Thermodynamics MCQ Quiz in हिन्दी - Objective Question with Answer for Thermodynamics - मुफ्त [PDF] डाउनलोड करें

संकल्पना:

मानक संभवन ऊष्मा

• किसी पदार्थ की मानक संभवन ऊष्मा उस ऊष्मा की मात्रा होती है जो अवशोषित या उत्सर्जित होती है जब एक मोल पदार्थ अपने घटक तत्वों से मानक अवस्थाओं (आमतौर पर 298 K और 1 atm) में बनता है।
• जलीय विलयन में आयनों की मानक संभवन ऊष्मा की गणना ऊष्मागतिक आंकड़ों जैसे कि उन आयनों वाले यौगिकों के क्रिस्टलीकरण और संभवन की ऊष्मा का उपयोग करके की जा सकती है।

व्याख्या:

BaSO₄(s) का मानक संभवन ऊष्मा = Ba²⁺ (जलीय) का मानक संभवन ऊष्मा + SO₄²⁻ (जलीय) का मानक संभवन ऊष्मा + BaSO₄(s) का मानक क्रिस्टलीकरण ऊष्मा

• समीकरण को पुनर्व्यवस्थित करना:

  Ba²⁺ (जलीय) का मानक संभवन ऊष्मा = BaSO₄(s) का मानक संभवन ऊष्मा - SO₄²⁻ (जलीय) का मानक संभवन ऊष्मा - BaSO₄(s) का मानक क्रिस्टलीकरण ऊष्मा

• मानों को प्रतिस्थापित करना:
  • Ba²⁺ (जलीय) का मानक संभवन ऊष्मा = -349 kcal/mol - (-216 kcal/mol) - (-4.5 kcal/mol)
  • = -349 + 216 + 4.5
  • = -128.5 kcal/mol

इसलिए, Ba²⁺ (जलीय) का मानक संभवन ऊष्मा -128.5 kcal/mol है।

संकल्पना:

एन्थैल्पी परिवर्तन (ΔH) और ऊर्जा आरेख

• किसी अभिक्रिया का एन्थैल्पी परिवर्तन (ΔH) उत्पादों और अभिकारकों के बीच ऊर्जा में अंतर को दर्शाता है।
• जब ΔH ऋणात्मक होता है, तो अभिक्रिया ऊष्माक्षेपी होती है, जिसका अर्थ है कि ऊर्जा मुक्त होती है और उत्पादों में अभिकारकों की तुलना में कम ऊर्जा होती है।
• ऊष्माक्षेपी अभिक्रियाओं के लिए ऊर्जा आरेख अभिकारकों को उच्च ऊर्जा स्तर से शुरू करते हुए और उत्पादों को निम्न ऊर्जा स्तर पर दिखाते हैं, उनके बीच ऊर्जा में "गिरावट" होती है।

व्याख्या:

• दी गई अभिक्रिया में:

  C(s) + 2H₂(g) → CH₄(g); ΔH = -74.8 kJ mol^-1

• ΔH ऋणात्मक है, यह दर्शाता है कि अभिक्रिया ऊष्माक्षेपी है।
• इस अभिक्रिया के लिए ऊर्जा आरेख में:
  • अभिकारक (C और H₂) उच्च ऊर्जा स्तर से शुरू होते हैं।
  • उत्पाद (CH₄) निम्न ऊर्जा स्तर पर होते हैं, यह दर्शाता है कि अभिक्रिया के दौरान ऊर्जा मुक्त होती है।
  • अभिकारकों और उत्पादों के बीच ऊर्जा में अंतर ΔH (74.8 kJ mol^-1) के परिमाण से मेल खाता है।

इसलिए, सही ऊर्जा आरेख उत्पादों की तुलना में अभिकारकों को उच्च ऊर्जा स्तर पर दिखाएगा, जिसमें 74.8 kJ mol^-1 की ऊर्जा में गिरावट होगी।

अवधारणा :

