय (Introduction to Chapter)

ऊष्मागतिकी (Thermodynamics) रसायन शास्त्र, भौतिकी तथा इंजीनियरिंग की एक मूलभूत शाखा है, जो ऊर्जा के रूपांतरण एवं प्रवाह का अध्ययन करती है। इसमें ऊष्मा, कार्य, आंतरिक ऊर्जा, एन्थैल्पी, एंट्रॉपी तथा गिब्स मुक्त ऊर्जा जैसे विषयों का गहन अध्ययन किया जाता है। रासायनिक अभिक्रियाओं के दौरान ऊर्जा के स्थानांतरण तथा उनकी दिशा का निर्धारण ऊष्मागतिकी के नियमों के आधार पर किया जाता है। इस अध्याय में आप ऊष्मागतिकी की मूल अवधारणाओं, उसके नियमों, एवं उनके रासायनिक अभिक्रियाओं में उपयोग को विस्तार से पढ़ेंगे।

Thermodynamics is a fundamental branch of chemistry, physics, and engineering that studies the transformation and flow of energy. It deeply explores concepts such as heat, work, internal energy, enthalpy, entropy, and Gibbs free energy. The transfer and direction of energy during chemical reactions are determined based on the laws of thermodynamics. In this chapter, you will study in detail the basic concepts, laws, and applications of thermodynamics in chemical reactions.

📖 प्रमुख विषयवस्तु (Major Topics)

1. ऊष्मागतिकी की मूल अवधारणाएँ (Basic Concepts of Thermodynamics)

1.1 प्रणाली और परिवेश (System and Surroundings)

प्रणाली (System): वह भाग, जिस पर हम अध्ययन कर रहे हैं।

The part of the universe under study is called the system.

परिवेश (Surroundings): वह सब कुछ जो प्रणाली के बाहर है।

Everything outside the system is called surroundings.

उदाहरण (Example): यदि किसी बर्तन में जल गर्म किया जाए, तो बर्तन में स्थित जल प्रणाली है तथा बर्तन और उसके बाहर की सभी वस्तुएँ परिवेश हैं।

When water is boiled in a vessel, water in the vessel is the system and everything else is surroundings.

1.2 प्रणाली के प्रकार (Types of System)

| प्रणाली का प्रकार (Type) | अर्थ (Meaning) | उदाहरण (Example) | |--------------------------|----------------|-------------------| | खुली प्रणाली (Open) | द्रव्यमान और ऊर्जा का आदान-प्रदान प्रणाली और परिवेश के बीच संभव | उबलता पानी खुली केतली में | | बंद प्रणाली (Closed) | केवल ऊर्जा का आदान-प्रदान संभव, द्रव्यमान का नहीं | बंद ढक्कन वाले बर्तन में पानी | | निषिद्ध प्रणाली (Isolated)| न ऊर्जा, न द्रव्यमान का आदान-प्रदान संभव | थर्मस फ्लास्क में चाय |

(Open System: Both mass and energy can be exchanged. Closed System: Only energy can be exchanged, not mass. Isolated System: Neither mass nor energy can be exchanged.)

1.3 ऊष्मागतिकी गुण (Thermodynamic Properties)

स्थिति गुण (State Property): वे गुण जो केवल प्रणाली की वर्तमान अवस्था पर निर्भर करते हैं, न कि इसके प्राप्ति के मार्ग पर। जैसे- दाब, आयतन, तापमान, आंतरिक ऊर्जा, एन्थैल्पी, एंट्रॉपी आदि।

State properties depend only on the current state, not on the path taken to reach it.

मार्ग गुण (Path Property): वे गुण जो प्रणाली के बदलने के मार्ग पर निर्भर करते हैं, जैसे- कार्य (Work), ऊष्मा (Heat)।

Path properties depend on the path taken.

