ఉష్ణ శక్తి
ఉష్ణ శక్తి (Thermal Energy) అనేది మొత్తము ధర్మోడైనమిక్ వ్యవస్థలోని అంతర్గత శక్తి యొక్క ఒక భాగము లేదా ఆ వ్యవస్థ యొక్క ఉష్ణోగ్రతను తయారు చేసే పదార్ధము యొక్క మచ్చు తునక.
లోపలి శక్తి తరచుగా ధర్మోడైనమిక్ శక్తిగా పిలవబడుతుంది, ఇందులో ధర్మోడైనమిక్ శక్తితో పాటుగా ఒక ధర్మోడైనమిక్ వ్యవస్థలో ఉండే ఇతర రకములైన శక్తులు కూడా ఉంటాయి, ఇవి అంతర్గతముగా దాగి ఉన్న శక్తులు అయిన రసాయన శక్తి వంటి వాటి అణు సముదాయములలోని నిర్మాణములలో మరియు ఎలెక్ట్రానిక్ అమరికలలో ఉంటాయి మరియు చిన్న అణువుల సూక్ష్మకణముల విశేషములను బంధించి ఉంచే న్యూక్లియర్ శక్తి ఉంటుంది.
సూక్ష్మదర్శినిలో చూస్తే, ఉష్ణ శక్తి అనేది అణువుల, బృహదణువుల, ఎలెక్ట్రాన్ల లేదా జీవ ద్రవ్యముల సూక్ష్మ కణముల వంటి వాటిని కలిగి ఉన్న నియామక అణువుల యొక్క చలన శక్తి అని తెలుస్తోంది. ఇది వాటంతట అవే యాదృచ్ఛికముగా లేదా ఒక వరుస అంటూ ఏమీ లేకుండా, ఒక పెద్ద సంఖ్యలో సమష్టిగా అణువుల కదలికల నుంచి ఉద్భవిస్తుంది. ఈ ఉష్ణ శక్తి అనేది అప్పుడు ఉన్న అన్ని చతురస్ర సంబంధమైన డిగ్రీస్ ఆఫ్ ఫ్రీడమ్ కలిగిన అణువుల మధ్య సమముగా పంచబడుతుంది. ఈ డిగ్రీస్ ఆఫ్ ఫ్రీడమ్ లో ద్రవముల మార్పుల కదలికలు, మాములుగా పని చేసే విధానములో ఉన్న కణముల మధ్య ఉన్న స్పందనలు లేదా క్రిస్టల్ లాటిస్ స్పందనలు లేదా తిరుగుతూ ఉన్న స్థితుల వంటి స్పందనలు ఉంటాయి. మాములుగా, అలాంటి డిగ్రీస్ ఆఫ్ ఫ్రీడమ్ కలిగి ఉండడము అనేది ఈ వ్యవస్థ లోని శక్తి యొక్క ఒక కార్యము మరియు ఉష్ణోగ్రత పై ఆధారపడి ఉంటుంది.
రెండు ధర్మోడైనమిక్ వ్యవస్థలు వేరు వేరు ఉష్ణోగ్రతల వద్ద డయాతెర్మిక్ సంబంధములోకి తీసుకుని రాబడినప్పుడు, అవి రెండూ వాటి ఉష్ణోగ్రతను వేడి రూపములో ఒకదాని నుండి మరొకటి మార్చుకుంటాయి, ఈ విధంగా ఎక్కువ ఉష్ణోగ్రత ఉన్న వ్యవస్థ నుండి తక్కువ ఉష్ణోగ్రత ఉన్న చల్లటి వ్యవస్థకు ఉష్ణ శక్తి మారుతూ ఉంటుంది. ఈ వేడి ఆ రెండు వ్యవస్థలలో జరగవలసిన పనులు జరిగేలా చూస్తుంది, ఉదాహరణకు, పరిమాణములో లేదా పీడనములలో మార్పులు రావడము వంటివి. ఇలా పని చేయడం ద్వారా వేడి ఇంజన్లు ఉష్ణశక్తిని యాంత్రికశక్తిగా మార్చుతాయి. ఈ రెండు వ్యవస్థలు ఒక ధర్మోడైనమిక్ సమస్థితికి చేరినప్పుడు, అవి రెండు ఒకే ఉష్ణోగ్రత కలిగి ఉంటాయి మరియు ఉష్ణ శక్తి యొక్క మార్పిడి ఆగిపోతుంది.