• स्थिर दाब पर एन्थैल्पी परिवर्तन: इसे स्थिर दाब पर विनिमय की गई ऊष्मा के रूप में परिभाषित किया जाता है, और इसे निम्न सूत्र द्वारा दर्शाया जाता है: ΔH = ΔU + PΔV
• ऊष्मप्रवैगिकी का पहला नियम: यह नियम बताता है कि ऊर्जा को न तो बनाया जा सकता है और न ही नष्ट किया जा सकता है, केवल रूपांतरित किया जा सकता है। इसे इस प्रकार व्यक्त किया जाता है: ΔU = q + w , जहाँ:
  • ΔU = आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन
  • q = निकाय में जोड़ी गई ऊष्मा
  • w = निकाय पर किया गया कार्य
• स्थिर आयतन पर एन्थैल्पी परिवर्तन: स्थिर आयतन पर, कोई कार्य नहीं किया जाता (w = 0), इसलिए दी गई ऊष्मा आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन के बराबर होती है। यह आदर्श गैसों से भी संबंधित है: q_p = ΔU + Δn_gRT
• यादृच्छिकता की कोटि में परिवर्तन: यह एन्ट्रॉपी (ΔS) से जुड़ा हुआ है। एक उत्क्रमणीय प्रक्रम में एन्ट्रॉपी परिवर्तन को इस प्रकार परिभाषित किया जाता है: ΔS = q_rev/T_{प्रारंभिक}

व्याख्या:

• A - (r): स्थिर दाब पर एन्थैल्पी परिवर्तन ΔH = ΔU + PΔV द्वारा दिया जाता है। इसलिए, A (r) से मेल खाता है।
• B - (p): ऊष्मागतिकी का पहला नियम ΔU = q + w है। इसलिए, B (p) से मेल खाता है।
• - (q): स्थिर आयतन पर तथा आदर्श गैसों के लिए, संबंध q_p = ΔU + Δn _g RT सत्य है। इसलिए, C, (q) से मेल खाता है।
• D - (s): यादृच्छिकता या एन्ट्रॉपी में परिवर्तन ΔS = q_rev/T_{प्रारंभिक} द्वारा परिभाषित किया जाता है। इसलिए, D (s) से मेल खाता है।

इसलिए, सही उत्तर विकल्प (a) है: A-(r), B-(p), C-(q), D-(s)।

संकल्पना:

एन्थैल्पी परिवर्तन और हेस का नियम

• किसी अभिक्रिया का एन्थैल्पी परिवर्तन (ΔH) रासायनिक अभिक्रिया के दौरान अवशोषित या मुक्त ऊष्मा को दर्शाता है।
• हेस का नियम कहता है कि किसी अभिक्रिया का कुल एन्थैल्पी परिवर्तन लिए गए पथ से स्वतंत्र होता है और केवल प्रारंभिक और अंतिम अवस्थाओं पर निर्भर करता है।
• यदि किसी अभिक्रिया को उत्क्रमित कर दिया जाता है, तो ΔH का चिह्न भी उत्क्रमित हो जाता है।

व्याख्या:

• दिए गए आरेख से, निम्नलिखित एन्थैल्पी परिवर्तन दिए गए हैं:
  • \(A \to 2B : Δ H_1 = +10 J \\ 2B \to C : Δ H_2 = +25 J\)
• A → C के लिए कुल एन्थैल्पी परिवर्तन इस प्रकार दिया गया है:

  \(Δ H_{\text{total}} = Δ H_1 + Δ H_2 \\ Δ H_{\text{total}} = 10 + 25 = 35 J\)

• उत्क्रमित अभिक्रिया C से A के लिए ΔH ज्ञात करने के लिए, हम एन्थैल्पी परिवर्तन का निषेध करते हैं:

  \(Δ H_{C \to A} = -35 J\)

इसलिए, अभिक्रिया C से A के लिए एन्थैल्पी परिवर्तन (ΔH) -35 J है।

व्याख्या:-

Q = 500 g × 4.18 J/g·°C × 25°C

Q = 52,250 J

• सूत्र Q = mcΔT का उपयोग करके, हम मान प्रतिस्थापित करते हैं:
• आवश्यक कुल ऊष्मा 52,250 J (जूल) है।

