ताप की अभिधारणा क्या है concept of temperature in zeroth law of thermodynamics in hindi

ताप की अभिधारणा क्या है concept of temperature in zeroth law of thermodynamics in hindi ?

ताप की अभिधारणा तथा ऊष्मागतिकी का शून्यवां नियम (Concept of Temperature and Zeroth Law of Thermodynamics)

पिछले खण्ड में यह देखा गया है कि ऊष्मागतिक प्राचल β के निम्नलिखित दो गुण होते हैं :

(i) यदि दो निकाय पृथक रूप से साम्यावस्था में है और इन्हें समान प्राचल β से व्यक्त किया जाता है तो ऊष्मीय सम्पर्क कराने पर भी उनके प्राचल β  समान रहते हैं और उनके मध्य नेट ऊष्मा विनिमय नहीं होता है अर्थात् वे साम्यावस्था में रहते हैं।

हैं

(ii) यदि दो निकाय पृथक रूप से साम्यावस्था में हैं परन्तु उनके प्राचल B समान नहीं हैं तो ऊष्मीय सम्पर्क होने पर उनके बीच साम्यावस्था नहीं रहती है और ऊष्मा विनिमय होता है।

अब हम तीन निकाय A, B, C लेते हैं जो पृथक रूप से साम्यावस्था में हैं। यदि निकाय C को निकाय A के ऊष्मीय सम्पर्क में रखने पर इन निकायों के बीच ऊष्मा विनिमय नहीं होता है तो β_c = β_A । यदि यही निकाय C, निकाय् B के ऊष्मीय सम्पर्क में रखने पर भी इन निकायों के बीच ऊष्मा विनिमय नहीं होता है अर्थात् βc = β_B तो यह निष्कर्ष निकलता है कि यदि निकायों A व B में भी ऊष्मीय सम्पर्क करा दें तो उनके मध्य भी किसी प्रकार का ऊष्मा विनिमय नहीं होगा। सारांश में उपरोक्त तथ्य को निम्न कथन से व्यक्त किया जा सकता है-

यदि दो निकाय एक तीसरे निकाय से अलग-अलग ऊष्मीय साम्यावस्था में हों तो वे आपस में भी ऊष्मीय साम्यावस्था में होते हैं। ऊष्मीय साम्यावस्था के सम्बन्ध में यह एक महत्त्वपूर्ण नियम है। इसे ऊष्मागतिकी का शून्यवां नियम (Zeroth law of thermodynamics) कहते हैं।

इस प्रकार B एक ऐसा मूल ऊष्मागतिक प्राचल है जो ऊष्मीय संतुलन में निकायों के लिए समान होता है। B से सम्बद्ध विमाहीन राशि T = ( 1 / kβ ) परम ताप ( absolute temperature) कहलाती है। इस प्रकार यदि दो निकाय ऊष्मीय सम्पर्क में रखने पर ऊष्मीय संतुलन में बने रहते हैं अर्थात् उनके मध्य नेट ऊष्मा का विनिमय नहीं होता है तो उनके ताप समान होंगे।

उपरोक्त नियम के आधार पर कार्य करने वाले ऐसे उपकरण, जिनके द्वारा यह ज्ञात करना संभव हो कि कोई दो निकाय ऊष्मीय सम्पर्क में लाने पर ऊष्मा का विनिमय करेंगे या नहीं अर्थात् वे साम्यावस्था में हैं या नहीं, तापमापी कहलाते हैं।

परम ताप के गुण (Properties of Absolute Temperature)

(i) खण्ड (1.4) के समीकरण ( 12 ) व ( 13 ) के द्वारा परम ताप की परिभाषा से,

अर्थात् β व T दोनों सदैव धनात्मक होते हैं।                           ………..(2)

इस प्रकार सभी सामान्य निकायों का परम ताप सदैव धनात्मक होता है।

(ii) परम ताप के परिमाण के आकलन के लिए Ω(E) की ऊर्जा E पर सन्निकटत: निर्भरता

ले सकते हैं जहाँ | निकाय की स्वातन्त्र्य कोटियों की संख्या तथा Eo निकाय की मूल अवस्था में ऊर्जा है। समीकरण (3) का लॉगरिथ्म लेने पर.