ఉష్ణ శక్తి మరియు వేడి అనేవి రెండూ ఒక దాని నుండి మరొకటి వైవిధ్యమైనవి. భౌతిక శాస్త్ర ప్రకారము చూస్తే, వేడి అనేది ఒక పద్ధతి యొక్క లక్షణము మాత్రమే, అంటే అది ఒక శక్తి ప్రసారముగా గ్రహించబడినది లేదా తయారు చేయబడినది, కానీ ఇది ఒక ద్రవ్యము యొక్క నిశ్చల స్వభావము కాదు. ద్రవ్యములో వేడి ఉండదు, కానీ ఉష్ణ శక్తిని కలిగి ఉంటుంది. వేడి అనేది ఒక ప్రాంతములోని ఒక అంచు ద్వారా ఒక ద్రవ్యము నుండి మరొక ద్రవ్యమునకు మారే ఉష్ణ శక్తి యొక్క ఒక పద్ధతి.
ఉష్ణ శక్తి అనేది ఒక ద్రవ్యము యొక్క అణువులకు ఉన్న మొత్తము యాంత్రిక శక్తి. "U" అనేది ఒక వ్యవస్థ యొక్క వేడికి కారణము. సూక్ష్మదర్శినిలో చూస్తే ఈ ఉష్ణశక్తి అనేది అణువుల కలగలుపులోని యాంత్రిక చలన శక్తిగా కానీ లేదా క్వాంటం-మెకానికల్ మైక్రోస్టేట్స్ లతో సంబంధము కలిగిన చలన శక్తి యొక్క ఇతర రూపములుగా కానీ ఉన్నట్లుగా కనిపెట్టబడింది. "చలన శక్తి" మరియు "ఉష్ణ శక్తి " ల మధ్య ఉన్న చెప్పుకోతగిన తేడా ఏంటంటే, ఉష్ణ శక్తి అనేది ఒక వరుస లేని శక్తి యొక్క రూపము, అంటే యాదృచ్ఛికముగా కదలికలు కలిగిన అణువుల లేదా వ్యవస్థలోని ఊగిసల నుండి వచ్చిన శక్తి. ఒక వరుసలో కదలికలు ఉన్న శక్తి ఉష్ణ శక్తిగా మారడానికి అభిఘాతములు కారణము అవుతాయి.
మొత్తము చలన శక్తి అంతా ఆ వ్యవస్థ యొక్క డిగ్రీస్ ఆఫ్ ఫ్రీడంగా విభజించబడుతుంది. ఒక అణువు యొక్క సరాసరి శక్తి "f" క్వాడ్రాటిక్ డిగ్రీస్ ఆఫ్ ఫ్రీడంతో ఒక ఉష్ణ బాత్ ఆఫ్ టెంపరేచర్ "T" అనేది ఈక్విపార్టీషియన్ థీరమ్ వలన ఇవ్వబడిన స్టాటిస్టికల్ సరాసరి శక్తి ఇలా ఉంది.
ఇక్కడ "k" అనేది బోల్ట్జ్ మాన్ కాన్స్టంట్. మొత్తం ఒక ద్రవ్య నమూనా యొక్క ఉష్ణ శక్తి లేదా ధర్మోడైనమిక్ వ్యవస్థ అనేది ఆ వ్యవస్థ లోని మొత్తము అణువుల కైనటిక్ శక్తుల సరాసరి. కాబట్టి, ఒక "N" అనబడే సంఖ్యలో ఉన్న అణువుల యొక్క ఉష్ణ శక్తి ఇలా ఉంటుంది.
మాములుగా, "U" అనేది ఆ వ్యవస్థ యొక్క మొత్తము శక్తి కాదు. భౌతికమైన వ్యవస్థలలో రసాయనిక శక్తి లేదా శక్తి మరియు పరిమాణముల సమతుల్యత వలన ఆవిర్భవించిన అణువుల శాంతి స్థానక శక్తి వంటి స్టాటిక్ పొటెన్షియల్ శక్తి కూడా ఉంటుంది.
1847లో ఒక "ఆన్ మాటర్, లివింగ్ ఫోర్స్ అండ్ హీట్" అన్న పేరున్న ఒక ప్రసంగములో, జేమ్స్ ప్రెస్కోట్ జోలెరెండు కొత్త పదములు లేటెంట్ హీట్ మరియు సెన్సిబిల్ హీట్ పరిచయము చేసాడు మరియు ఇవి వరుసగా అణువుల పొటెన్షియల్ మరియు చలన శక్తుల సహజ పద్ధతి పై ప్రభావము చూపిస్తాయి అని తెలిపాడు. అతను లేటెంట్ శక్తి అనేది ఇవ్వబడిన అమరికలో అణువుల మధ్య సంకర్షణ చేయగలిగిన శక్తి అని తెలిపాడు, అంటే ఇది పొటెన్షియల్ శక్తి యొక్క ఒక రూపము అని మరియు సెన్సిబిల్ వేడి అనేది అతను "జీవించి ఉన్న శక్తి " అని పిలిచే ఉష్ణ శక్తి పై ప్రభావము కలిగిన శక్తి అని తెలిపాడు.