इसलिए कुल ऊष्मा  52,250 J है।

अवधारणा :

• वाष्पीकरण की गुप्त ऊष्मा: तरल अवस्था से किसी पदार्थ को उसकी गैसीय अवस्था में बदलने के लिए आवश्यक ऊष्मा ऊर्जा को वाष्पीकरण की गुप्त ऊष्मा कहते हैं।
  • जब वाष्प एक तरल में बदल जाता है तो यह अवमुक्त ऊष्मा ऊर्जा की मात्रा है।
• संलयन की गुप्त ऊष्मा: ठोस अवस्था से द्रव की अवस्था में परिवर्तन के लिए आवश्यक ऊष्मा ऊर्जा को संलयन की गुप्त ऊष्मा कहा जाता है।
  • यह भी अवमुक्त ऊष्मा ऊर्जा की मात्रा है जब गलनांक पर तरल ठोस में बदल जाता है।
• निकाय की विशिष्ट ऊष्मा या विशिष्ट ऊष्मा क्षमता (C) निकाय के एक इकाई द्रव्यमान के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा होती है जो तापमान को 1 डिग्री सेल्सियस तक बढ़ा सकती है।
• तापीय क्षमता (S): किसी द्रव्यमान के लिए उसके तापमान में एक इकाई परिवर्तन उत्पन्न करने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा को उस पदार्थ की तापीय क्षमता / ऊष्मा क्षमता कहते हैं।

व्याख्या:

• प्रावस्था परिवर्तन के दौरान पदार्थ को दी गई ऊष्मा को गुप्त ऊष्मा कहा जाता है। यह प्रावस्था परिवर्तन के आधार पर या तो संलयन की गुप्त ऊष्मा या वाष्पीकरण की गुप्त ऊष्मा हो सकती है। तो विकल्प 2 सही है।

अतिरिक्त बिंदु:

ये गुप्त ऊष्मा से संबंधित कुछ महत्वपूर्ण शब्द हैं

• तरल से ठोस: ठोसकरण की गुप्त ऊष्मा
• वाष्प से तरल: बाष्पीभवन/ वाष्पीकरण की गुप्त ऊष्मा (CD)
• वाष्प से तरल: संघनन की गुप्त ऊष्मा

स्पष्टीकरण:

जूल-थॉमसन गुणांक:- जब स्थिर प्रवाह में गैस को संकीर्णन से पारित किया जाता है, उदाहरण के लिए एक छिद्र या वाल्व के माध्यम से, तो सामान्यतौर पर इसके तापमान में बदलाव होता है। ऊष्मागतिकी के प्रथम नियम के अनुसार, ऐसी प्रक्रिया सम-तापीय धारिता होती है और उपयोगी रूप से जूल-थॉमसन गुणांक को हम निम्नवत परिभाषित कर सकते हैं:

\(\mu = {\left( {\frac{{\partial T}}{{\partial P}}} \right)_H}\)

तापमान में परिवर्तन के एक माप के रूप में जो निर्माण के दौरान दबाव में पात के परिणामस्वरूप होता है।

• एक आदर्श गैस के लिए, μ = 0, क्योंकि आदर्श गैसें न तो गर्म होती हैं और न ही स्थिर तापीय धारिता पर विस्तारित होने पर ठंडी होती हैं।
• यदि μ, + ve है तो उपरोध के दौरान तापमान गिर जाएगा।
• यदि μ, -ve है तो उपरोध के दौरान तापमान बढ़ जाएगा।

वर्णन:

क्रांतिक बिंदु:

• उस बिंदु को क्रांतिक बिंदु कहा जाता है जिसपर एक शुद्ध पदार्थ की संतृप्त द्रव्य रेखा और संतृप्त वाष्प रेखा एक-दूसरे से मिलती है। 
• क्रांतिक बिंदु पर द्रव्य को प्रत्यक्ष रूप से दो-चरण वाले परिवर्तन के बिना वाष्प में परिवर्तित किया जाता है। इसलिए क्रांतिक बिंदु पर वाष्पीकरण की तापीय धारिता शून्य होती है अर्थात् क्रांतिक बिंदु पर संतृप्त द्रव्य और संतृप्त वाष्प चरण एक-दूसरे के समरूप होते हैं। 
• नीचे दी गयी आकृति एक शुद्ध पदार्थ (पानी) के लिए P - V आरेख को दर्शाती है। 