इससे स्पष्ट होता है कि परमताप T पर राशि KT निकाय की मूलभूत अवस्था में ऊर्जा के सापेक्ष प्रति स्वातंत्र्य कोटि माध्य ऊर्जा की अधिकता के सन्निकटतः बराबर होती है। ऊष्मीय सम्पर्क में संतुलनावस्था में समान ताप T होने का तात्पर्य है कि उनमें ऊष्मीय ऊर्जा के विनिमय द्वारा प्रति स्वतान्त्र्य कोटि माध्य ऊर्जा समान हो जाती है।

(iii) समीकरण (4) से

जो सदैव धनात्मक होगा।

अर्थात् निकाय की ऊर्जा E में वृद्धि होने से ताप T में भी वृद्धि होती है या ताप T, ऊर्जा E का वर्धमान फलन (increasing function) होता है।
(iv) समीकरण (7) निकायों के बीच ताप T व ऊष्मा बहाव की दिशा के सम्बन्ध को भी व्यक्त करता है। इस सम्बन्ध को समझने के लिए माना दो निकाय A व B प्रारम्भ में ताप T_A और T_B पर पृथक रूप साम्यावस्था में हैं।
इब इनको ऊष्मीय सम्पर्क में रखते हैं तो एक निकाय ऊष्मा अवशोषित करता है तथा दूसरा निकाय ऊष्मा उत्सर्जित करता है जब तक कि दोनों निकाय संतुलनावस्था में न आ जायें। साम्यावस्था में, माना अन्तिम ताप T_f हो जाता है। यदि यह मान लें कि निकाय A ऊष्मा अवशोषित करता है अर्थात् इसकी ऊर्जा में वृद्धि होती है तो इसके ताप में वृद्धि होगी इसलिए T_f > T_A इसी प्रकार दूसरा निकाय B ऊष्मा उत्सर्जित करता है तो उसके लिए T_f < T_B इस प्रकार

T_A < T_f < T_B
अत: जब दो निकाय ऊष्मीय सम्पर्क में रखते हैं तो जिस निकाय का ताप कम होता है वह ऊष्मा अवशोषित करता है और वह शीतल या ठण्डा (cold) निकाय कहलाता है। जिस निकाय का ताप अधिक होता है वह ऊष्मा का उत्सर्जन करता है और वह ऊष्ण (hot) निकाय कहलाता है। अतः ऊष्मा उच्च परम ताप से निम्न ताप की ओर प्रवाहित होती है।

ताप पैमाना (Scale of Temperature)

किसी निकाय की ऊष्णता ( hotness ) के डिग्री का बोध कराने के लिए निकाय के एक नवीन भौतिक राशि, जिसे ताप कहते हैं, को एक संख्या द्वारा व्यक्त किया जाता है। इस संख्या के निर्धारण के लिए ताप या इस संख्या का मापक्रम (scale) का होना आवश्यक है। वह उपकरण जिसमें ताप का मापक्रम उपयोग में लाया जाता है उसे तापमापी (Thermometer) कहते हैं । ताप का मापक्रम बनाने के लिए ऐसे दो स्थिर बिन्दुओं ( ताप के सापेक्ष) को चुनते हैं जिन्हें किसी भी समय सरलता से प्राप्त किया जा सके। उदाहरण के तौर पर जल के दो स्थिर बिन्दु हिमांक (ice point) एवं भाप बिन्दु (steam point ) जिनके अन्तर ( प्रमाणिक अन्तर) को 100 बराबर भागों में बाँट लेते हैं। इस प्रकार प्राप्त प्रत्येक भाग को डिग्री कहते हैं तो ताप का मात्रक कहलाता है। ताप पैमाने को सेन्टीग्रेड या सेलसियस कहते हैं। वैज्ञानिक कार्यों में इस ताप पैमाने का प्रयोग सर्वाधिक किया जाता है। ऊष्मा के कारण पदार्थों के अनेक भौतिक गुणों में परिवर्तन होते हैं परन्तु ताप मापन के लिए पदार्थों के किसी ऐसे गुण का चयन करते हैं जो ताप का रेखीय फलन (linear function) होता है अर्थात् ताप के अनुक्रमानुपाती होता है। अतएव

यहाँ a नियतांक है तथा मापक गुण x का ताप के साथ स्वैच्छिक रूप में रेखीय सम्बन्ध लिया है ताकि ताप का मापक्रम रैखिक हो । यदि एक तापमापी को किसी ज्ञात ताप T1 वाले निकाय में रखने पर ऊष्मीय साम्यावस्था में उस निकाय का ताप मापक गुण x का मान x1 प्राप्त होता है तो समीकरण (1) से

समीकरण (2) से स्पष्ट है कि यदि किसी निकाय का ताप T ज्ञात करना चाहते हैं तो दूसरे निकाय का ताप ज्ञात होना आवश्यक होता है। इसलिए एक मानक निकाय का चयन करते हैं जिसका ताप यर्थाथतः ज्ञात हो । उदाहरण के तौर पर जल का त्रिक बिन्दु ( triple point ) जिस पर जल की तीनों अवस्थाऐं बर्फ, जल एवं वाष्प तीनों साम्यावस्था में होते हैं, को मानक ताप (standard temperature) (4.58 मि.मी. दाब पर 273.16 K) के रूप में लेते हैं।