04.08.00 – තාපගති විද්‍යාව

අභ්‍යන්තර ශක්තිය

• කිසියම් පද්ධතියක අණු අතර ඇතිවන අන්තර් අණුක ආකර්ෂණ බල නිසා ඇතිවන විභව ශක්තියේත් , පද්ධතියේ අණුවල පවතින උත්තාරණ හා භ්‍රමණ චාලක ශක්තියේත් එකතුව පද්ධතියක අභ්‍යන්තර ශක්තිය වේ.
• පද්ධතියක අණුවල චාලක ශක්තිය,  එහි උෂ්ණත්වය මත රඳා පවතී. උෂ්ණත්වය යනු අණුවල ‍මධ්‍යන්‍ය චාලක ශක්තිය පිළිබඳ මිනුමක් බැවින් උෂ්ණත්වය වැඩිවන විට අණු වල චාලක ශක්තිය වැඩිවී අභ්‍යන්තර ශක්තිය වැඩිවේ.
• කිසියම්  ද්‍රව්‍යයක් ඝනයක්ද,  ද්‍රවයක් ද,  වායුවක්ද යන්න රඳාපවතින්නේ අභ්‍යන්තර ශක්තිය සාපේක්ෂව චාලක ශක්තිය කෙතරම් අඩු ද, වැඩිද යන්නෙනි.
• He, Ne වැනි ඒක පරමාණුක වායු අණු වලට උත්තාරණ චාලක ශක්තිය පමණක් ඇත.
• N₂, O₂, CO₂ වැනි බහු පරමාණුක වායු අණු උත්තාරණ මෙන්ම භ්‍රමණ චලිතයේ ද යෙදෙන නිසා උත්තාරණ හා භ්‍රමණ චාලක ශක්තිය පවතී.
• පරිපූර්ණ වායුවක අන්තර් අණුක බල නොපවතී යැයි සලකන නිසා පරිපූර්ණ වායුවක අභ්‍යන්තර ශක්තිය ලෙස සලකන්නේ චාලක ශක්තිය පමණි.
• කිසියම් වස්තුවක් සතුව පවතින්නේ එහි අභ්‍යන්තර ශක්තියයි. තාප ශක්තිය නොවේ.

වස්තු දෙකක් අතර ශක්තිය සංක්‍රමණය විය හැක්කේ මූලික ක්‍රියාවලි දෙකක් මගිනි.

1. වස්තු දෙකක් අතර උෂ්ණත්ව වෙනස පමණක් හේතුවෙන් එක් වස්තුවක සිට අනිකට  සංක්‍රමණය වන්නා වූ ශක්තිය  තාප ශක්තියයි.
2. යාන්ත්‍රිකව හෝ වෙනත් ක්‍රම මගින් සංක්‍රමණය වන ශක්තිය කාර්යය ලෙස හඳුන්වයි.

නියත පීඩනයක් යටතේ වායුවක් ප්‍රසාරණයේ දී සිදු කරන කාර්යය

• පීඩනය P  වන සිරකළ හරස්කඩ වර්ගඵලය A  පිස්ටනයක් සලකමු.
• වායුව මගින් පිස්ටනය මත ඇති කරන බලය\; = \;PA
• බාහිරින් පිස්ටනයට  යොදන F බලයකින් එය සමතුලිතතාවයේ පවතී.
• වායුව ප්‍රසාරණය වීම නිසා \Delta lදුර ප්‍රමාණයක් ගමන් කරයිද,  එම දුර ඉතා කුඩා නිසා වායුවේ පීඩනය වෙනස් නොවූයේ යැයි සිතමු.

 එවිට, \begin{array}{rcl}\Delta W\;&=&\;F.s\\&=&\;PA.\Delta l\\&=&\;P(A\Delta l)\\&=&\;P\Delta V\\\Delta W\;&=&\;P\Delta V\\&&\end{array}

P – V ( පීඩන –  පරිමා   ප්‍රස්තාරය)   ප්‍රස්තාරයත් පරිමා අක්ෂයත්(V) අතර වර්ගඵලය මගින් පද්ධතිය සිදුකරන කාර්යය ලබාගත හැක

A සිට B දක්වා ක්‍රියාවලියක් සිදුවේ නම්,

V_B\;>\; V_A\\V_B\;-\;V_A\;>\;0\\පරිමා \;වෙනස \;>\; 0\\\Delta V\;>\;0\\ප්‍රසාරණයක්\; සිදුවේ.\\\therefore P\Delta V \;>\;0\\\Delta W\;=\;P\Delta V \;=\;අඳුරු කර\; ඇති\; වර්ගඵලය