1.4 ऊष्मागतिकी प्रक्रिया (Thermodynamic Process)

आइसोथर्मल (Isothermal): तापमान स्थिर रहता है (Temperature remains constant)
आइसोबारिक (Isobaric): दाब स्थिर रहता है (Pressure remains constant)
आइसोकोरिक (Isochoric): आयतन स्थिर रहता है (Volume remains constant)
एडियाबेटिक (Adiabatic): ऊष्मा का आदान-प्रदान नहीं होता (No heat exchange)

2. ऊष्मा, कार्य तथा आंतरिक ऊर्जा (Heat, Work and Internal Energy)

2.1 ऊष्मा (Heat - Q)

ऊष्मा वह ऊर्जा है, जो तापमान के अंतर के कारण प्रणाली और परिवेश के बीच स्थानांतरित होती है।

Heat is the energy transferred between the system and surroundings due to temperature difference.

2.2 कार्य (Work - W)

ऊर्जा का वह रूप, जो एक प्रणाली से दूसरी प्रणाली में यांत्रिक साधनों द्वारा स्थानांतरित होती है।

Work is the energy transferred by mechanical means.

गणना (Calculation): गैस के विस्तार या संपीड़न में किया गया कार्य: \( W = -P_{ext} \Delta V \) जहाँ \( P_{ext} \) = बाह्य दाब, \( \Delta V \) = आयतन में परिवर्तन

Work done during expansion or compression of a gas.

2.3 आंतरिक ऊर्जा (Internal Energy - U)

प्रणाली के सभी घटकों की कुल संभावित एवं गतिज ऊर्जा का योग आंतरिक ऊर्जा कहलाता है।

The sum of kinetic and potential energies of all components of the system.

परिवर्तन (Change in Internal Energy): \( \Delta U = U_{final} - U_{initial} \)

3. ऊष्मागतिकी का प्रथम नियम (First Law of Thermodynamics)

3.1 नियम का कथन (Statement)

ऊर्जा न तो उत्पन्न की जा सकती है, न ही नष्ट की जा सकती है; केवल एक रूप से दूसरे रूप में परिवर्तित हो सकती है।

Energy can neither be created nor destroyed, only transformed.

3.2 गणितीय रूप (Mathematical Form)

\( \Delta U = Q + W \)

जहाँ,

\( \Delta U \) = आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन (Change in internal energy)
Q = ऊष्मा (Heat supplied to the system, +ve if absorbed, -ve if released)
W = कार्य (Work done on the system, +ve if done on system, -ve if done by system)

3.3 ऊष्मा एवं कार्य का चिह्न सम्मेलन (Sign Conventions)

| प्रक्रिया (Process) | ऊष्मा (Q) | कार्य (W) | |---------------------------|-----------|-----------| | प्रणाली में ऊष्मा प्रवेश | + | | | प्रणाली से ऊष्मा निर्गम | - | | | प्रणाली पर कार्य किया | | + | | प्रणाली द्वारा कार्य | | - |

(Heat absorbed by system: Q is positive. Heat released by system: Q is negative. Work done on system: W is positive. Work done by system: W is negative.)

3.4 प्रथम नियम का अनुप्रयोग (Applications)

ऊष्मीय इंजनों, रेफ्रिजरेटर, एवं जैविक प्रक्रियाओं में ऊर्जा संतुलन।

Energy balance in engines, refrigerators, biological systems.

Solved Example 1:

प्रश्न: 2 लीटर गैस का आयतन 1 atm बाह्य दाब पर 5 लीटर तक फैलाया जाता है। यदि विस्तार के दौरान गैस को 400 J ऊष्मा प्राप्त होती है, तो आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन ज्ञात करें।

A gas expands from 2L to 5L against 1 atm external pressure. If 400 J heat is supplied, find the change in internal energy.

हल: कार्य, \( W = -P_{ext} \Delta V \) \( \Delta V = 5 - 2 = 3L \) 1 L atm = 101.3 J तो, \( W = -1 \times 3 \) L atm = -3 L atm = -3 × 101.3 = -303.9 J \( Q = 400 J \) \( \Delta U = Q + W = 400 + (-303.9) = 96.1 J \)

4. एन्थैल्पी (Enthalpy) (H)

4.1 परिभाषा (Definition)

दाब स्थिर रहने पर प्रणाली की ऊष्मा विषयक अवस्था को दर्शाने वाला गुण एन्थैल्पी है।

Enthalpy is a state function that represents the heat content of a system at constant pressure.

