තාප ගති විද්‍යාවේ ශුන්‍යාදී නියමය

තාප ගති විද්‍යාවේ ශුන්‍යාදී නියමය (ඉංග්‍රීසි:  zeroth law of thermodynamics).

දළ විශ්ලේෂණය

තාපජ සමතුලිතතාවයේ ඇති පද්ධතියක් යනු කාලය සමඟ පද්ධතියේ මහේක්ෂීය ගුණ (පීඩනය, උෂ්ණත්වය, පරිමාව ආදී වෙනත්...) වෙනස් නොවන පද්ධතියකි. මේසයක් මත ඇති උණු කෝපි කෝප්පයක් එහි වටපිටාව සමඟ සමතුලිතතාවයක නොපවතී. මන්ද යත් එය සිසිල් වන අතර එහි උෂ්ණත්වය අඩු වීම නැවතුණු විට එය කාමර උෂ්ණත්වයට පත්වී ඇති අතර එය එහි අවට පරිසර සමඟ තාපජ සමතුලිතයක පවතී.

පද්ධති දෙකක් තාපජ සමතුලිතයේ තිබෙනවා යැයි කියන්නේ,

1. ) පද්ධති දෙකම සමතුලිතව පවතින විට හා
2. ) ඒවා ස්පර්ශ කළ විට ද එලෙසම පවතින විටය. මෙහි ස්පර්ශ වීම යන්නෙන් අදහස් කෙරෙන්නේ කාර්යය හෝ අංශු නොව තාපය හුවමාරු වීමේ හැකියාවයි. තවද වඩාත් සාමාන්‍ය ලෙස පද්ධති දෙක තාපජ වශයෙන් සම්බන්ධ විට ඒවායේ ගුණ වෙනස් නොවන බව අයෙකුට ස්ථිර නම් තාපජ ස්පර්ශයෙන් තොරවම පද්ධති දෙක තාපජ සමතුලිතයේ පැවතිය හැක.

එම නිසා තාපජ සමතුලිතතාව තාප ගතික පද්ධති අතර වූ සබඳතාවයකි. ගණිතමය වශයෙන් ශුන්‍යාදී නියමය ප්‍රකාශ කරන්නේ මෙම සබඳතාව තුල්‍යතා සබඳතාවක් බවයි. (තාක්ෂණිකව, අපට පද්ධතිය ඒ සමඟ තාපජ ලෙස සමතුලිත බවට වූ කොන්දේසියක් ද ඇතුළත් කළ යුතු වේ)

බොහොමයක් පද්ධති අතර සමතුලිතතාව

සමතුලිතතා විස්තරය සම්පූර්ණ කිරීමට ශුන්‍යාදී නියමය අත්‍යවශ්‍ය මන්දැයි සරල උදාහරණයක් විදහා දක්වයි. පෙර සඳහන් කළ පරිදි පද්ධති යුගලයක් කුඩා නම් සමතුලිතතාවයේ පවතින අතර පද්ධතියේ එන්ට්‍රොපි උච්ඡාවචනය δSi

$\delta U=\sum _{i}^{N}T_{i}\delta S_{i}$.මඟින් දෙනු ලබයි.

ඉතිරි විශ්වයෙන් පද්ධතිය ස්ථිර තාපී ඒකලිත වීමකට එන්ට්‍රොපි උච්චාවචනයේ මුලු එකතුව අතුරුදහන් විය යුතුය.

$\sum _{i}^{N}\delta S_{i}=0.$

එනම් එ‍න්ට්‍රොපිය හුවමාරු විය හැක්කේ N පද්ධති අතර පමණි. මෙම සීමා කිරීම මුලු ශක්ති උච්ඡාවචනය සඳහා පහත සම්බන්ධතාවය ලබා දීම සඳහා භාවිතා කළ හැක.

$\delta U=\sum _{i}^{N}(T_{i}-T_{j})\delta S_{i},$

මෙහි Tj යනු N පද්ධති අතරින් වෙන් කොට ගැනිමට තෝරාගත් ඕනෑම j පද්ධතියක උෂ්ණත්වය දී අවසාන ලෙස සමතුලිතතාවයට ශක්තියේ මුලු උච්ඡාවචනය අතුරුදහන් වීම අවශ්‍ය වේ. මෙමඟින් අපි,

$\sum _{i}^{N}(T_{i}-T_{j})\delta S_{i}=0,$යන්නට එළඹේ.

මෙය ප්‍රති - සමමිතික න්‍යාසය T_i − T_j හා එන්ට්‍රොපි උච්ඡාවචනයේ δSi දෛශිකයක ගුණිතය අතුරුදහන්වීමක් ලෙස සැලකිය හැක. අගයක් නැති නොවන පිළිතුරක් පැවතීම සඳහා,

$\delta S_{i}\neq 0.$

නිසා T_i − T_j. මඟින් සෑදෙන න්‍යාසය සියලු j තෝරා ගැනිම් සඳහා අතුරුදහන් විය යුතුය. කෙසේ නමුත් ජාකොබ්ගේ ප්‍රමේයයට අනුව N ඔත්තේ නම් NxN ප්‍රති සමමිතික න්‍යාසයක නිශ්චායකය සැමවිටම ශුන්‍ය වේ. ඉරට්ටේ සඳහා සියලු ඇතුළත් කිරීම් අතුරුදහන් විය යුතුයි. සොයා ගත්තත් අතුරුදහන් වන නිශ්චායකයක් ලබා ගැනීමට T_i − T_j = 0 විය යුතුය. මේ නිසා සමතුලිතතාවයේ දී T_i = T_j වේ.

මේ ප්‍රතිභා සම්ප්‍රාප්ත නොවන ප්‍රතිඵලය අදහස් කරන්නේ පද්ධති ඔත්තේ සංඛ්‍යාවක් ඒවායේ උෂ්ණත්වය හා එන්ට්‍රොපි උච්ඡාවචනය නොසලකා සැමවිටම සමතුලිත වන අතර උෂ්ණත්වය සමාන විට අවශ්‍ය වන්නේ එන්ට්‍රොපි උච්ඡාවචනවලින් යුක්තව පද්ධති ඉරත්තේ සංඛ්‍යාවක් අතර දී පමණි.

ශුන්‍යාදී නියමය මෙම ඔත්තේට එරෙහිව ඉරට්ටේ පරස්පර විරෝධීතාව විසඳනු ලබයි. මන්ද යත් එය ඕනෑම N පද්ධති 3ක් සැලකීමෙන් හා එහි මූලධර්මවල යෙදීමෙන් එකක් ඉවත් කිරීමෙන් ඔත්තේ ගණනක් වූ පද්ධති‍යක් ඉරට්ටේ පද්ධතියකට ඌනනය කිරීමට භාවිතා කළ හැක. මේ නිසා ගැටලුව ඉරට්ටේ N ගණනකට සුළුවන අතර සියලු අවස්ථාවලදී අප අපේක්ෂා කරන සමතුලිතතා කොන්දේසියට මඟ පාදයි. i.e., T_i = T_j. මෙම ප්‍රතිඵලයම, පරිමාව වැනි ඕනෑම විස්තෘත සංරචකයක උච්ඡාවචණ සඳහා (සමාන පීඩන කොන්දේසියට යටත්ව) හෝ ස්කන්ධයේ උච්ඡාවචනය සඳහා (රසායනික විභවල තුල්‍යතාවට මඟ පාදමින්) යෙදෙන අතර එම නිසා ශුන්‍යාදී නියමය උෂ්ණත්වයට පමණක් නොව වෙනත් බොහෝ දේ සඳහා සබඳතා දරා සිටී සාමාන්‍යයෙන් ප්‍රථම හා දෙවන නියම තුළ දී දිගටම පවතින යම් ආකාරයක ප්‍රති - සමමිති ශුන්‍යාදී නියමයේ දී බිඳ වැටේ යැයි අප විසින් නිරීක්ෂණය කරයි.

උෂ්ණත්වය හා ශුන්‍යාදී නියමය

බහුලව, උදාහරණ ලෙස මැක්ස් ප්ලාන්ක් විසින් ඔහුගේ තාප ගති විද්‍යාව පිළිබඳ බලපෑම් සහිත අත් පොතෙ‍හි, අපිට උෂ්ණත්ව ශ්‍රිතයක් අර්ථ දැක්විය හැකි හෝ වඩා අවිධිමත් ලෙස උෂ්ණත්වමානයක් තැනිය හැකි බව ප්‍රකාශ විනි. එය සත්‍ය ද යන්න තාපජ හා සංඛ්‍යානමය භෞතික විද්‍යා දර්ශනයට අදාල දෙයකි.

තාප ගතික පරාමිතීන් පිළිබඳ අවකාශයේ දී නියත උෂ්ණත්ව කලාප, අසල ඇති මතුපිටවල ස්වාභාවික අනුපිළිවෙලක් සපයන මතුපිටවල් සාදනු ලැබේ. ඉන්පසු, තත්වල අඛණ්ඩ පෙළ ගැස්වීමක් ‍ලබා දෙන විශ්ව උෂ්ණත්ව ශ්‍රිතයක් තැනීම පහසු වේ. නියත උෂ්ණත්ව මතු පිටක මානත්වය තාපගතික පරාමිතීන් සංඛ්‍යාවට වඩා එකක් අඩු බව සැලකිල්ලට ගන්න. (මේ නිසා P, V හා n යන තාප ගතික පරාමිතීන් 3 සමඟ විස්තර කර ඇති පරිපූර්ණ වායුවක් සඳහා ඒවා 2D මතුපිටවල වේ) එලෙස අර්ථ දැක්වූ උෂ්ණත්වය සෙල්සියස් පරිමාණය මෙන් නොවිය හැක. නමුත් එය උෂ්ණත්ව ශ්‍රිතයකි.

උදාහරණ ලෙස පරිපූර්ණ වායු පද්ධති 2ක් සමතුලිතතාවයේ ඇත්නම්, එවිට P₁V₁/N₁ = P₂V₂/N₂ වේ. මෙහි Pi යනු i වන පද්ධතියේ පීඩනය වන අතර Vi පරිමාව හා Ni වායු ප්‍රමාණය (මවුලවලින් හෝ සරලම පරමාණු ගණනින්)

PV / N = නියතයක් මතුපිට සම උෂ්ණත්ව මතුපිට අර්ථ දක්වන අතර ඒවා නම් කිරීමට ප්‍රකට (නමුත් එය පමණක් නොව) ක්‍රමය T අර්ථ දැක්වීමයි. එම නිසා PV / N = RT වේ. මෙහි R යනු යම් නියතයකි. මෙම පද්ධතිය දැන් අනෙකුත් පද්ධති සම්මත පරිමාණයක් අනුව ලකුණු කිරීමට උෂ්ණත්වමානයක් ලෙස භාවිතා කළ හැක.