حر حرکیات
حَرحرکیات (عربی کے لفظ "حر" یعنی حرارت اور ‘‘حرکیات’’ یعنی حرکت کا مطالعہ سے ماخوذ ہے۔(انگریزی: Thermodynamics)
حرحرکیات میں اجسام یا نظامات کے زرّات کی حرکت کا تجزیہ کرکے ان اجسام کے درجہ حرارت، دباؤ اور حجم میں تبدیلی کے اثر کا مطالعہ کیا جاتا ہے۔
آسان الفاظ میں یوں کہا جا سکتا ہے کہ طبیعیات کی وہ شاخ جس میں اجسام یعنی مادّہ کے جوہروں یا سالموں کی اِرتعاشی حرکت کے اثرات کا مطالعہ کیا جاتا ہے، ‘‘حرحرکیات’’ کہلاتی ہے۔
طبیعیات کی یہ شاخ علم کیمیاء میں بھی وسیع طور پر استعمال ہوتی ہے۔
حرحرکیات کی بُنیاد قانون ہائے حرحرکیات ہیں، جو یہ بتاتے ہیں کہ طبیعی نظاموں کے درمیان توانائی بطورِ کام یا حرارت منتقل ہو سکتی ہے۔
تاریخی طور پر، حرحرکیات کے علم کا وجود ابتدائی بھاپ کے انجن کی کارکردگی کو بڑھانے کی خواہش کے نتیجے میں آیا۔ خاص طور فرانسیسی ماہر طبیعیات سادی کارنو (1824) کے کام سے، جس کا خیال تھا کہ انجن کی کارکردگی وہ کنجی ہے جو فرانس کو نپولینی جنگوں میں فتح دلانے میں مدد کرسکتی ہے۔ اسکاٹ آئرش طبیعیات دان لارڈ کیلون نے 1854 میں سب سے پہلے حرحرکیات کی ایک جامع تعریف پیش کی جس کے مطابق، "حرحرکیات حرارت کی ان قوتوں کے ساتھ رشتے کو بیان کرتی ہے جو کسی جسم کے اجزاء پر عمل کرتی ہیں اور حرارت کے حرکت کے ساتھ تعلق کو بیان کرتی ہے"۔ جرمن طبیعیات دان اور ریاضی دان روڈولف کلاسئس نے کارنو کے اصول کو دوبارہ بیان کیا جو کارنو چکر/سائیکل کے نام سے جانا جاتا ہے اور اس طرح حرارت کا ایک ایسا نظریہ پیش کیا جو زیادہ مبنی بر حقیقت تھا۔ اس کی سب سے اہم تحقیق جو 1850 میں "حرارت بطور قوت محرکہ" کے عنوان سے شائع ہوئی، میں پہلی دفعہ حرحرکیات کے دوسرے قانون کو بیان کیا گیا۔ 1865 میں اس نے انٹروپی کا تصور متعارف کرایا۔ 1870 میں اس نے ویرئیل تھیورم پیش کیا جس کا اطلاق حرارت پر ہوتا ہے۔
میکانکی حرارتی انجنوں پر حرحرکیات کا یہ اطلاق جلد ہی کیمیائی مادوں اور کیمیائی تعمل کی طرف رخ کرگیا۔ کیمیائی حرحرکیات انٹروپی کے کیمیائی تعاملات میں کردار پر بحث کرتی ہے اور اس طرح اس میدان کی وسعت اور علم میں بہت بڑا اضافہ ہوا۔
مکینیکل حرارتی انجنوں پر حرحرکیات کے ابتدائی اطلاق کو تیزی سے کیمیائی مرکبات اور کیمیائی رد عمل کے مطالعہ تک بڑھا دیا گیا۔ کیمیائی حرحرکیات کیمیائی تعاملات کے پروسس میں انٹروپی کے کردار کی نوعیت کا مطالعہ کرتا ہے اور اس نے میدان کی توسیع اور معلومات کا بڑا حصہ فراہم کیا۔ حرحرکیات کے دیگر فارمولیشنز سامنے آئے۔ شماریاتی حرحرکیات یا شماریاتی میکانیات ذرات کی اجتماعی حرکت کی، ان کے خوردبینی رویے کے ذریعے، شماریاتی پیشین گوئیوں سے متعلق ہے۔ 1909 میں، کونسٹنٹن کاراتھیوڈرے نے محوری فارمولیشن میں ایک خالص ریاضیاتی نقطہ نظر پیش کیا، جس کی وضاحت کو اکثر جیومیٹریکل حرحرکیات کہا جاتا ہے۔
حرحرکیات کے قوانین
ترمیمحرحرکیات کے چار قوانین مندرجہ ذیل ہیں۔
تھرموڈینامکس کا زیروتھ قانون
ترمیمقانون کہتا ہے کہ اگر دو جسم ایک تیسرے جسم کے ساتھ حرارتی توازن میں ہیں تو وہ ایک دوسرے کے ساتھ بھی حرارتی توازن ہوتے ہیں۔ اس کا مطلب ہے کہ اگر دو اشیاء ایک ہی درجہ حرارت پر ہیں اور وہ کسی دوسری چیز کے ساتھ حرارتی توازن میں ہیں، تو یہ تیسری چیز بھی دوسری دو اشیاء کے درجہ حرارت پر ہے۔ یہ خاصیت تھرمامیٹر کو "تھرڈ باڈی" کے طور پر استعمال کرنے اور درجہ حرارت کے پیمانے کی وضاحت کرنے کو معنی خیز بناتی ہے۔
تھرموڈینامکس کا پہلا قانون
ترمیمایک الگ تھلگ نظام کے اندر، نظام کی کل توانائی مستقل رہتی ہے، چاہے توانائی ایک شکل سے دوسری شکل میں بدل گئی ہو۔ اگر سسٹم کو الگ تھلگ نہیں کیا جاتا ہے تو، سسٹم کی اندرونی توانائی ΔU میں تبدیلی اس کے گرد و نواح سے سسٹم میں شامل ہونے والی حرارت Q اور اس کے گرد و نواح میں سسٹم کے ذریعے کیے گئے کام کے درمیان فرق کے برابر ہے۔
ΔU = Q - W
تھرموڈینامکس کا دوسرا قانون
ترمیمگرمی سرد علاقے سے گرم علاقے میں بے ساختہ نہیں آتی ہے۔ یا، مساوی طور پر، ایک مخصوص درجہ حرارت پر حرارت کو مکمل طور پر کام میں تبدیل نہیں کیا جا سکتا۔ نتیجتاً، بند نظام کی اینٹروپی (مواد کی خرابی کی پیمائش) یا حرارتی توانائی فی یونٹ درجہ حرارت، وقت کے ساتھ ساتھ کچھ زیادہ سے زیادہ قدر کی طرف بڑھ جاتی ہے۔ اس طرح، تمام بند نظام ایک متوازن حالت کی طرف مائل ہوتے ہیں جس میں اینٹروپی زیادہ سے زیادہ ہوتی ہے اور مفید کام کرنے کے لیے کوئی توانائی دستیاب نہیں ہوتی ہے۔
تھرموڈینامکس کا تیسرا قانون
ترمیمالگ تھلگ نظام کی اینٹروپی ایک مستقل قدر تک پہنچتی ہے کیونکہ نظام کا درجہ حرارت مطلق صفر (−273.15 °C یا −459.67 °F) تک پہنچ جاتا ہے۔ عملی طور پر، یہ نظریہ مطلق صفر کے حصول کی ناممکنات کو ظاہر کرتا ہے، کیونکہ جیسے جیسے کوئی نظام مطلق صفر کے قریب آتا ہے، اس نظام سے توانائی کا مزید اخراج مشکل سے مشکل تر ہوتا چلا جاتا ہے۔
| ویکی ذخائر پر حر حرکیات سے متعلق سمعی و بصری مواد ملاحظہ کریں۔ |