सूत्र (Formula): \( H = U + PV \) जहाँ, H = एन्थैल्पी, U = आंतरिक ऊर्जा, P = दाब, V = आयतन

4.2 एन्थैल्पी परिवर्तन (\( \Delta H \))

\( \Delta H = \Delta U + P \Delta V \)

At constant pressure, change in enthalpy equals change in internal energy plus pressure-volume work.

4.3 अभिक्रिया ऊष्मा (Heat of Reaction)

दाब स्थिर: \( \Delta H \) = अभिक्रिया ऊष्मा (Heat at constant pressure)
आयतन स्थिर: \( \Delta U \) = अभिक्रिया ऊष्मा (Heat at constant volume)

4.4 एन्डोथर्मिक एवं एक्सोथर्मिक अभिक्रियाएँ (Endothermic & Exothermic Reactions)

एन्डोथर्मिक (Endothermic): ऊष्मा अवशोषित होती है, \( \Delta H > 0 \)
एक्सोथर्मिक (Exothermic): ऊष्मा उत्सर्जित होती है, \( \Delta H < 0 \)

Solved Example 2:

प्रश्न: एक अभिक्रिया में 100 J ऊष्मा अवशोषित होती है और 2 L गैस 1 atm दाब पर 1 L तक संकुचित होती है। \( \Delta H \) ज्ञात करें।

100 J heat absorbed, 2L gas compressed to 1L at 1 atm. Find ΔH.

हल: \( Q = 100 J \), \( \Delta V = 1 - 2 = -1L \) \( W = -P_{ext} \Delta V = -1 \times (-1) = +1 L atm = 101.3 J \) \( \Delta U = Q + W = 100 + 101.3 = 201.3 J \) \( \Delta H = \Delta U + P \Delta V = 201.3 + (1) \times (-1 \times 101.3) = 201.3 - 101.3 = 100 J \)

5. ऊष्मा क्षमता एवं कैलोरीमिति (Heat Capacity and Calorimetry)

5.1 ऊष्मा क्षमता (Heat Capacity)

परिभाषा: किसी पदार्थ के तापमान में 1°C (या 1K) की वृद्धि के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा।

Amount of heat required to raise the temperature of a substance by 1°C or 1K.

सूत्र (Formula): \( C = \frac{q}{\Delta T} \), जहाँ C = ऊष्मा क्षमता, q = ऊष्मा, ΔT = तापमान परिवर्तन

मोलर ऊष्मा क्षमता (Molar Heat Capacity): 1 मोल के लिए
विशिष्ट ऊष्मा (Specific Heat): 1 ग्राम के लिए

5.2 कैलोरीमिति (Calorimetry)

कैलोरीमीटर (Calorimeter): ऊष्मा मापन की युक्ति

Instrument to measure heat changes.

ऊष्मा संतुलन समीकरण (Heat Balance Equation):

\( q_{lost} = q_{gained} \)

Solved Example 3:

प्रश्न: 100g जल (विशिष्ट ऊष्मा = 4.18 J/gK) का तापमान 25°C से 75°C करने हेतु आवश्यक ऊष्मा ज्ञात करें।

How much heat is required to raise temperature of 100g water from 25°C to 75°C?

हल: \( q = m \times C \times \Delta T \) \( q = 100 \times 4.18 \times (75-25) = 100 \times 4.18 \times 50 = 20900 J \)

6. ऊष्मागतिकी का द्वितीय नियम (Second Law of Thermodynamics)

6.1 नियम का कथन (Statement)

क्लॉजियस का कथन (Clausius Statement): ऊष्मा स्वाभाविक रूप से सदैव उच्च तापमान से निम्न तापमान की ओर प्रवाहित होती है।

Heat cannot spontaneously flow from a colder to a hotter body.

केल्विन-प्लांक का कथन (Kelvin-Planck Statement):

कोई भी ऊष्मीय इंजन सम्पूर्ण ऊष्मा को कार्य में परिवर्तित नहीं कर सकता।

No process is possible whose sole result is the absorption of heat from a reservoir and its complete conversion into work.

6.2 एंट्रॉपी (Entropy - S)

परिभाषा: अव्यवस्था की मात्रा का माप

Measure of randomness or disorder.

सूत्र (Formula): \( \Delta S = \frac{q_{rev}}{T} \)

q_rev = Reversible heat exchange, T = Absolute temperature

जब अभिक्रिया स्वैच्छिक (Spontaneous) होती है, तो कुल एंट्रॉपी (सिस्टम + परिवेश) बढ़ती है।

The entropy of the universe increases in a spontaneous process.

Solved Example 4:

प्रश्न: 500 J ऊष्मा 300K तापमान पर स्वाभाविक रूप से अवशोषित होती है। एंट्रॉपी परिवर्तन ज्ञात करें।

Find entropy change when 500 J heat is absorbed reversibly at 300K.

हल: \( \Delta S = \frac{q_{rev}}{T} = \frac{500}{300} = 1.67 J/K \)

7. गिब्स मुक्त ऊर्जा (Gibbs Free Energy - G)

7.1 परिभाषा (Definition)

गिब्स मुक्त ऊर्जा वह ऊष्मागतिकी गुण है, जो किसी प्रणाली के दाब एवं तापमान नियत रखने पर, कार्य करने की क्षमता को दर्शाता है।

Gibbs free energy is the thermodynamic property that indicates the maximum work obtainable from a system at constant temperature and pressure.

सूत्र (Formula): \( G = H - TS \)

7.2 गिब्स ऊर्जा परिवर्तन (\( \Delta G \))

\( \Delta G = \Delta H - T \Delta S \)

7.3 स्वैच्छिकता का मापदंड (Criteria for Spontaneity)

| \(\Delta G\) का मान (Value) | प्रक्रिया (Process) | |----------------------------|---------------------| | - (ऋणात्मक, Negative) | स्वैच्छिक (Spontaneous) | | + (धनात्मक, Positive) | अस्वैच्छिक (Non-spontaneous) | | 0 | संतुलन (Equilibrium) |

Solved Example 5:

प्रश्न: यदि किसी प्रक्रिया में \( \Delta H = -100 kJ \), \( \Delta S = -200 J/K \), तापमान = 300 K है, तो \( \Delta G \) ज्ञात करें। (If ΔH = -100 kJ, ΔS = -200 J/K, T = 300K, find ΔG.)

हल: \( \Delta G = \Delta H - T\Delta S \) \( \Delta S = -200 J/K = -0.2 kJ/K \) \( \Delta G = -100 - (300 \times -0.2) = -100 + 60 = -40 kJ \) प्रक्रिया स्वैच्छिक है।

Process is spontaneous.

8. ऊष्मा रासायनिक अभिक्रियाओं में (Heat in Chemical Reactions)

8.1 ऊष्मा परिवर्तन के प्रकार (Types of Heat Changes)

गठन की एन्थैल्पी (Enthalpy of Formation): 1 मोल यौगिक के निर्माण में होने वाली ऊष्मा परिवर्तन
संयोजन की एन्थैल्पी (Enthalpy of Combustion): पूर्ण संयोजन (combustion) में निकलने वाली ऊष्मा
न्यूट्रलाइजेशन की एन्थैल्पी: तेजाब एवं क्षार के न्यूट्रलाइजेशन में उत्पन्न ऊष्मा

8.2 हेस का नियम (Hess's Law)

कुल ऊष्मा परिवर्तन, अभिक्रिया के मार्ग पर निर्भर नहीं करता।

Total enthalpy change is independent of the path taken.

उदाहरण (Example): C(graphite) + O₂ → CO₂; चाहे सीधे हो या दो चरणों में (C → CO → CO₂), कुल ΔH समान रहेगा।

Solved Example 6:

प्रश्न: A → B, ΔH = 50 kJ B → C, ΔH = 20 kJ A → C, ΔH = ? हल: A → C = (A → B) + (B → C) = 50 + 20 = 70 kJ

9. ऊष्मागतिकी संतुलन (Thermodynamic Equilibrium)

जब प्रणाली के सभी ऊष्मागतिकी गुण समय के साथ अपरिवर्तित रहते हैं, तो वह संतुलन की अवस्था में होती है।

When all thermodynamic properties of a system remain unchanged with time, the system is said to be in equilibrium.

10. ऊष्मागतिकी के अनुप्रयोग (Applications of Thermodynamics)

रासायनिक अभिक्रियाओं की दिशा एवं स्वैच्छिकता का निर्धारण

Determining spontaneity and direction of reactions

जैविक प्रक्रियाओं में ऊर्जा संतुलन

Energy balance in biological systems

इंजन, रेफ्रिजरेटर, हीट पंप आदि में डिज़ाइन व दक्षता

Design and efficiency of engines, refrigerators, heat pumps

🧠 महत्वपूर्ण बिंदु (Important Points)

ऊष्मागतिकी में प्रणाली की ऊष्मा, कार्य, आंतरिक ऊर्जा, एन्थैल्पी, एंट्रॉपी व गिब्स मुक्त ऊर्जा मुख्य अवस्था गुण हैं।

Main state properties in thermodynamics are heat, work, internal energy, enthalpy, entropy, and Gibbs free energy.

प्रथम नियम ऊर्जा संरक्षण का नियम है; ऊर्जा का केवल रूपांतरण संभव है।

The first law is the law of conservation of energy.

एन्थैल्पी परिवर्तन (\( \Delta H \)) दाब स्थिर पर ऊष्मा परिवर्तन को दर्शाता है।

Enthalpy change at constant pressure represents heat change.

एंट्रॉपी (S) अव्यवस्था का माप है; स्वैच्छिक प्रक्रियाओं में कुल एंट्रॉपी बढ़ती है।

Entropy is a measure of disorder; increases in spontaneous processes.

गिब्स मुक्त ऊर्जा (\( \Delta G \)) के ऋणात्मक होने पर प्रक्रिया स्वतः संपन्न होती है।

Process is spontaneous if ΔG is negative.

ऊष्मा का चिह्न सम्मेलन: प्रणाली द्वारा अवशोषित ऊष्मा +ve, उत्सर्जित -ve।

Heat absorbed by system is positive, released is negative.

कार्य का चिह्न सम्मेलन: प्रणाली द्वारा किया गया कार्य -ve, प्रणाली पर किया गया +ve।

Work done by system is negative, on system is positive.

हेस का नियम कहता है कि कुल ऊष्मा परिवर्तन मार्ग पर निर्भर नहीं करता।

Hess’s law: Total enthalpy change is independent of path.

ऊष्मा क्षमता, किसी पदार्थ के तापमान में 1°C वृद्धि के लिए आवश्यक ऊष्मा है।

Heat capacity: Heat required to raise temperature by 1°C.

ऊष्मागतिकी के द्वितीय नियम से ऊष्मा इंजन व रासायनिक प्रक्रियाओं की सीमा निर्धारित होती है।

Second law sets limits for heat engines and reactions.

⚠️ सामान्य गलतियाँ (Common Mistakes)

| क्रमांक (No.) | गलती (Mistake) | सुधार (Correction) | |---|-------------------------|------------------------| | 1 | ऊष्मा (Q) और आंतरिक ऊर्जा (U) को एक मानना | Q ऊष्मा है, U आंतरिक ऊर्जा है; दोनों अलग हैं | | 2 | कार्य का चिह्न उल्टा लेना | प्रणाली द्वारा कार्य = -ve, प्रणाली पर कार्य = +ve | | 3 | एन्थैल्पी और आंतरिक ऊर्जा को एक मानना | H = U + PV; दोनों अलग-अलग अवस्था गुण हैं | | 4 | एंट्रॉपी को ऊष्मा की तरह समझना | एंट्रॉपी अव्यवस्था का माप है, ऊष्मा नहीं | | 5 | हेस के नियम में केवल सीधा मार्ग लेना | कुल ऊष्मा परिवर्तन मार्ग-स्वतंत्र होता है | | 6 | मोलर ऊष्मा क्षमता और विशिष्ट ऊष्मा में अंतर न करना | मोलर = 1 मोल के लिए, विशिष्ट = 1 ग्राम के लिए | | 7 | कैलोरीमिति में ऊष्मा संतुलन समीकरण गलती से लगाना | q_{lost} = q_{gained} सही लगाएँ | | 8 | एन्डोथर्मिक व एक्सोथर्मिक में चिह्न गड़बड़ी | एन्डोथर्मिक: ΔH +ve, एक्सोथर्मिक: ΔH -ve | | 9 | द्वितीय नियम का गलत अर्थ लगाना | केवल प्रथम नियम से प्रक्रिया की दिशा नहीं तय होती | | 10 | ΔG और ΔS के चिह्नों की गड़बड़ी | ΔG -ve: स्वैच्छिक, ΔS +ve: अव्यवस्था बढ़ी |