​

क्रांतिक बिंदु से नीचे गुप्त ऊष्मा की आवश्यकता पानी को वाष्प में परिवर्तित करने के लिए होती है लेकिन इस बिंदु पर किसी भी गुप्त ऊष्मा की आवश्यकता नहीं होती है अर्थात् इस बिंदु पर गुप्त ऊष्मा शून्य के बराबर होता है। 

पानी के लिए क्रांतिक बिंदु के मानदंड निम्न हैं:

दबाव (P_c) = 22 MPa, तापमान (T_c) = 374°C

त्रिक बिंदु

• त्रिक बिंदु P-T आरेख पर एक बिंदु है जहाँ सभी तीन चरण ठोस, द्रव्य और गैस समतुल्यता में मौजूद होते हैं। 
• त्रिक बिंदु रेखा से नीचे दबाव पर पदार्थ द्रव्य चरण में मौजूद नहीं हो सकता है और पदार्थ को गर्म करने पर ठोस से वाष्प में वायुमंडल से उर्ध्वपातन की गुप्त ऊष्मा को अवशोषित करके रूपांतरित होती है। 
• त्रिक बिंदु केवल उर्ध्वपातन और वाष्पीकरण वक्रों की प्रतिच्छेदन बिंदु है। 
• यह ज्ञात है कि ‘P-T’ आरेख पर त्रिक बिंदु को एक बिंदु द्वारा दर्शाया गया है और ‘P-V’ आरेख पर यह एक रेखा है और ‘U-V’ आरेख पर यह एक त्रिभुज है। साधारण पानी की स्थिति में त्रिक बिंदु 4.58 mm Hg के एक दबाव पर और 0.01°C के तापमान पर है।  

dh = CpdT, इसलिए विशिष्ट एन्थैल्पी केवल तापमान का एक फलन है।

आदर्श गैस को एक गैस के रूप में परिभाषित किया जाता है जो स्थिति के निम्नलिखित समीकरण का पालन करती है: Pv = RT

एक आदर्श गैस की आंतरिक ऊर्जा केवल तापमान का एक फलन है। यानी, u = u(T)

एन्थैल्पी की परिभाषा और एक आदर्श गैस की अवस्था के समीकरण का उपयोग करते हुए, h = u + Pv = u + RT

चूँकि R एक स्थिरांक है और u = u(T), यह इस प्रकार है कि एक आदर्श गैस की एन्थैल्पी भी केवल तापमान का एक फलन है।

h = h(T)

u और h एक आदर्श गैस के लिए तापमान पर निर्भर करती है, स्थिर आयतन और स्थिर दबाव विशिष्ट ऊष्मा cv और cp भी तापमान पर ही निर्भर करते हैं। cv = cv (T), cP = cP (T) 

सभी आदर्श गैसों के लिए:

• स्थिर आयतन (cv) पर विशिष्ट ऊष्मा केवल T का एक फलन है।
• स्थिर दाब (cp) पर विशिष्ट ऊष्मा केवल T का फलन है।
• एक संबंध जो विशिष्ट ऊष्मा cp, cv, को जोड़ता है और गैस स्थिरांक cp - cv = R है
• विशिष्ट ऊष्मा अनुपात, γ = cp/cv, केवल T का एक फलन है और एकल से बड़ा है।

संकल्पना:

• ऊष्मागतिकी का पहला नियम उपयोग की गई ऊष्मा की मात्रा और यांत्रिक कार्यों के बीच समानता स्थापित करता है, लेकिन यह उन शर्तों को निर्दिष्ट नहीं करता है जिनके तहत ऊष्मा का कार्य में रूपांतरण संभव है, और न ही यह निर्दिष्ट करता है कि किस दिशा में ऊष्मा का हस्तांतरण हो सकता है।
• ऊष्मागतिकी का दूसरा नियम बताता है कि ऊष्मा प्राकृतिक रूप से एक ऊर्जा कुंड से कम तापमान पर दूसरे में प्रवाहित होगी, लेकिन बिना सहायता के विपरीत दिशा में प्रवाहित नहीं हो सकती है। यह बहुत महत्वपूर्ण है क्योंकि एक ऊष्मा इंजन विभिन्न तापमानों पर दो ऊर्जा कुंडों के बीच संचालित होता है।

सही विकल्प उपर्युक्त में से कोई नहीं है।

अवधारणा:

• SI इंजन ईंधन की रेटिंग उनकी एंटीलॉक गुणधर्म पर आधारित है।
• किसी विशेष ईंधन की रेटिंग उसके प्रदर्शन की तुलना मानक संदर्भ ईंधन के साथ करके की जाती है, जो आमतौर पर आइसो-ऑक्टेन (C8H18) और सामान्य हेप्टेन (C7H18) प्लस टेट्राएथिल लेड का संयोजन होता है।
• आइसो-ऑक्टेन एक बहुत अच्छा एंटी-नॉक ईंधन है, इसलिए इसे मनमाने ढंग से 100 ऑक्टेन संख्या की रेटिंग दी गई है।

स्पष्टीकरण:

• किसी इंजन के प्रदर्शन या विमानन गैसोलीन की गुणवत्ता को मापने का एक सामान्य तरीका ऑक्टेन संख्या या ऑक्टेन रेटिंग का उपयोग करना है।
• ​आइसो-ऑक्टेन का ऑक्टेन नंबर 100 होता है।
• नियो-ऑक्टेन ऑक्टेन पैमाने के लिए मानक संदर्भ यौगिक नहीं है।
• n-ऑक्टेन (सामान्य ऑक्टेन) का ऑक्टेन नंबर कम होता है, लेकिन यह शून्य नहीं होता।
• ऑक्टेन रेटिंग पैमाने का शून्य बिंदु, n-ऑक्टेन, ऑटोइग्निशन या दहन को अधिक तीव्रता से घटित करने का कारण बनता है।

अवधारणा:

ऊष्मा और कार्य दोनों सीमा घटना हैं। दोनों को केवल प्रणाली की सीमा पर देखा जाता है और दोनों प्रणाली की सीमा को पार करने वाली ऊर्जा को दर्शाती है। 

बिंदु फलन: 

• तापमान, दबाव, घनत्व, आयतन, तापीय धारिता, एंट्रॉपी इत्यादि जैसे उस ऊष्मागतिक गुण को बिंदु फलन के रूप में जाना जाता है जो केवल अंतिम अवस्था (पालन किये जाने वाले पथ से स्वतंत्र) पर निर्भर करते हैं।

पथ फलन:

• ऊष्मा और कार्य जैसे उस ऊष्मागतिक गुण को पथ फलन के रूप में जाना जाता है जो अंतिम अवस्था व पालन किये जाने वाले पथ पर निर्भर करते हैं। 

एंट्रोपी:

• द्वितीय नियम यह निर्दिष्ट करता है कि स्वतःप्रवर्तित प्रक्रियाओं के कारण कुल एंट्रोपी में वृद्धि होती है
• कुल एंट्रोपी दी गई अवस्था के तहत उच्चतम संभव स्तर पर पहुँचने तक बढती है
• इस प्रकार, साम्यावस्था की अवस्था अधिकतम कुल एंट्रोपी की अवस्था है
• इस प्रकार द्वितीय नियम को इस प्रकार कहा जा सकता है कि "कुल एंट्रोपी अधिकतम की ओर अग्रसर होती है"
• तृतीय नियम निर्दिष्ट करता है कि पदार्थ की एंट्रोपी का मान परम शून्य तापमान पर शून्य होता है और यह अधिकतम कोटि की नियमितता को दर्शाता है 
• एंट्रोपी, निकाय में अनियमितता की कोटि होती है
• गैसों की एंट्रोपी द्रवों से बहुत अधिक होती है और द्रवों की एंट्रोपी ठोस से अधिक होती है
• इसलिए ठोस अवस्था में एंट्रोपी न्यूनतम होती है
• उत्क्रमणीय प्रक्रिया में कुल एंट्रोपी परिवर्तन शून्य (यहाँ एंट्रोपी संरक्षण होता है) होता है और अनुत्क्रमणीय प्रक्रिया में धनात्मक होता है