C සිට D දක්වා ක්‍රියාවලියක් සිදු වේ නම්,

V_C\;<\; V_D\\සංකෝචනයක් \;සිදු\; වේ.\\V_C\;-\;V_D\;<\,0\\පරිමා \;වෙනස \;< \;0\\\Delta V \;<\; 0\\P\Delta V\; < \;0\\\Delta W \;<\;0\\

 තාප ගති විද්‍යාවේ පළවෙනි නියමය

 පද්ධතියකට සපයනු ලබන තාප ප්‍රමාණය(∆Q), පද්ධතියෙහි අභ්‍යන්තර ශක්තියේ වැඩිවීමේත් (∆U), පද්ධතිය මගින් සිදු කරන කාර්යය ප්‍රමාණයේත් (∆W) එකතුවට සමාන වේ.

\Delta Q \; =\; \Delta U \;+\; \Delta W

∆Q = පද්ධතියකට තාපය සපයන්නේ නම් ∆Q > 0

          පද්ධතියෙන් තාපය ඉවත් වේ නම් ∆Q < 0

∆U =   අභ්‍යන්තර ශක්තිය වැඩි වේ නම්/ උෂ්ණත්වය වැඩි වේ නම් ∆U >0

          උෂ්ණත්වය අඩු වේ නම් ∆U <0

∆W = පද්ධතිය මගින් සිදුකරන ලද කාර්යය ප්‍රමාණය ∆W > 0

          පද්ධතිය මත සිදුකරන ලද කාර්යය ප්‍රමාණය ∆W < 0

පද්ධතියක සිදුවන තාප ගතික ක්‍රියාවලි

සමෝෂ්ණ ක්‍රියාවලිය(U = 0)

 උෂ්ණත්වය නියතව පවති. එම නිසා අභ්‍යන්තර ශක්තිය නොවෙනස්ව පවතී.

\begin{array}{rcl}\Delta Q\;&=&\;\Delta U\;+\;\Delta W\\\Delta Q\;&=&\;0\;+\;\Delta W\\\Delta Q\;&=&\;\Delta W\end{array}

 එම නිසා පද්ධතියට සපයන තාප ප්‍රමාණය මුළුමනින්ම පද්ධතිය මගින් සිදුකරන කාර්යය බවට පත්වේ.

 පරිපූර්ණ වායුවක් සමෝෂ්ණ අවස්ථාවේදී T  නියත බැවින් බොයිල් නියමය පිළිපදී PV = K

PV = K

වායුවක් උෂ්ණත්වය වෙනස් නොවන පරිදි සෙමෙන් සම්පීඩනයක් හෝ ප්‍රසාරණයක් සිදු කරයි නම් එය සමෝෂ්ණ වේ.

ස්ථිරතාපී  ක්‍රියාවලිය (∆Q=0)

කිසියම් ක්‍රියාවලියකට පද්ධතිය භාජනය වන විට තාපය හුවමාරු වීමක් (ඇතුල් වීමක් හෝ මුදාහැරීමක්)  සිදු නොවන්නේ නම් එය ස්ථිරතාපී ක්‍රියාවලියකි.

\begin{array}{rcl}\Delta Q\;&=&\;\Delta U\;+\;\Delta W\\0\;&=&\;\Delta U\;+\;\Delta W\\\Delta U\;&=&-\;\Delta W\end{array}

පද්ධතියක් මගින් සිදුකරන කාර්යය ප්‍රමාණය අභ්‍යන්තර ශක්තියෙන් සපයයි. උෂ්ණත්වය පහල බසී.  අභ්‍යන්තර ශක්තිය අඩුවේ.

පද්ධතිය මත කාර්යයක් සිදුකරයි නම් එය අභ්‍යන්තර ශක්තිය ඉහල නැංවීමට යෙදවේ.

ස්ථිරතාපී ක්‍රියාවලියට භාජනය වන ස්ථිරතාපී ක්‍රියාවලියක

\begin{array}{l}PV^\gamma\;=\;K\;\\\gamma\;=\;\dfrac{C_P}{C_v}\\C_P\;\;-\;නියත\;පීඩනයේදි\;විශිෂ්ඨ\;තාප\;ධාරිතාව\\C_v-නියත\;පරිමාවේදි\;විශිෂ්ඨ\;තාප\;ධාරිතාව\end{array}

 මෙහි \gamma  යනු ප්‍රධාන විශිෂ්ට තාප ධාරිතා දෙක අතර අනුපාතයයි.

