سب سے پہلے ہم لا اف کنورزیشن اف ماس کلئیر کر لیتے ہیں جو کہ کیمسٹری کا ہے۔ ہمارے پاس دراصل یہ جو قانون ہے یہ کیمیکل ری ایکشن یا کیمیکل کمبینیش کا قانون ہے۔ یعنی کہ کیمیکل کمبینیشن کے دیگر چار قوانین میں سے ایک قانون یہ بھی ہے کہ: کسی کیمیکل ری ایکشن کے دوران کمیت نہ تو تخلیق ہوتی ہے نہ تباہ ہوتی ہے بلکہ ایک حالت سے دوسری حالت میں تبدیل ہوتی ہے۔کیمیکل ری ایکشن کی بات ہو رہی ہے تو ہمیں یہاں پہلے کوئی سسٹم کنسڈر کرنا ہو گا جسے ہم سٹڈی کریں گے کہ کیا واقعی ایسا ہو رہا ہے، یا کیا اور کیسے ہو رہا ہے؟ تو مخصوص سسٹم کنسڈر کرنا انتہائی اہم ہوتا ہے۔ اگر آپ عملی طور پر پریکٹکلی کیمسٹری لیب میں جا کر تجربہ نہیں بھی کر رہے تو زبانی کلامی بھی یا کہین کوئی ڈائیگرام کی صورت ہی کم از کم کچھ نہ کچھ سسٹم کنسڈر کر کے بات کرنی ہو گی کہ اس سسٹم میں یہ فلاں فلاں چیزیں ہیں اور یہ یہ کام ہو رہا ہے اور فلاں کیمیکل ری ایکشن ہونے سے قبل اور بعد کی کمیت اس پورے سسٹم کی کنزروڈ رہی۔ یعنی فلاں سسٹم میں فلاں کیمیکل ری ایکشن کے دوران نہ تو کوئی اضافی کمیت تخلیق ہوئی اور نہ ہی فنا/تباہ ہوئی بلکہ محض اپنی حالت تبدیل کر گئی۔
مثال کے طور پر ہمارے پاس ایک کونیکل فلاسک ہے اس میں کچھ مقدار ‘سوڈئیم کلورائیڈ سولوشن’ کی ہے اور اس کونیکل فلاسک میں ایک ٹیسٹ ٹیوب بھی ڈالی یا لٹکائی گئی ہے قدرے اونچائی پر جس میں کچھ مقدار ‘سلور نائٹریٹ سلوشن’ کی ہے۔ اور ہمارا فلاسک اوپر سے اچھی طرح
Air tight
بھی ہے۔ تو یہ گویا ایک
Closed system
ہم نے کنسڈر کر لیا ہے۔ تھرموڈائنامکس میں کلوزڈ سسٹم ایسا سسٹم ہوتا ہے جس سسٹم کی باونڈری سے حرارت گزر کر باہر نکل سکتی ہے، مگر کمیت اس سسٹم سے باہر کے ماحول میں نہیں نکل سکتی۔ (لہذا سسٹم کون سا کنسڈر کر رہے ہیں یہ انتہائی اہم ہوتا ہے جاننا۔ اور پھر تسلی سے دھیان سے دیکھنا کہ کیا ہو رہا ہے وہاں۔ یعنی ہم ہوا میں کچھ نہیں کہہ سکتے جنرلی۔ ہم سسٹم کنسڈر کرتے ہوئے قوانین کو سٹڈی کرتے ہیں دھیان سے کہ فلاں سسٹم میں کون سا قانون اپلائی ہو رہا ہے اور اس سسٹم کی نوعیت کیا ہے۔)
تو جو ہمارے پاس کونیکل فلاسک تھا وہ ایک کلوزڈ سسٹم ہے، یعنی کم از کم کمیت تو اس سے باہر نہیں جا سکتی۔ تو پہلے ہم نے ان دونوں سولوشنز کو آپس میں مکس کیے بغیر اس تمام سسٹم کی کمیت
Measure
کی اور اپنے پاس نوٹ کر لی۔ پھر ان دونوں سولوشنز کو آپس میں مکس کر دیا۔ یعنی کسی طرح ٹیسٹ ٹیوب کو الٹا دیا (اس سسٹم کی کلوزڈ کنڈیشن چھیڑے بغیر) جس سے سوڈئیم کلورائیڈ سلوشن اور سلور نائٹریٹ سلوشن دونوں مکس ہو گئے جس کے باعث سلوشن کی رنگت بھی تھوڑی تبدیل ہوئی اور ہم اب جانتے ہیں کہ ان دونون سلوشنز کا کیمیکل ری ایکشن ہو چکا ہے آپس میں۔ تو ہم نے جب دوبارہ اس سسٹم کی کمیت ناپی کیمیکل ری ایکشن ہو جانے کے بعد تو ہمیں معلوم ہوا کہ جو ری ایکشن سے پہلے کمیت تھی اتنی ہی ری ایکشن کے بعد رہی۔ اس سے ہمیں پتہ لگا کہ : ایک کلوزڈ سسٹم میں کیمیکل ری ایکشن کے دوران، کمیت نہ تو تخلیق ہوتی ہے اور نہ ہی فنا ہوتی ہے بلکہ محض اپنی حالت تبدیل کر لیتی ہے۔
لیکن کیا یہی نتیجہ ایک
Open system
کے ذریعے بھی نکل کر آتا ہے؟ اوپن سسٹم اسے کہتے ہیں جس میں سے کمیت کنسڈر کیے ہوئے سسٹم سے باہر کے ماحول میں بھی جا سکتی ہو اور حرارت بھی باہر نکل سکتی ہو۔
اسی طرح
Isolated system
اسے کہتے ہیں جس کی باونڈری سے نہ کمیت ضائع ہو سکتی یا باہر کت ماحول میں نکل سکتی ہو اور نہ ہی حرارت باہر نکل سکتی ہو۔
لہذا یہ چیزیں بھی کلئیر رکھنی ضروری ہیں ان قوانین کو سٹڈی کرتے ہوئے۔۔
فزکس میں بھی نیوٹن کے حرکت کے تیسرے قانون پر بھی جب ہم بات کرتے ہیں ایکشن – ری ایکشن والے قانون پر، تو بھی ہم اکثر یہی غلطی کرتے ہیں۔ ہم کوئی سسٹم ہی سرے سے کنسڈر نہیں کرتے اور محض جنرلی رہتے ہوئے ہوا میں بات کرتے ہیں بغیر کسی سسٹم کو کنسڈر کر کے دھیان سے دیکھتے ہوئے کہ وہاں کیا ہو رہا ہے۔ تو جب ہم ہوا میں جنرلی بات کرتے ہیں تو ہم منطقی غلطی کر رہے ہوتے ہیں۔ جس کے باعث اصل سائنسی کانسیپٹ کی اساس مینٹین نہیں رہتی اور بہت سی غلط فہمیاں جنم لیتی ہیں اور پھر ہم کنفیوز رہتے ہیں کہ قانون پڑھا تو یوں ہی تھا پھر آخر مسئلہ کہاں پیش آ رہا ہے۔ مسئلہ یہی ہے کہ ہم ان قوانین کے متعلق عام روز مرہ زندگی، عام بول چال یا عمومی علمی گفتگو کے دوران بعض اوقات بہت جنرلائزڈ وے میں رہتے ہوئے بات کر کے منطقی غلطیاں کرتے ہیں۔
تھرموڈائنامکس کا پہلا قانون:
(جسے پیار سے لاء آف کنزرویشن آف اینرجی بھی کہہ لیا جاتا ہے)
تھرموڈائنامکس کے پہلے قانون کے مطابق، کسی سسٹم کی انٹرنل اینرجی میں تبدیلی برابر ہوتی ہے، اس سسٹم کے اردگرد سے اس میں شامل ہونے والی حرارت کے اور اس کام (یعنی فزکس کی اصطلاح میں
work)
کے جو وہ سسٹم اپنے ارد گرد کے ماحول پر سر انجام دے۔
یہ ہے تھرمودائنامکس کا پہلا قانون جس کو مساوات کی صورت یوں ظاہر کیا جاتا ہے:
δQ=dU+δW
اس مساوات میں
δQ = heat
وہ حرارت ہے جو سسٹم کی طرف سے جذب کی گئی،
dU
سسٹم کی انٹرنل اینرجی میں آنے والی تبدیلی کو ظاہر کرے گا اور
δW
وہ
Work
ہے جو سسٹم اپنے اردگرد کے ماحول پر انجام دے گا۔
یہ یاد رہے کہ تھرموڈائنامکس کے قوانین اپلائی ہونے کی پہلی شرط ہی یہی ہے کہ سب سے پہلے سسٹم کو واضح طور پر ڈیفائن کیا جائے اور پھر مزید اگلی کوئی بات کی جائے۔ وہ سسٹم ایسا ہو جو کسی طرح اپنے اردگرد کے ماحول سے واضح طور پر علیحدہ یا مختلف ہو۔
یعنی تھرموڈائنامکس کے قانون میں بھی سسٹم کی
Thermodynamic state
کو کنسڈر کرنا بہت اہم رہتا ہے۔ تھرموڈائنامک سٹیٹ وہی سٹیٹ ہے جو اوپر بیان کر چکی کہ آیا سسٹم اوپن ہے، کلوزڈ ہے، یا آئسولیٹڈ نوعیت کا ہے۔ یعنی تھرموڈائنامکس میں سسٹم کی کنڈیشن کو اس کی تھرموڈائنامک سٹیٹ کہا جاتا ہے۔ اور ایک اور چیز بھی دھیان میں رہے کہ کیا ہم ایک سادہ سسٹم کنسڈر کر رہے ہین یا پیچیدہ؟ جیسے زمین کائنات، بگ بینگ وغیرہ پیچیدہ سسٹمز ہیں۔ انتہا درجے پیچیدہ!
سادہ سسٹم کیسا ہو گا؟ وہ کوئی سادہ اوپن سسٹم ہم کنسڈر کر سکتے ہیں۔ تھرموڈائنامکس میں ایک اوپن سسٹم ایسا سسٹم ہوتا ہے جس سے کمیت، حرارت اور
External work
بھی سسٹم کی باونڈری کراس کر سکتا ہے۔
ایک تھرموڈائنامک سسٹم ایسا سسٹم ہوتا ہے جو اپنے بیرونی ماحول سے کم از کم دو طریقے سے انٹریکٹ کر سکے جس میں سے ایک حرارت کا تبادلہ ہے۔ اس قسم کے سادہ سسٹم کی مثال پاپ کارن کی مخصوص مقدار ہو سکتی ہے۔ وہ کچھ یوں ہو گی کہ جیسے کسی ڈھکے ہوئے برتن میں موجود زیادہ مقدار میں ڈالے گئے مکئی کے دانوں کا چولہا جلانے سے، ملنے والی حرارت پر پک کر پاپ کارنز بن کر پھول جانا، جس کے باعث وہ سسٹم برتن کے ڈھکن کو اوپر اٹھا دیں۔ ان پاپ کارنز کا یوں ڈھکن کو اوپر اٹھانا سسٹم (یعنی پاپ کارن کا) اپنی اردگرد کے بیرونی ماحول پر کیا گیا کام
Work done
کہلائے گا۔ اب اس مثال میں سسٹم کے طور پر پاپ کارن کو کنسڈر کیا گیا۔ لہذا ہم دیکھ سکتے ہیں کہ اس قدر سادہ مثال میں بھی ہمیں سسٹم کلئیرلی ڈیفائن کرنا ہوتا ہے جس کے متعلق ہم سٹڈی کر رہے ہیں۔ یعنی یہاں ہم نے “پاپ کارن کی مقدار” کو ایک تھرموڈائنامک سسٹم کے طور پر کنسڈر کیا کہ سسٹم تک یعنی پاپ کارن تک حرارت پہنچائی گئی بیرونی ماحول سے جس کے باعث پاپ کارن نے کام
Work
کیا اپنے بیرونی ماحول پر ایسے کہ برتن کا ڈھکن اوپر اٹھا دیا۔ وہ مساوات یہی بات کرتی ہے۔
دوسری جانب پیچیدہ سسٹم کنسڈر کرنا بہت مشکل ہوتا ہے۔ زمین کا ایٹماسفئیر، کہکشاں، یا کائنات، بگ بینگ انتہائی پیچیدہ سسٹمز کہلائے جائیں گے۔ جس میں بہت سارے فیکٹرز انوالوو ہوں گے اور ہم بغیر کچھ بھی کنسڈر کیے کافی جنرلائزڈ سی بات کرتے ہیں جو کہ منطقی غلطی ہے۔ اس وجہ سے ہم ان قوانین کو غلط انداز میں اپلائی یا سٹڈی کر رہے ہوتے ہیں۔ جس کے باعث غیر منطقی نتائج یا غیر سائنسی باتیں اخذ کر رہے ہوتے ہیں۔
تحریر: ثناء فرزند نقوی۔
(نوٹ: کچھ عمومی نوعیت کی غلط فہمیاں اکثر پائی جاتی ہیں ان قوانین کو لے کر یا ان کو آپس میں مکس کر دیا جاتا ہے یا سسٹم کنسڈر کیے بغیر عمومی موضوعی نوعیت کے بیان سننے میں آتے ہیں ان قوانین کو لے کر، اس تناظر میں یہ تبصرہ پوسٹ کرنا اہم سمجھا۔)
#SanaFarzandNaqvi #ThermodynamicSystem #LawofConservationofMass #LawofConservationofEnergy #FirstLawofThermodynamics #NewtonThirdLawofMotion