ఐడియల్ గాస్ యొక్క సందర్భములో ఉష్ణ శక్తి అనేది చక్కగా నిర్వచించబడినది, ఇది మోనటామిక్ వాయువు తక్కువ ఒత్తిడి వద్ద ఉన్నప్పుడు చక్కగా లెక్కించబడింది. ఐడియల్ గాస్ అనేది చక్కటి గుండ్రని ఆకృతి కలిగి ఉండి, కేవలము ఎలాస్టిక్ సంఘాతముల వలన మాత్రమే సంభాషించుకునే చిన్న పదార్దముల నుండి వస్తుంది మరియు సంఘాతముల మధ్య ఖాళీగా ఉన్న ప్రదేశమును నింపుతాయి, ఎందుకంటే అది వాటి వ్యాసము కంటే చాలా పెద్దగా ఉంటుంది.
ఒక అణువు యొక్క యాంత్రిక కైనటిక్ శక్తి ఇలా ఉంటుంది:
ఇందులో "m" అనేది కణము యొక్క ద్రవ్యరాశి మరియు "v" అనేది దాని యొక్క వేగము. "N" అణువులను కలిగి ఉన్న ఒక వాయు నమూనా యొక్క ఉష్ణ శక్తి అది ఉన్న పాత్ర లేదా వాతావరణములోకి వెళ్లిపోలేదన్న ఊహతో ఉన్న మొత్తము శక్తుల కలబోతగా ఉంటుంది:
ఇక్కడ వేగము పైన ఉన్న గీత మొత్తము దాని సరాసరి విలువ మొత్తము యెన్సేమ్బిల్ మీద లెక్కించబడినది అని సూచిస్తుంది. ఒక నమూనా యొక్క మొత్తము ఉష్ణ శక్తి దాని మాక్రోస్కోపిక్ ఉష్ణోగ్రతకు అనులోమానుపాతములో ఉంటుంది మరియు ఒక స్థిరాంకము యొక్క గుణకములలో ఉంటుంది, ప్రతి అణువు మూడు మార్చుకోగలిగిన డిగ్రీస్ ఆఫ్ ఫ్రీడం ను కలిగి ఉంటుంది మరియు మైక్రోస్కోపిక్ నమూనా, మాక్రోస్కోపిక్ ఉష్ణోగ్రతల మధ్య యూనిట్ లను మార్చుతుంది. ఈ సమీకరణ సూటిగా ఐడియల్ గాస్ నియమాన్ని ఇస్తుంది మరియు ఇది ఐడియల్ గ్యాస్ యొక్క లోపలి శక్తి కేవలము దాని ఉష్ణ శక్తిని మాత్రమే కలిగి ఉంటుంది అని చూపిస్తుంది:
సాంకేతిక శాస్త్రము మరియు సంవిధాన శాస్త్రములలో ముఖ్యముగా సివిల్ శక్తి వాడకము మరియు భావన నిర్మాణములలో వాడడము, వేడి చేసే వ్యవస్థలలో మరియు శక్తిని తయారు చేయడము వంటి వాటిలో "వేడి " మరియు "ఉష్ణ శక్తి " అనేవి చాలా ఎక్కువగా తేడా లేకుండా ఒకదాని స్థానములో ఒకటి వాడబడుతూనే ఉంటాయి.
థర్మోడైనమిక్స్ లో, వేడి అనేది రెండు వ్యవస్థల మధ్య మార్చుకోగలిగేదిగా లేదా ఒక వ్యవస్థ చుట్టు ప్రక్కల ఉండేది అని నిర్వచించబడుతున్నది. థర్మోడైనమిక్స్ యొక్క జిరోత్ నియమం ప్రకారము, వేడి అనేది ఉష్ణ సంబంధములలో ఉష్ణ వ్యవస్థల "మధ్య" వాటి ఉష్ణోగ్రత ఒకేలా ఉన్నప్పుడు మాత్రమే ఒక దాని నుండి మరో దానికి మారుతుంది. తేడా చూపించడము కొరకు, ఒక వ్యవస్థ చక్కగా నిర్వచించబడిన హద్దులతో ఏర్పరచబడింది. వేడి ఆ సరిహద్దు నుండి వ్యవస్థ"లోకి" వచ్చే దిశగా ప్రయాణం చేస్తే, అలా లోపల వచ్చిన మార్పును ధనాత్మక రాశి అని అంటారు, "అప్పటికి ఉన్న " వ్యవస్థను రుణాత్మకము అని అంటారు. వేడి అనేది ఒక వ్యవస్థ యొక్క స్వభావము ఎప్పుడూ కాదు లేదా అది ఆ వ్యవస్థ యొక్క సరిహద్దులలో "ఇమిడి" ఉండదు.
వేడిలా కాకుండా ఉష్ణ శక్తి అనేది ఈ సరిహద్దులకు రెండు వైపులా ఉంటుంది. ఇది వ్యవస్థ యొక్క అణువులలోని అతిసూక్ష్మ మార్పుల యొక్క స్టాటిస్టికల్ సరాసరి మరియు ఆ వ్యవస్థ యొక్క సరిహద్దు గుండా వేడి యొక్క ఆధారము మరియు ప్రభావము ప్రయాణము చేస్తుంది. స్టాటిస్టికల్ గా, ఉష్ణ శక్తి అనేది రెండు వైపులా ఉష్ణోగ్రత ఒకటే అయినప్పటికీ రెండు వ్యవస్థల మధ్య అటు ఇటు మారుతూ ఉంటుంది, అంటే ఆ వ్యవస్థలు ఉష్ణము పరముగా సమతుల్యత కలిగి ఉన్నాయి. ఏది ఏమైనప్పటికీ, సమతుల్యత ఉన్నప్పుడు, "నికరము"గా మారిన ఉష్ణ శక్తి శూన్యము మరియు అందువలన అక్కడ వేడి లేదు.
ఒక వ్యవస్థలో ఉష్ణ శక్తిని వేడి కాకుండా వేరే మార్గముల ద్వారా కూడా పెంచుకోవచ్చు, ఉదాహరణకు యాంత్రిక లేదా విద్యుత్ సంబంధమైన పని వ్యవస్థ పై జరిగినప్పుడు ఉష్ణ శక్తి జనిస్తుంది. ఇలా వేరే వేరే పద్ధతుల వలన కలపబడిన ఉష్ణ శక్తుల మధ్య చెప్పుకోతగిన స్థాయిలో ఏమీ తేడా ఉండదు. శాస్త్రీయమైన థర్మోడైనమిక్స్ లో ఉష్ణ శక్తి స్వభావాన్ని అణువుల పరముగా లేదా బృహదణువుల పరముగా వర్ణించాల్సిన అవసరము లేదు. ఉష్ణ శక్తి లోని ఒక మార్పును ఒక వ్యవస్థలో ప్రవేశపెడితే అది ఎన్ట్రోపిలో మరియు ఆ వ్యవస్థ యొక్క ఉష్ణోగ్రతలలో మార్పు తీసుకువస్తుంది.
ఒక వ్యవస్థతో మార్చుకున్న వేడి ఉష్ణ శక్తిలో మార్పులు మాత్రమే కాకుండా వేరే మార్పులు కూడా తేగలుగుతుంది. ఉదాహరణకు, అది కరగడము లేదా ఆవిరి అవ్వడము వంటి దశలలో మార్పునకు కూడా కారణము అవ్వవచ్చు, ఈ మార్పులు ఆ పదార్ధము యొక్క అమరికలో కనిపిస్తాయి. అలాంటి ఒక శక్తిలో మార్పు అనేది ఉష్ణోగ్రతలో మార్పు వలన కనిపెట్టడం సాధ్యం కాదు కాబట్టి, దీనిని లేటెంట్ హీట్ అని అంటారు మరియు ఇది వ్యవస్థలోని శక్తిలోని పొటెన్షియల్ శక్తిలో మార్పులను సూచిస్తుంది.
ఉష్ణ శక్తి తానే ఇలా ఒక చోటి నుంచి ఇంకో చోటికి వెళ్ళడంలో పాత్ర పోషిస్తున్నప్పటికీ, వేడి కూడా కొన్ని సందర్భములలో ఒకచోటి నుంచి ఇంకో చోటికి వెళ్ళే పద్ధతిలో చూడబడుతుంది, అంటే; అది క్రియా వాచకముగా పనిచేస్తుంది.
"ఉష్ణ శక్తి " అనేది ఒక్కో కణము యొక్క కైనటిక్ శక్తిని సూచించే ఒక ధర్మముగా తరచుగా వాడబడుతున్నది. నిర్దిస్త ఉష్ణ శక్తిని కలిగి ఉన్న ఉష్ణ న్యూట్రాన్ దీనికి ఉదాహరణ, ఇది ఆ కణము యొక్క కైనటిక్ శక్తిగా భావించబడుతుంది మరియు ఇది ఆ చుట్టు ప్రక్కల ఉన్న ఉష్ణోగ్రతకు సమానముగా ఉంటుంది.