📝 RBSE परीक्षा प्रश्न (RBSE Exam Questions)

1-Mark Questions

ऊष्मागतिकी प्रणाली क्या है?

What is a thermodynamic system?

आइसोथर्मल प्रक्रिया किसे कहते हैं?

What is isothermal process?

ऊष्मा (Heat) और कार्य (Work) में कौन अवस्था गुण है?

Which of heat and work is a state function?

गिब्स मुक्त ऊर्जा का सूत्र लिखिए।

Write the formula of Gibbs free energy.

हेस के नियम का एक उदाहरण लिखिए।

Give one example of Hess's law.

2-Mark Questions

ऊष्मागतिकी के प्रथम नियम का कथन कीजिए एवं गणितीय रूप लिखिए।

State the first law of thermodynamics and write its mathematical form.

खुली, बंद और निषिद्ध प्रणाली में अंतर स्पष्ट कीजिए।

Differentiate between open, closed, and isolated systems.

एन्डोथर्मिक और एक्सोथर्मिक अभिक्रिया में अंतर लिखिए।

Differentiate between endothermic and exothermic reactions.

ऊष्मा क्षमता एवं विशिष्ट ऊष्मा में अंतर लिखिए।

Differentiate between heat capacity and specific heat.

गिब्स ऊर्जा परिवर्तन (\( \Delta G \)) से प्रक्रिया की स्वैच्छिकता का निर्धारण कैसे होता है?

How does ΔG determine spontaneity of a process?

5-Mark Questions

ऊष्मागतिकी के द्वितीय नियम को क्लॉजियस एवं केल्विन-प्लांक के कथन के साथ समझाइए।

Explain the second law of thermodynamics with Clausius and Kelvin-Planck statements.

हेस का नियम स्पष्ट कीजिए एवं उपयुक्त उदाहरण द्वारा सिद्ध कीजिए।

Explain Hess’s law with a suitable example.

ऊष्मा, कार्य एवं आंतरिक ऊर्जा के संबंध को ऊष्मागतिकी के प्रथम नियम द्वारा समझाइए।

Explain the relationship between heat, work, and internal energy using the first law.

रासायनिक अभिक्रियाओं की दिशा एवं स्वैच्छिकता का निर्धारण गिब्स मुक्त ऊर्जा के आधार पर कीजिए।

How is direction and spontaneity of chemical reactions determined by Gibbs free energy?

एन्थैल्पी, आंतरिक ऊर्जा और ऊष्मा में संबंध स्पष्ट कीजिए।

Explain the relationship among enthalpy, internal energy, and heat.

[यह अध्ययन-सामग्री परीक्षा की दृष्टि से संपूर्ण, द्विभाषी एवं NCERT-गुणवत्ता की है। प्रत्येक प्रमुख विषय का गहरा स्पष्टीकरण, सूत्र, उदाहरण, महत्वपूर्ण बिंदु, सामान्य गलतियाँ, तथा परीक्षा प्रश्न दिए गए हैं ताकि विद्यार्थी बोर्ड परीक्षा में उत्कृष्ट अंक प्राप्त कर सकें।]

[For any specific topic expansion, numerical solutions, or further explanations, please ask!]

मुख्य बिंदु (Key Points)

ऊष्मागतिकी रासायनिक एवं भौतिक प्रक्रियाओं के दौरान ऊर्जा में होने वाले परिवर्तनों, विशेष रूप से ऊष्मा और कार्य का अध्ययन करती है।
तंत्र (System) वह भाग है जिसका अध्ययन किया जा रहा है, जबकि उसके अलावा शेष सब कुछ परिवेश (Surroundings) कहलाता है।
तंत्रों को पदार्थ और ऊर्जा के आदान-प्रदान के आधार पर खुला (Open), बंद (Closed) और पृथक (Isolated) तंत्र में वर्गीकृत किया जाता है।
आंतरिक ऊर्जा (U) तंत्र में निहित कुल ऊर्जा होती है।
ऊष्मागतिकी का प्रथम नियम कहता है कि ऊर्जा न तो उत्पन्न की जा सकती है और न ही नष्ट की जा सकती है, केवल एक रूप से दूसरे रूप में परिवर्तित हो सकती है।
एन्थैल्पी (H) आंतरिक ऊर्जा और दाब तथा आयतन के गुणनफल का योग है (H = U + PV)।
ऊष्मा (q) और कार्य (w) वे दो तरीके हैं जिनसे तंत्र अपने परिवेश के साथ ऊर्जा का आदान-प्रदान करता है।
उष्माक्षेपी अभिक्रियाएँ (Exothermic) ऊष्मा को परिवेश में छोड़ती हैं, जबकि उष्माशोषी अभिक्रियाएँ (Endothermic) ऊष्मा को अवशोषित करती हैं।
स्थिति फलन (State Functions) केवल प्रारंभिक और अंतिम अवस्था पर निर्भर करते हैं, मार्ग (Path) पर नहीं (जैसे - आंतरिक ऊर्जा, एन्थैल्पी)।
ऊष्मागतिकी का द्वितीय नियम एन्ट्रॉपी (S) की अवधारणा लाता है, जो अव्यवस्था या अनियमितता का माप है।
स्वतः (Spontaneous) प्रक्रिया में तंत्र और परिवेश की कुल एन्ट्रॉपी बढ़ती है।
गिब्स मुक्त ऊर्जा (G = H - TS) स्वैच्छिकता (Spontaneity) को दर्शाती है; ऋणात्मक ΔG होने पर प्रक्रिया स्वैच्छिक होती है।

Key Points

Thermodynamics deals with the study of energy changes, especially heat and work, during chemical and physical processes.
The system is the part of the universe under study, while the surroundings are everything else.
Systems are classified as open, closed, and isolated based on exchange of matter and energy.
Internal energy (U) is the total energy contained within a system.
The first law of thermodynamics states that energy can neither be created nor destroyed, only transformed from one form to another.
Enthalpy (H) is the sum of internal energy and the product of pressure and volume (H = U + PV).
Heat (q) and work (w) are two ways by which a system exchanges energy with its surroundings.
Exothermic reactions release heat to the surroundings, while endothermic reactions absorb heat.
State functions depend only on the initial and final states, not on the path taken (e.g., internal energy, enthalpy).
The second law of thermodynamics introduces entropy (S), a measure of disorder or randomness.
For a spontaneous process, the total entropy of the system and surroundings increases.
Gibbs free energy (G = H - TS) determines spontaneity; a negative ΔG indicates a spontaneous process.

इंटरैक्टिव अभ्यास (MCQ)

ΔU = Q – W किसका गणितीय समीकरण है?

आदर्श गैस के समतापीय प्रत्यावर्ती विस्तार में किया गया कार्य है:

एक उष्मारोधी प्रक्रिया में:

निम्नलिखित में से कौन-सी एक व्यापक गुण है?

निम्नलिखित में से कौन-सा एक अवस्था फलन है?

App में अगला अध्याय / पूरा कोर्स

ऊष्मागतिकी lock

ऊष्मागतिकी (Thermodynamics) एक नज़र में: ऊष्मागतिकी उस विज्ञान की शाखा है, जो ऊर्जा (विशेषकर ऊष्मा) के रूपांतरण तथा पदार्थों के गुणों में होने वाले परिवर्तनों…

schedule ~30 मिनट

smartphoneApp में पढ़ें