 තාප හුවමාරුව සිදු කර ගැනීමට තරම් කාලයක් නොමැතිව ක්ෂණිකව සිදුවන ක්‍රියාවලි ස්ථිරතාපී වේ.

P₁ , V₁ පවතින එකම වායු ස්කන්ධ දෙකක් වෙන වෙනම සමෝෂ්ණ හා ස්ථිරතාපී ක්‍රියාවලි වලට ලක් කළේ නම්,

නියත පීඩන  ක්‍රියාවලි

කිසියම් ක්‍රියාවලියකට පද්ධතිය භාජනය වන විට ක්‍රියාවලිය පුරා පීඩනය නොවෙනස්ව පවතී නම් එය නියත පීඩනයක් යටතේ සිදුවන ක්‍රියාවලියක් වේ.

මෙහිදී සපයන තාපයෙන් කොටසක් අභ්‍යන්තර ශක්තිය ඉහළ නැංවීමටත් ඉතිරිය වටපිටාව මත කාර්යය සිදු කිරීමටත් වැයවේ.

නියත පරිමා/සම පරිමා ක්‍රියාවලි (∆V = 0)

යම් ක්‍රියාවලියක් පුරාවටම පරිමාව නියතව පවතී නම් එය නියත පරිමා ක්‍රියාවලියකි.

\begin{array}{rcl}\bigtriangleup V\;&=&\;0\;\\P\bigtriangleup V\;&=&\;0\\\bigtriangleup Q\;&=&\;\bigtriangleup U\;+\;\bigtriangleup W\\\bigtriangleup Q\;&=&\;\bigtriangleup U\;+\;0\\\bigtriangleup Q\;&=&\;\bigtriangleup U\end{array}

එනම් පද්ධතියට තාපය ලබා දුන් විට සම්පූර්ණ තාප ප්‍රමාණයම පද්ධතියේ අභ්‍යන්තර ශක්තිය නැංවීමට යෙදවේ.

ප්‍රස්තාරය යටත් වන වර්ගඵලයක් නොමැත.

\therefore \Delta W \;=\; 0

පරිපූර්ණ වායුවක් සඳහා පීඩන-පරිමා (PV) වක්‍ර

\begin{array}{l}A\;\rightarrow\;B\;\\\bigtriangleup W\;=වර්ගඵලය\\V_B\;>\;V_A\;නිසා\;\;\triangle V\;>\;0\\P\triangle V\;>\;0\;\\\triangle W\;>\;0\\\end{array}

\begin{array}{l}C\;\rightarrow\;D\;\;\\\;\triangle W\;=\;වර්ගඵලය\;\\\;V_D\;<\;V_C\;\;\;\;\\\triangle V\;<\;0\\\;\triangle W\;<\;0\end{array}

\begin{array}{l}A\rightarrow\;B\;\;\;\\\triangle V\;=\;0\;නිසා\;නියත\;පරිමා\;ක්‍රියාවලියකි\\\;\;B\;\rightarrow C\\\;ක්‍රියාවලියේ\;\;PV\;=\;K\;නිසා\;\\\;සමෝෂ්ණ\;ක්‍රියාවලියක්\;\;\\එනම්,\triangle U\;=\;0\;\\\;\triangle V\;>\;0\;;\;\triangle W\;>\;0\\\;\triangle Q\;=\;\triangle W\;=\;X\;වර්ගඵලය\\C\rightarrow D\;\;\;\\නියත\;පීඩන\;ක්‍රියාවලියකි\\\;\;\triangle W\;>\;0\;\triangle W\;=Y\;වර්ගඵලය\end{array}

\begin{array}{l}ABCD\;ක්‍රියාවලිය\;සළකමු\\\;A\rightarrow B\;\rightarrow\;C\\\;\;\triangle W_1\;>\;0\;\;\;\\\;\;C\;\rightarrow\;D\;\rightarrow A\;\;\\\triangle W_2\;<\;0\;\;\\මුළු\;ක්‍රියාවලියටම\\\;\;\triangle W\;=\;W_1\;-\;W_2\end{array}

Video Links: