അർദ്ധസ്ഥിതപ്രക്രിയ

വ്യൂഹത്തിന് അതിന്റെ ആന്തരികസന്തുലാവസ്ഥയെ നിലനിറുത്തിക്കൊണ്ടുപോകാൻ തക്കവണ്ണം സമയം നല്കിക്കൊണ്ട് സാവകാശത്തിൽ നടക്കുന്ന താപഗതികപ്രക്രിയകളെയാണ് അർദ്ധസ്ഥിതപ്രക്രിയ (quasi-static process) എന്നുപറയുന്നത്. അർദ്ധസ്ഥിത സമ്മർദ്ദനം (quasi static compression) ഇതിന് ഒരു ഉദാഹരണമാണ്. വ്യൂഹത്തിന്റെ വ്യാപ്തം വർദ്ധിക്കുമ്പോൾ തന്നെ അതിലെ മർദ്ദം വ്യൂഹത്തിലുടനീളം ഒരേപോലെയും സ്ഥിരമായും നിലനില്ക്കത്തക്കവിധം സാവകാശമാണ് അത് നടക്കുന്നത്.

Quasi എന്നാൽ ‘as if’("ഏതാണ്ട്") എന്നാണ് അർത്ഥമാക്കുന്നത് ഈ പ്രക്രിയ തുടർച്ചയായ സംതുലിതാവസ്ഥകളിലൂടെയാണ് നടക്കുന്നത്. നിസീമമായ സാവകാശമാണ് ഈ പ്രക്രിയയുടെ സവിശേഷത.

അർദ്ധസ്ഥിതപ്രക്രിയയിൽ മാത്രമേ അതിനിടയിലെ ഓരോ ക്ഷണനേരത്തെയും സവിശേഷത(properties)കളായ മർദ്ദം, താപനില, വിശിഷ്ടവ്യാപ്തം(specific volume), വിശിഷ്ട ഉത്ക്രമം (Specific Entropy) എന്നിവ നിർണയിക്കാൻ കഴിയുകയുളളു. അല്ലാത്ത പക്ഷം ആന്തരികസന്തുലനം ഇല്ലാത്തതിനാൽ വ്യൂഹത്തിനുളളിലെ ഓരോ ഭാഗത്തും വ്യത്യസ്തസവിശേഷതകളായിരിക്കും ഉണ്ടാകുക.

ഏതൊരു പ്രതിലോമീയപ്രക്രിയയും (reversible process) അർദ്ധസ്ഥിതമാണ്. എന്നാൽ ഉത്ക്രമം(entropy) ഉണ്ടാക്കുന്ന പ്രക്രിയകൾ പ്രതിലോമീയമല്ല. ഘർഷണമുളള ഒരു പിസ്റ്റൺ ഉപയോഗിച്ച് ഒരു വ്യൂഹത്തെ സമ്മർദ്ദനം ചെയ്യുന്നത് പ്രതിലോമീയമല്ലാത്ത അർദ്ധസ്ഥിതപ്രക്രിയയ്ക്ക് ഒരുദാഹരണമാണ്. ഈ വ്യൂഹം എല്ലായ്പോഴും താപസന്തുലനത്തിലാണെങ്കിലും ഘർഷണം മൂലം അവിടെ ഉത്ക്രമം (entropy) നഷ്ടമാകുന്നതിനാൽ അത് പ്രതിലോമീയതയ്ക്ക് എതിരാണ്. അർദ്ധസ്ഥിതപ്രക്രിയയല്ലാത്ത ശ്രദ്ധേയമായ മറ്റൊരു പ്രക്രിയയാണ് രണ്ടു വ്യത്യസ്തതാപനിലകളിലുളള രണ്ടു വസ്തുക്കൾ തമ്മിലുളള താപകൈമാറ്റം (Heat transfer). ഈ പ്രക്രിയ എത്ര സാവകാശമാണ് നടക്കുന്നതെങ്കിലും ആ സമ്മിശ്രവ്യൂഹം താപസന്തുലനത്തിലല്ല. അതായത് ആ വ്യൂഹം താപസന്തുലനത്തിലാണെന്ന് പറയണമെങ്കിൽ അതിലെ രണ്ടുവസ്തുക്കളും ഒരേ താപനിലയിലായിരിക്കണം.

അർദ്ധസ്ഥിതപ്രക്രിയയും പ്രതിലോമീയപ്രക്രിയയും പലപ്പോഴും പര്യായങ്ങളായി ഉപയോഗിച്ചുവരുന്നതിനാൽ ആശയക്കുഴപ്പം നിലനിൽക്കുന്നു. ഏതൊരു പ്രതിലോമീയ പ്രക്രിയയും അർദ്ധസ്ഥിതമാണ് എന്നാൽ തിരിച്ച് അങ്ങനെയല്ല എന്നതാണ് ഇതിനു കാരണം. പ്രായോഗിക സന്ദർഭങ്ങളിൽ ഇവയെ രണ്ടിനെയും വേർതിരിച്ച് തന്നെ കാണണം. അതായത് ഏതൊരു എൻജിനീയറും അപവ്യയം (dissipation) സംഭവിക്കുന്ന എൻട്രോപി കണ്ടുപിടിക്കുമ്പോൾ ഘർഷണം പരിഗണിക്കേണ്ടതുണ്ട്. അതിനാൽ തന്നെ പ്രായോഗികതലത്തിൽ ഒരു പ്രക്രിയയും പ്രതിലോമീയമല്ല.

വിവിധ അർദ്ധസ്ഥിതപ്രക്രിയകളിലെ മർദ്ദ-വ്യാപ്ത പ്രവൃത്തി

പ്രധാന ലേഖനങ്ങൾ: പ്രവൃത്തി (താപഗതികം) and ആദർശ വാതക സമവാക്യം

1. സ്ഥിരമർദ്ദം: സമമർദ്ദ പ്രക്രിയകൾ(Isobaric processes),

   $W_{1-2}=\int PdV=P(V_{2}-V_{1})$

2. സ്ഥിരവ്യാപ്തം: സമവ്യാപ്ത പ്രക്രിയ (Isochoric processes),

   $W_{1-2}=\int PdV=0$

3. സ്ഥിര താപനില: സമതാപപ്രക്രിയ(Isothermal processes),

   $W_{1-2}=\int PdV,$ where P varies with V via $\quad PV=P_{1}V_{1}=C$, so

   $W_{1-2}=P_{1}V_{1}\ln {\frac {V_{1}}{V_{2}}}$

4. പോളിട്രോപിക പ്രക്രിയ,

   $W_{1-2}={\frac {P_{1}V_{1}-P_{2}V_{2}}{n-1}}$