Properties of Pure Substances MCQ Quiz in हिन्दी - Objective Question with Answer for Properties of Pure Substances - मुफ्त [PDF] डाउनलोड करें

संकल्पना:

निर्वात दक्षता इस प्रकार दी जाती है:

\( \text{Vacuum Efficiency} = \frac{\text{Actual Vacuum}}{\text{Ideal Vacuum}} \times 100 \)

दिया गया है:

• बैरोमीटर का पाठ्यांक = 760 mm Hg
• संघनित्र में दर्ज निर्वात = 690 mm Hg
• 35 डिग्री सेल्सियस पर संतृप्त दाब = 42.21 mm Hg

गणना:

आदर्श निर्वात = \( 760 - 42.21 = 717.79 \, \text{mm Hg} \)

निर्वात दक्षता = \( \frac{690}{717.79} \times 100 = 96.10\% \)

व्याख्या:

मोलियर आरेख:

• मोलियर चार्ट एन्थैल्पी (h) और एन्ट्रापी (s) के बीच बनाया जाता है।
• मोलियर आरेख पर टरबाइन आउटपुट आदर्श परिस्थितियों में ऊर्ध्वाधर सीधी रेखा द्वारा दर्शाया गया है।
• मोलियर आरेख पर स्थिर दाब रेखाएँ एक दूसरे से अलग होती हैं जैसा कि चित्र में दिखाया गया है।

ऊष्मागतिकी के पहले और दूसरे नियमों से, निम्नलिखित गुण संबंध प्राप्त हुआ,

Tds = dh - vdp

\({\left( {\frac{{\partial h}}{{\partial s}}} \right)_p} = T\)

यह समीकरण एक शुद्ध पदार्थ के h-s आरेख, जिसे मोलियर आरेख भी कहा जाता है, का आधार बनाता है। h-s निर्देशांकों पर एक समदाब रेखा का ढाल उस दाब पर निरपेक्ष संतृप्ति तापमान (tsat + 273) के बराबर होता है।

मोलियर आरेख एन्थैल्पी (h) बनाम एन्ट्रापी (s) आलेख है।

इसमें एन्थैल्पी बनाम एन्ट्रापी निर्देशांकों पर प्लॉट की गई स्थिर दाब रेखाओं, स्थिर तापमान रेखाओं और स्थिर आयतन रेखाओं का एक परिवार होता है।

h-s वक्र पर स्थिर दाब रेखा का ढाल निरपेक्ष तापमान के बराबर होता है और इसी कारण से, अतितापित क्षेत्र में स्थिर दाब रेखाएँ अपसारी प्रकृति की होती हैं।

संकल्पना:

समीकरण जो एक संपीड्य द्रव के p, v, T और s गुणों के आंशिक अवकलजों को संबंधित करते हैं, उन्हें मैक्सवेल संबंध कहा जाता है।

चार गिब्सियन संबंध एक इकाई द्रव्यमान के लिए हैं

1) du = Tds - Pdv

2) dh = Tds + vdP

3) df = - Pdv - sdT

4) dg = -sdT + vdP

चूँकि u,h,f और g गुण हैं इस प्रकार बिंदु फलन हैं और उपरोक्त संबंधों को इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है

dz = Mdx + Ndy

जहाँ,

\({\left( {\frac{{\partial T}}{{\partial v}}} \right)_s} = \; + {\left( {\frac{{\partial p}}{{\partial s}}} \right)_v}\)

चक्रीय संबंध को लागू करने पर

Mdx + Ndy → \({\left( {\frac{{\delta M}}{{\delta y}}} \right)_x} = {\left( {\frac{{\delta N}}{{\delta x}}} \right)_y}\)

अब,

गिब्सियन समीकरणों में से प्रत्येक के T,p,v,s को चक्रीय क्रम में M,N,y और x से बदलने पर, हमें निम्नलिखित चार संबंध प्राप्त होंगे।

\(1){\left( {\frac{{\partial T}}{{\partial p}}} \right)_s} = {\left( {\frac{{\partial v}}{{\partial s}}} \right)_p}\;\)

\(2){\left( {\frac{{\partial p}}{{\partial T}}} \right)_v} = {\left( {\frac{{\partial s}}{{\partial v}}} \right)_T}\;\)

\(3){\left( {\frac{{\partial T}}{{\partial v}}} \right)_s} = - {\left( {\frac{{\partial p}}{{\partial s}}} \right)_v}\)

\(4){\left( {\frac{{\partial v}}{{\partial T}}} \right)_p} = - {\left( {\frac{{\partial s}}{{\partial p}}} \right)_T}\)

संकल्पना:

ऊष्मागतिकी के पहले और दूसरे नियम के संयुक्त समीकरण

Tds = du + Pdv

Tds = dh - vdP

ये समीकरण उत्क्रमणीय और अनुत्क्रमणीय दोनों प्रक्रियाओं और बंद और खुली प्रणाली के लिए भी लागू होते हैं।

du = C_vdT

dh = C_pdT

C_v = स्थिर आयतन पर विशिष्ट ऊष्मा, C_p = स्थिर दाब पर विशिष्ट ऊष्मा

दूसरे समीकरण से

Tds = dh - vdP

स्थिर दाब के लिए, dP = 0 और dh = C_pdT

Tds = C_pdT

dTdS|p=c=TCp" id="MathJax-Element-11-Frame" role="presentation" style="position: relative;" tabindex="0">dTdS∣∣p=c=TCpdTdS|p=c=TCp ${\left. {\frac{{dT}}{{dS}}} \right|_{p = c}} = \frac{T}{{{C_p}}}$

इसलिए T-S आरेख पर, स्थिर दाब रेखा की ढाल = T/C_p

Additional Information

पहले समीकरण से

Tds = du + Pdv

स्थिर आयतन के लिए, dv = 0

और, du = C_vdT

इसलिए पहला समीकरण बन जाता है: Tds = C_vdT

dTdS|v=c=TCv" id="MathJax-Element-12-Frame" role="presentation" style="position: relative;" tabindex="0">dTdS∣∣v=c=TCvdTdS|v=c=TCv ${\left. {\frac{{dT}}{{dS}}} \right|_{v = c}} = \frac{T}{{{C_v}}}$

किसी पदार्थ को शुद्ध पदार्थ तब कहा जाता है जब उसकी रासायनिक संरचना सर्वत्र एकसमान हो।

बर्फ और द्रव जल का मिश्रण: यह शुद्ध पदार्थ है क्योंकि बर्फ और द्रव अवस्था में जल की संरचना समान होती है।

द्रव और गैसीय वायु का मिश्रण: द्रव और गैसीय वायु की संरचना एक समान नहीं होती है। जैसे कि द्रव अवस्था में ऑक्सीजन की संरचना अलग होती है और नाइट्रोजन की अलग होती है। अतः संरचना समांगी नहीं होती है जैसा कि गैसीय अवस्था में होता है। अत: यह मिश्रण शुद्ध पदार्थ नहीं होता है।

तेल और जल का मिश्रण: तेल और जल अमिश्रणीय होते हैं इसलिए उनकी संरचना समांगी नहीं होती है।

कार्बन डाइऑक्साइड: कार्बन डाइऑक्साइड एक गैस है जिसकी संरचना समांगी होती है। अतः इसे शुद्ध पदार्थ माना जाता है।

चूँकि, एक प्रणाली की आंतरिक ऊर्जा, तापीय धारिता और एंट्रॉपी जैसे गुणों को प्रत्यक्ष रूप से नहीं मापा जा सकता है। वे प्रणाली के ऊर्जा में परिवर्तन से संबंधित होते हैं।

इसलिए, हम Δu, Δh, Δs को निर्धारित कर सकते हैं लेकिन इन गुणों के निरपेक्ष मानों से नहीं।

⇒ इसलिए, उन संदर्भ अवस्था का चयन करना आवश्यक है जिसके लिए इन गुणों को स्वेच्छित रूप से कुछ संख्यात्मक मानों के लिए निर्दिष्ट किया गया है।

अतः पानी के लिए त्रिक बिंदु (T = 0.01°C और P = 611 Pa) को एक अवस्था के संदर्भ के रूप में चुना गया है, जहाँ संतृप्त द्रव्य की "आंतरिक ऊर्जा" (u) और "एंट्रॉपी" (s) को शून्य मान निर्दिष्ट किया गया है।

#सूचना: h = u + Pv

त्रिक बिंदु पर, u = 0, लेकिन p × ν ≠ 0

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

पानी का चरण आरेख नीचे दिया गया है। 

यदि पदार्थ को इसके त्रिक बिंदु दबाव के नीचे रखा जाता है, तो पदार्थ तापन पर परिष्कृत हो जाता है। इसलिए वह न्यूनतम दबाव त्रिक बिंदु दबाव है जिसपर पानी स्थिर समतुल्यता में द्रव्य चरण में मौजूद हो सकती है। 

पानी के त्रिक बिंदु गुणों को नीचे दिया गया है। 

त्रिक बिंदु दबाव, P­_tp = Hg का 4.58 mm = 0.611 kPa

त्रिक बिंदु दबाव, T_tp = 273.16 K = 0.01°C

संकल्पना:

पात्र का आयतन (V) = तरल पदार्थ का आयतन (V_f) + वाष्प का आयतन (V_g)

V_f = v_f × m_f

V_g = v_g × m_g

v_f,g = तरल पदार्थ और वाष्प का विशिष्ट आयतन 

m_f,g = तरल पदार्थ और वाष्प का द्रव्यमान 

गणना:

दिया गया है:

V = 0.04 m³

v_f = 0.0011 m³/kg, m_f = 5 kg, v_g = 0.12 m³/kg

V_f = v_f × m_f = 0.0011 × 5 = 0.0055 m³

V = V_f + V_g = m_fv_f + m_gv_g

0.04 = 5(0.0011) + m_g(0.12)

स्पष्टीकरण:

ठोस से तरल अवस्था में संक्रमण को संलयन कहा जाता है।

पानी के लिए, v” < v’ (संकुचन को इंगित करता है) \(\Rightarrow \;\frac{{dp}}{{dT}} \to - ve\)

अन्य अधिकांश पदार्थों के लिए v” > v’ (विस्तार) \( \Rightarrow \;\frac{{dp}}{{dT}} \to + ve\)

Important Points

• संलयन वक्र को एक धनात्मक ढलान के साथ खींचा गया है, जो आमतौर पर मामला है।
• बर्फ/पानी के संलयन वक्र में इस तथ्य के कारण ऋणात्मक ढलान होती है कि जब बर्फ पिघलती है, तो मोलर आयतन कम हो जाता है।
• बर्फ वास्तव में उच्च दबाव पर कम तापमान पर पिघलता है

इसलिए, वक्र की ढलान धनात्मक होने के साथ-साथ ऋणात्मक भी है, इसलिए यह वास्तव में प्रकृति में परिवर्तनशील है।

स्पष्टीकरण:

ऊष्मागतिक में, भाप विभिन्न अवस्थाओं में मौजूद हो सकती है, जिसमें संतृप्त, उप-शीत और अति-तापित शामिल हैं। ये अवस्थाएँ दबाव और तापमान दोनों स्थितियों पर निर्भर करती हैं।

संतृप्त स्थिति: इस अवस्था में, भाप का तापमान और दबाव पानी के क्वथनांक के अनुरूप होता है। यदि आप इसे लगातार दबाव पर अधिक गर्म करने का प्रयास करेंगे तो यह अत्यधिक गर्म भाप में परिवर्तित होने लगेगा।

उप-शीत स्थिति : यहां, भाप वास्तव में पानी की अवस्था में है, जो किसी दिए गए दबाव के लिए क्वथनांक से नीचे के तापमान पर मौजूद है। यह भाप के बजाय गर्म पानी की तरह है।

अति-तपित स्थिति : यह भाप की वह अवस्था है जहां यह किसी दिए गए दबाव के लिए संतृप्ति तापमान से अधिक तापमान पर होती है। दूसरे शब्दों में, भाप को उसके क्वथनांक से ऊपर गर्म किया गया है, आखिरकार, पानी की मात्रा भाप में बदल गई है।

यहां, भाप का दबाव किसी दिए गए तापमान के लिए संतृप्त दबाव से कम है। इसका मतलब यह है कि भाप उस दबाव के लिए अपने क्वथनांक से अधिक तापमान पर है, और इस प्रकार यह अत्यधिक गर्म अवस्था में है। अत्यधिक गर्म भाप में, दबाव में वृद्धि के बिना तापमान बढ़ सकता है, जब तक कि यह उस उच्च तापमान के लिए नए संतृप्ति दबाव तक नहीं पहुंच जाता।

संकल्पना:

उपरोधी ऊष्मामापी: उपरोधी ऊष्मामापी नम भाप के उपरोधी के सिद्धांत पर आधारित होता है जिससे यह अतितापित बन जाता है।

वियोजक ऊष्मामापी: यह भाप से कुछ नमी को प्रारंभ में अलग करने के लिए उपयोग किया जाने वाला एक पात्र है, जो उपरोधी के साथ अतितापित स्थितियों को सुनिश्चित करता है।

संयोजित वियोजक और उपरोधी ऊष्मामापी ​

इस प्रकार पाया जाने वाला एक संयोजित वियोजक और उपरोधी ऊष्मामापी वियोजक ऊष्मामापी (अर्थात् नम भाप से जल के कण पूर्ण रूप से अलग नहीं होते हैं) के नुकसान और उपरोधी ऊष्मामापी (अर्थात् बहुत नम भाप के लिए उपयुक्त नहीं) के नुकसान को कम करके भाप के शुष्कता के सटीक मापन के लिए सबसे उपयुक्त होता है।

x₁ = वियोजक ऊष्मामापी को लेने पर भाप का शुष्कता भाग

x₂ = उपरोधी ऊष्मामापी को लेने पर भाप का शुष्कता भाग

x = प्रतिरूप में भाप का वास्तविक शुष्कता भाग

गणना:

प्रतिरूप में भाप का वास्तविक शुष्कता भाग निम्न है:​

X = x₁ × x₂

दिया गया है:        

x ₁ = 0.8, x₂ = 0.8   

गणना:​

x = 0.8  0.8

व्याख्या:

• रुद्धोष्म प्रक्रिया: यह ऊष्मागतिक प्रक्रिया है जिसमें प्रक्रिया के दौरान प्रणाली और उसके परिवेश के बीच ऊष्मा और द्रव्यमान का आदान-प्रदान नहीं होता है।
• रुद्धोष्म प्रक्रिया या तो उत्क्रमणीय या अनुत्क्रमणीय हो सकती है।
• रुद्धोष्म प्रक्रिया होने के लिए आवश्यक शर्तें है:
  1. प्रणाली को परिवेश से पूरी तरह से अवरोधित होना चाहिए।
  2. प्रक्रिया को जल्दी से पूरा किया जाना चाहिए ताकि ऊष्मा और द्रव्यमान स्थानांतरण के लिए पर्याप्त समय न हो।
• रुद्धोष्म प्रक्रिया समीकरण:

⇒ PVγ = स्थिरांक

आद्र वाष्प के रुद्धोष्म प्रसार के दौरान ठंडा होने के कारण शुष्कता अंश कम हो सकता है या घर्षण के कारण बढ़ सकता है।

शुष्कता अंश को प्रभावित करने वाले कारक:

• प्रारंभिक शुष्कता अंश: आद्र वाष्प का प्रारंभिक शुष्कता अंश परिणाम पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालता है। यदि प्रारंभिक शुष्कता अंश उच्च (1 के करीब) है, तो विस्तार के दौरान इसके उल्लेखनीय रूप से कम होने की संभावना कम है।
• तापमान और दबाव में परिवर्तन: रुद्धोष्म विस्तार के दौरान, वाष्प का तापमान और दबाव बदल जाता है। इन परिवर्तनों की विशिष्ट दिशा और परिमाण वाष्प में पानी के चरण परिवर्तन व्यवहार को प्रभावित करते हैं। तापमान और दबाव में गिरावट के आधार पर, कुछ तरल पानी वाष्पित हो सकता है, जिससे शुष्कता अंश बढ़ सकता है, या कुछ वाष्प संघनित हो सकता है, जिससे शुष्कता अंश कम हो सकता है।
• घर्षण: जबकि रुद्धोष्म विस्तार का तात्पर्य कोई ऊष्मा हस्तांतरण नहीं है, वाष्प के भीतर आंतरिक घर्षण स्थानीय स्तर पर ऊष्मा उत्पन्न कर सकता है। यह ऊष्मा चरण परिवर्तन व्यवहार को प्रभावित कर सकती है, संभावित रूप से कुछ वाष्पीकरण को बढ़ावा दे सकती है और शुष्कता अंश को बढ़ा सकती है।
• विशिष्ट ऊष्मा क्षमताएँ: वाष्प और पानी की विशिष्ट ऊष्मा क्षमताएँ भी एक भूमिका निभाती हैं। यदि विस्तार के दौरान तापमान में गिरावट वाष्प घटक की तुलना में तरल जल घटक के लिए अधिक प्रमुख है, तो इसके परिणामस्वरूप कम संघनन हो सकता है और शुष्कता अंश में संभावित वृद्धि हो सकती है।

संकल्पना:

सजातीय ऊष्मागतिक प्रणाली:

• एक सजातीय ऊष्मागतिक प्रणाली को उसके रूप में परिभाषित किया गया है जिसकी रासायनिक संरचना और भौतिक गुण प्रणाली के सभी भागों में समान हैं।

विजातीय प्रणाली:

• विजातीय प्रणाली को दो या अधिक सजातीय निकायों से मिलकर एक के रूप में परिभाषित किया गया है।
• एक विजातीय प्रणाली के सजातीय निकायों को फेज के रूप में संदर्भित किया जाता है।
• प्रत्येक फेज को अन्य फेज से इंटरफेस या सीमाओं द्वारा अलग किया जाता है और इस तरह की सीमा पर गुजरने पर पदार्थ की रासायनिक संरचना या उसके भौतिक गुणों में अचानक परिवर्तन होता है।
• विजातीय प्रणाली का एक उदाहरण बर्फ, पानी और भाप है।
• इस प्रणाली में तीन सजातीय निकाय भाप, पानी और बर्फ हैं।
• तीन फेज की रासायनिक संरचना समान है , लेकिन उनके भौतिक गुणों में काफी भिन्नता है।

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।