విజ్ఞానకోశము - 3
ఘర్మయంత్రములు
ముఖ్యముగా ఉష్ణశక్తికిని యంత్రశక్తికినిగల సంబంధమును తెలుపు శాస్త్రమునకు ఉష్ణగతి శాస్త్రము అని ప్రారంభములో ఈయబడినది. కాలక్రమేణా ఈ శాస్త్రము అధికముగా విస్తృతము చెందుటచే అనేక ఇతర విషయములు ఉష్ణగతి శాస్త్రపు పర్యవేక్షణ క్రిందకు వచ్చినవి. శక్తి, దాని వివిధరూప భేదములను గురించియు, పదార్థముల స్థితిలో కలిగిన భౌతిక మార్పుల (physical changes of State) కు సంబంధించిన సమతాస్థితి (equilibrium) ని గురించియు, రాసాయనిక ప్రతిక్రియ (chemical reaction) ల సమతాస్థితిని గురించియు, ఎక్క డెక్కడ ఉష్ణతాశక్తి (heat energy) తన పాత్ర నిర్వహించునో అట్టి ప్రక్రియల (processes) సమతా స్థితిని గురించియు ఈ శాస్త్రము నేడు తెలుపుచున్నది. భౌతిక, రాసాయనిక శాస్త్రములలోని ముఖ్య సూత్రములను, తదితర అనుభవములను ఆధారముగా చేసికొని, ఉష్ణగతి శాస్త్రమునకు వెన్నెముక అనదగిన మూడు నియమములు (laws) నిర్వచింపబడినవి. ఈ నియమములు ఇంజనీరింగు శాస్త్రములోని వివిధ శాఖలలోను, రాసాయనిక భౌతిక శాస్త్రములలోను విరివిగా వాడబడుచున్నవి. ఉష్ణగతి శాస్త్రము, పరిస్థితుల (situations) నిశ్చలత (equilibrium) ను గురించియే తెలుపునుగాని, అనిశ్చలత నుండి నిశ్చలతకు పరిస్థితులు మారుచున్నపుడు, అట్టిమార్పు ఎంతవేగము (rate) తో తీసికొనిరాబడునో తెలియదు. ఉష్ణగతి శాస్త్రములో ఉపయోగింపబడు కొన్ని ముఖ్య పదముల నిర్వచనములు (definitions) క్రింద ఈయబడినవి.
వ్యవస్థ(System), దాని పరిసరములు (Surroundings): పదార్థ భూయిష్ఠమైన విశ్వములో (material universe) ఏ నిర్దుష్టమైన భాగము (specific part) ను గూర్చి తెలిసి కొనవలెనని అనుకొందుమో అట్టిదానిని ఉష్ణగతి శాస్త్రములో 'వ్యవస్థ' (system) అని వ్యవహరింతురు. వ్యవస్థకు అతి సన్నిహితముగా నున్న చుట్టుప్రక్కలను దాని 'పరిసరములు' (surroundings) అని పిలుతురు. ఒక వ్యవస్థకును దాని పరిసరములకును మధ్య నొక హద్దు (boundary) ఉండును. వ్యవస్థలలో రెండు రకములు కలవు. మొదటిది ‘మూయబడినవ్యవస్థ' (closed system); రెండవది 'తెరువబడిన వ్యవస్థ' (open system). ఉదాహరణకు, ఏదేని యొక పదార్థముయొక్క స్థితి (state) మారుచున్నప్పుడు, వ్యవస్థలోని పదార్థము హద్దును దాటి పరిసరములలోనికి పోనిచో, అట్టి వ్యవస్థను 'మూయబడిన వ్యవస్థ' అని అందురు. అట్లుకాక పదార్థము వ్యవస్థనుండి పరిసరములకు లేదా పరిసరములనుండి వ్యవస్థకు పోయినచో ఆ వ్యవస్థను 'తెరువబడిన వ్యవస్థ' అని అందురు.
స్థితి (State), స్థితి చరాంకములు (State Functions): ఏదేని వ్యవస్థను గూర్చి నిర్దుష్టముగా తెలుపవలెనన్న, ఆ వ్యవస్థ ఏ స్థితి (state)లో నున్నదో చెప్పవలసి యుండును. ఒక వ్యవస్థలోని వివిధ భాగములు ఒకే స్థితిలో నుండక, అనేక స్థితులలో నుండవచ్చును. అట్టి సమయములలో వివిధ స్థితుల సరాసరిని (statistical average) వ్యవస్థ యొక్క స్థితి అని అందురు. ఉదాహరణకు 10 ఘనపు టడుగుల ప్రాణవాయువు (oxygen ) యొక్క స్థితిని పూర్తిగా నిర్వచింపవలెనన్న, దాని ఉష్ణోగ్రతను, పీడనమును తెలుపవలెను. ఇట్లు నిర్వచింపబడిన ప్రాణవాయువు స్థితి ఆ వాయువు అణువుల వివిధస్థితుల సరాసరి (statistical average) అగును. ఒక వ్యవస్థయొక్క స్థితిని సంపూర్ణముగా నిర్వచించుటకు ఉపయోగపడు చరాంకములను (variables) స్థితిచరాంకములు (State functions) అని అందురు. దీనిని ఒక్కొక్కపుడు 'లక్షణములు' (properties) అనికూడ అందురు. నిశ్చలత (equilibrium) లో నున్న వ్యవస్థను నిర్వచించుటకు కావలసిన కనీసపు (minimum) లక్షణముల సంఖ్యను 'స్వేచ్ఛాంశము' (degrees of freedom) అని అందురు.
ప్రక్రియ (process) : ఒక వ్యవస్థలో జరుగుచున్న స్థితి మార్పును ప్రక్రియ (process) అని అందురు. ఇది పదార్థముల స్థితిలో భౌతికమార్పు కావచ్చును; లేదా రాసాయనిక ప్రక్రియ కావచ్చును. ఒక ప్రక్రియయొక్క వేగము ఈ క్రింది సూత్రమువలన తెలిసికొననగును.
ప్రక్రియయొక్క వేగము = ప్రక్రియను నడుపుశక్తి (Driving force) ఆశక్తిని ప్రతిఘటించు నిరోధకము (resistance).
వేగము శూన్యమైనపుడు ప్రక్రియ నిశ్చలత (equilibrium) లో నున్నదని చెప్పవచ్చును. అప్పుడు ప్రక్రియను
551
