තාප_ගති_විද්‍යාවේ_පළමු_නියමය
විස්තරය
යාන්ත්‍ර විද්‍යාවෙන් වන වැදගත් අදහසක් වන්නේ අංශු මඟින් ලබා ගන්නා ශක්තිය, අංශුව මත යොදන බලයේ හා බලය යොදන අතරතුර අංශුවේ විස්ථාපනයේ ගුණිතයට සමාන වේ. දැන් තාපන වාදය නොමැතිව පළමු නියමය සලකන්න. dU = − PdV. P  පීඩනය බලයක් ලෙස සැලකිය හැකි අතර (පීඩනයට ඇත්තේ ඒකක වර්ගඵල බලයේ ඒකකයි) dV  යනු විස්ථාපනයයි. (දුර වරක් වර්ගඵලයෙහි ඒකක සමඟ) මෙම කාර්යය වදනට සම්බන්දව පීඩන වෙනස පරිමා හුවමාරුවකට අනුබල දෙන බවත් දෙකෙහි (කාර්යය) ගුණිතය ක්‍රියාවලියේ ප්‍රතිඵලයක් ලෙස හුවමාරු වූ ශක්ති ප්‍රමානය බවත් අපට පැවසිය හැක. එම ආකාරයෙන්ම TdS වදන දෙස බැලීම ද ප්‍රයෝජනවත් වේ. මෙම තාප වදනට සම්බන්ධව උෂ්ණත්ව වෙනසක් එන්ට්‍රොපි හුවමාරුවකට අනුබල දෙන අතර දෙකෙහි (තාපය) ගුණිතය ක්‍රියාවලියේ ප්‍රතිඵලයක් ලෙස හුවමාරු වූ තාප ප්‍රමාණය වේ. මෙහි දී උෂ්ණත්වය “සාධාරිත” බලයක් ලෙස හැඳින්වෙන අතර (සත්‍ය යාන්ත්‍රික බලයක් මෙන් නොව) එන්ට්‍රොපිය සාධාරිත විස්ථාපනයකි. සමානවම, පද්ධිතයක අංශු කාණ්ඩ අතර රසායනික විභවයේ වෙනසක් අංශු හුවමාරුවට අනුබල දෙන අතර අනුරූප ගුණිතය ක්‍රියාවලියේ ප්‍රතිඵලයක් ලෙස හුවමාරු වූ ශක්තියට සමාන ‍වේ. උදාහරණයක් ලෙස කලාප දෙකකින් සමන්විත පද්ධතියක් සලකන්න. ද්‍රව ජලය හා ජල වාෂ්ප එහි ද්‍රවයෙන් එලියට ජල අණු යවන වාෂ්පීකරණයේ සාධාරිත බලයක් ඇති අතර වාෂ්ප අණු වාෂ්පයෙන් පිටතට යවන ඝනීභවණයේ සාධාරිත බලයක් ද ඇත. මෙම බල දෙක ‍(හෝ රසායනික විභවය) සමාන වූ විට පමණක් සමතුලිතතාව ඇති වන අතර ශුද්ධ හුවමාරුව ශුන්‍යයක් වේ. සාධාරිත බල විස්ථාපන යුගලයක් සාදන තාප ගතික පරාමිතීන් දෙක “ප්‍රතිබද්ධ විචල්‍යයක්” ලෙස හැඳින්වේ. වඩාත් සුපුරුදු යුගල වන්නේ පීඩනය - පරිමාව හා උෂ්ණත්වය - එන්ට්‍රොපියයි. තාප ගතික ක්‍රියාවලි වර්ග තාප ගතික විචල්‍යයන්ගේ අවකාශය හරහා වූ පථ නිරන්තරයෙන් නිශ්චිත තාප ගතික විචල්‍ය නියත දරා සිටීමෙන් විශේෂ වේ. මෙම ක්‍රියාවලි යුගල බවට කාණ්ඩ ගත කිරිම ප්‍රයෝජනවත් වේ. එහි එක් එක් විචල්‍ය දරා සිටින නියතය වන්නේ ප්‍රතිබද්ධ යුග‍ලයේ එක් සාමාජිකයෙකි. පීඩන - පරිමා ප්‍රතිබද්ධ යුගල සලකනු ලබන්නේ කාර්යය කිරීමේ ප්‍රතිඵලයක් ලෙස යාන්ත්‍රික හෝ ගතික ශක්තිය හුවමාරු වීමත් සමඟය. ·	සම (නියත) පීඩන ක්‍රියාවලියක් සිදු වන්නේ නියත පීඩනයේ දීය. උදාහරණයක් ලෙස සිලින්ඩරයක් තුළ වූ චලනය කළ හැකි පිස්ටනයක් දැක්විය හැක. එම නිසා සිලින්ඩරය තුළ වූ පීඩනය, එය වායු ගෝලයෙන් වෙන් කොට තිබුණත් වායු ගෝලයේ පීඩනයට වේ. වෙනත් වචනවලත් පද්ධතිය චලනය විය හැකි සීමාවකින් නියත පීඩන සංචිතයකට ගතිකව සම්බන්ධිත වේ. ·	සම (නියත) පරිමා ක්‍රියාවලියක් යනු පරිමාව නියතව තබා ගන්නා එකකි. එමඟින් අදහස් කෙරෙන්නේ පද්ධතිය මඟින් සිදු කළ කාර්යය ශුන්‍ය වන බවයි. එනම් ද්විමාන සරල පද්ධතියක් සඳහා බාහිරව පද්ධතියට සම්ප්‍රේශණය වූ ඕනෑම තාප ශක්තියක් අභ්‍යන්තර ශක්තිය ලෙස අවශෝෂණය කර ගනී. නියත පීඩන ක්‍රියාවලියක් සමහුමිතික ක්‍රියාවලියක් ලෙස ද හඳුන්වනු ලැබේ. උදාහරණයක් ලෙස ගින්නකට දමන ලද සංවෘත වාතය පමණක් අඩංගු මින් එකක් සැලකිය හැක. බඳුන ප්‍රසාරණය නොවන අතර එකම වෙනස වන්නේ වායුව අභ්‍යන්තර ශක්තිය ලබා ගැනීමයි. උෂ්ණත්වයේ හා පීඩනයේ වැඩිවීමක් එය නිරීක්ෂණය වේ. ගණිතමය වශයෙන්, δQ = dU පද්ධතිය දෘඩ මායිමකින්, පරිසරයෙන් ගතිකව පරිවරණය කර ඇතැයි අපට පැවසිය හැක. උෂ්ණත්ව -එන්ට්‍රොපි ප්‍රතිබද්ධ යුගලය සලකනු ලබන්නේ තාපනයේ ප්‍රතිඵලයක් ලෙස තාප ශක්ති හුවමාරුවත් සමඟය. ·	සමෝෂ්ණ ක්‍රියාවලියක් සිදු වන්නේ නියත උෂ්ණත්වයේ දීය. විශාල නියත උෂ්ණත්ව තටාකයක ගිලී ඇති පද්ධතියක් උදාහරණ ලෙස ගත හැක. පද්ධතිය මඟින් සිදු කරන ඕනෑම කාර්ය ශක්තිය තටාකයට හානි වන මුත් එහි උෂ්ණත්වය නියතයක්ව පවතිනු ඇත. වෙනත් ආකාරයකින් පද්ධතිය නියත උෂ්ණත්ව සංචිතයකට තාප සන්නායක සීමාවකින් තාපජ ලෙස ස්පර්ශව ඇත. ·	සම එන්ට්‍රොපික ක්‍රියාවලියක් යනු නියත එන්ට්‍රොපියක දී සිදු වන ක්‍රියාවලියකි. ප්‍රතිවර්ත කළ හැකි ක්‍රියාවලියක දී මෙය ස්ථිර තාපී (පහත බලන්න) ක්‍රියාවලියකට සමාන වේ. පද්ධතියට තවමත් එහි උපරිම සමතුලිත අගයට ළඟා ‍නොවූ එන්ට්‍රොපියක් ඇත්නම් එන්ට්‍රොපියේ එම අගය පවත්වා ගැනීමට සිසිලන ක්‍රියාවලියක් අවශ්‍ය විය හැක. ·	ස්ථිර තාපී ක්‍රියාවලියක් යනු තාපනයෙන් හෝ සිසිලනයෙන් පද්ධතියෙන් ශක්තිය එකතු හෝ ඉවත් නොවන ක්‍රියාවලියකි. ප්‍රතිවර්ත කළ හැකි ක්‍රියාවලියක් සඳහා මෙය සම එන්ට්‍රොපික ක්‍රියාවලියකට සමාන වේ. පද්ධතිය එහි වටපිටාවෙන් තාපජව පරිවරණය කර ඇති යැයි හා එහි මායිම තාප පරිවාරකයක් යැයි පැවසිය හැක. පද්ධතියට එහි උපරිම සමතුලිත අගයට ළඟා නොවූ ‍එන්ට්‍රොපියක් ඇත්නම් පද්ධතිය තාපජව පරිවරණය කර තිබුණත් එන්ට්‍රොපිය ඉහල නඟිනු ඇත.