वर्णन:

ऊष्मागतिक का दूसरा नियम:

समतुल्यता में नहीं रहने वाली एक पृथक प्रणाली की एंट्रॉपी में समय के साथ बढ़ने की प्रवृत्ति होगी, जो समतुल्यता पर अधिकतम मान तक पहुंच जाता है।

The 2nd law of thermodynamics provides the feasibility or the spontaneity or the direction of possible energy conversion through the concept of entropy and states that every spontaneous process is an irreversible process.

Clausius's statement of the Second Law of Thermodynamics:

It is impossible to construct a system that will operate in a cycle, and transfers heat from the low-temperature reservoir (or object) to the high-temperature reservoir (or object) without any external effect or work interaction with the surrounding.

• It is impossible to construct a device that operates on a cycle and produces no effect other than the transfer of heat from a lower temperature body to a higher temperature body.
• The Clausius statement is related to refrigerators as well as heat pumps.

दूसरे प्रकार का निरंतर गति यंत्र (PMM2) : 

एक कल्पित यंत्र जो केवल एक कुंड के साथ ऊष्मा का आदान-प्रदान करके एक पूर्ण चक्र में शुद्ध कार्य उत्पन्न करता है उसे PMM2 कहा जाता है।

यह केल्विन प्लैंक कथन का उल्लंघन करता है।

यदि Q2 = 0

यानी Wशुद्ध = Q1

या दक्षता = 100%

ऊष्मा इंजन केवल सिग्नल जलाशय के साथ ऊष्मा का आदान-प्रदान करके एक पूर्ण चक्र में नेटवर्क का उत्पादन करेगा और इस प्रकार केल्विन-प्लांक कथन का उल्लंघन करेगा।

इस प्रकार, PMM2 ऊष्मागतिकी के दूसरे नियम का उल्लंघन करता है और यह एक काल्पनिक मशीन है।

इस प्रकार एक निरंतर गति मशीन एक काल्पनिक मशीन है जिसका संचालन ऊष्मागतिकी के नियम का उल्लंघन करेगा।

ऊष्मागतिकी का तीसरा नियम:

जैसे-जैसे तापमान निरपेक्ष शून्य तक पहुंचता है, प्रणाली/ क्रिस्टल की एन्ट्रापी एक स्थिर न्यूनतम तक पहुंच जाती है।

 0 K पर ΔST = 0

जहां ΔS = एन्ट्रापी में परिवर्तन

अवधारणा:

गहन गुण: यह प्रणाली के वे गुण हैं जो विचाराधीन भार से स्वतंत्र हैं। उदाहरण के लिए दबाव, तापमान, घनत्व

व्यापक गुण: वे गुण जो विचाराधीन प्रणाली के द्रव्यमान पर निर्भर करते हैं।

उदाहरण के लिए आंतरिक ऊर्जा, तापीय धारिता, आयतन, उत्क्रम माप

नोट:

सभी विशिष्ट गुण गहन गुण हैं।

उदाहरण के लिए विशिष्ट मात्रा, विशिष्ट उत्क्रम माप आदि।

स्पष्टीकरण:

उपरोक्त स्पष्टीकरण से, हम देख सकते हैं कि एक व्यापक गुण वह है जो किसी भी गहन कार्यों पर निर्भर करता है।

इस प्रकार दबाव और तापमान को गहन गुण माना जाता है जबकि विशिष्ट ताप क्षमता केवल सामग्री के प्रकार पर निर्भर करती है इसलिए इसे गहन गुण माना जाता है।

साथ ही, आंतरिक ऊर्जा केवल तापमान पर निर्भर होती है इसलिए इसे व्यापक गुण माना जाता है।