google-site-verification=xAG1QtFxgeSveCHe9lVzEaeaXvfGiHdN8MIyMllvEVM
متفرقات

الديناميكا الحرارية وقواعدها

قوانين الديناميكا الحرارية

تعريف الديناميكا الحرارية: الديناميكا الحرارية هي فرع من فروع العلوم الطبيعية التي تناقش الحرارة وعلاقتها بالطاقة والعمل ، ولها أربعة قوانين أساسية. تحدد الديناميكا الحرارية المتغيرات العيانية (مثل درجة الحرارة والطاقة الداخلية والانتروبيا والضغط) لوصف حالة المواد وكيفية ارتباطها والقوانين التي تحكمها. تعبر الديناميكا الحرارية عن متوسط سلوك عدد كبير من الجسيمات المجهرية. يمكن أيضًا الحصول على الفوانين الذي يحكم الديناميكا الحرارية من خلال الميكانيكا الإحصائية. الديناميكا الحرارية هي موضوع مجموعة واسعة من العلوم والهندسة.

الديناميكا الحرارية تعني دراسة الطاقة ، وتحويل الطاقة إلى حالات مختلفة ، وقدرة الطاقة على القيام بالعمل. في البداية ، تمت صياغة ثلاثة قوانين للديناميكا الحرارية ، ولكن يبدو أن هناك قانونًا رابعًا يسمى قانون الصفر ، لأن القانون الأول والثاني والثالث كان له مكانه ولم يكن أساسيًا مثل هذا القانون.

قانون صفرم ترمودینامیک

كان القانون الرابع للديناميكا الحرارية يسمى قانون الصفر

اقترح العالم والمؤلف الإنجليزي تشارلز بيرسي سنو طريقة مثيرة للاهتمام لتذكر هذه القوانين الثلاثة بسهولة. يقول إن القواعد يمكن تفسيرها على النحو التالي: 1- لا يمكنك الفوز (لا يمكنك الحصول على أي شيء مقابل لا شيء لأن المادة والطاقة محفوظة) 2- لا يمكنك حتى أن تخسر (لا يمكنك أن تخسر بنفس الطريقة التي كانت عليها قبل العودة) لأن الانتروبيا – اضطراب – يتزايد دائمًا) 3- لا يمكنك الخروج من هذه اللعبة (لأن الصفر المطلق لا يتحقق أبدًا)

ماذا تقول هذه القوانين حقًا ولماذا هي مهمة؟ ببساطة ، تعكس هذه القواعد احتياجات العمل والحرارة. ظهرت قوانين الديناميكا الحرارية في القرن التاسع عشر وتطورت مع الثورة الصناعية. درس الفيزيائيون سابقًا التدفق الحراري للحرارة بقدر التغيرات الكيميائية التي صاحبت العمل الفعلي. كانوا يبحثون عن أكبر فائدة وأعلى عائد. أي أنهم أرادوا بناء آلة حركة دائمة تولد الحرارة بحركتها اللانهائية ، ولكن للأسف فشلت الفكرة. بشكل عام ، كانوا قادرين على إظهار أنه كان من المستحيل بناء مثل هذه الآلة.

ينص القانون الأول بشكل عام على أن الطاقة والمادة لا تظهران إلى الوجود ولا يتم تدميرهما ، ولكنهما يغيران شكلهما فقط من مادة صلبة وسائلة وغازية وبلازما ، وأن مدخلات كل آلة تساوي ناتجها. بمعنى آخر ، التغير في الطاقة الداخلية لنظام مغلق يساوي درجة الحرارة المضافة مطروحًا منها صافي العمل الذي تقوم به الآلة لأن النظام يعمل في العالم الحقيقي ، يتم دائمًا نقل بعض الطاقة إلى البيئة الخارجية (فقدان الطاقة). تم إنشاء القانون الثاني لإخفاء عيب القانون الأول.

ترمودینامیک و قوانین آن

تم إنشاء القانون الثاني للديناميكا الحرارية لإخفاء عيب القانون الأول

تنص القاعدة الثانية بالضرورة على أنه لا يمكن تحقيق أي عملية يكون فيها التأثير الفريد هو في الواقع انبعاث حرارة موجبة من مصدر وإنتاج عمل إيجابي. الطاقة متبوعة بالانتروبيا وتتحرك من مصدرها. في هذه الحالة ، لا تنتقل الطاقة أو درجة الحرارة من الجسم الأكثر برودة إلى الجسم الأكثر دفئًا. لا يمكنك إنشاء تدفق مستمر لدرجة الحرارة دون إضافة طاقة إلى النظام. بالنسبة للسيارة ، عليك إدخال الطاقة للقيام بالمزيد من العمل ولن تكون نسبة درجة الحرارة إلى العمل 1 أبدًا ، لأن هناك فقدانًا للطاقة. الكون هو نفسه ، ويزداد اضطرابه بمرور الوقت. ولكن كيف؟

تستخدم الطاقة المستخدمة في الخصوبة والنمو والإصلاح. خلال هذه الفترة ، يتم تحويل الطاقة القابلة للاستخدام إلى طاقة غير قابلة للاستهلاك. في الواقع ، يتم استخدام الانتروبيا لقياس الطاقة غير القابلة للاستخدام في نظام مغلق. عندما تكون هذه الطاقة عالية وتقل الطاقة المستهلكة خلال فترة زمنية ، يزداد عدم الانتظام. يمكن أن نستنتج أن الكون لم يكن لديه إنتروبيا عند نقطة البداية ، ولكن كيف بدأت الإنتروبيا في الانخفاض؟

القاعدة الثالثة تشرح هذا أكثر. وفقًا لهذا القانون ، تتوقف جميع الأحداث عند درجة حرارة الصفر المطلق (ناقص 273 درجة مئوية). عند هذه الدرجة ، تتوقف حركة الجزيئات والطاقة الحركية. في الحقيقة ، لن يكون هناك المزيد من الطاقة! بموجب القانون الأول ، نعلم أن المادة / الطاقة لا تُخلق ولا تُدمر. يمكن أن يغير شكله ، على سبيل المثال من صلب إلى سائل ، غاز أو بلازما ، والعودة إلى حالته السابقة ، لكن كمية المادة / الطاقة في النظام (الكون) تظل ثابتة. تنص القاعدة الثانية على أنه بينما تظل كمية المادة / الطاقة كما هي ، تقل جودتها بمرور الوقت. كيف يحدث هذا؟

تستخدم الطاقة القابلة للاستخدام في الخصوبة والنمو والإصلاح. في هذه العملية ، يتم تحويل الطاقة القابلة للاستخدام إلى طاقة غير صالحة للاستعمال ، ونتيجة لذلك ، يتم فقدان الطاقة القابلة للاستخدام في شكل طاقة غير صالحة للاستعمال. يستخدم الانتروبيا كمقياس للطاقة غير القابلة للاستخدام في نظام مغلق. عن طريق زيادة الانتروبيا وتقليل الطاقة القابلة للاستخدام بمقدار متساو (القاعدة الأولى) ، تزداد العشوائية. كما ذكرنا سابقًا ، تتراجع الطاقة بشكل أساسي في شكل مصدر طاقة غير قابل للاستخدام.

ترمودینامیک و قوانین آن

وفقًا للقانون الثالث للديناميكا الحرارية ، يحدث كل شيء عند درجة حرارة الصفر المطلق

خذ النار كمثال بسيط للغاية. عند إضافة الخشب (المادة) إليه ، يتم إنشاء الحرارة (التي تنتقل بعد ذلك إلى البيئة المحيطة) والدخان وبخار الماء الذي يهرب مرة أخرى إلى البيئة المحيطة ويتشكل أخيرًا الرماد وهو الأخير الذي ينقل الحرارة المتبقية إلى البيئة المحيطة. البيئة المحيطة. لقد تركت بمفردك مع الرماد البارد والميت ، الذي اتخذ شكلاً عشوائيًا يبدو أنه لا علاقة له بشكله الخشبي السابق.

القانون التاسع للديناميكا الحرارية هو أكثر أساسية من القوانين الثلاثة السابقة وقد تم اكتشافه بعدهم. ببساطة ، إذا كان النظامان 1 و 2 في حالة توازن حراري مع النظام 3 ، فيمكن ملاحظة أن النظامين 1 و 2 أنفسهم في حالة توازن حراري. وكمثال آخر على الحالة الجسدية ، فإن جون هو وزن بيل. السم هو نفس وزن الجرافة. لذلك ، جون وسام متساويان.

بينما يصف القانون صفر أنظمة أكثر تعقيدًا ، فإن المتطلبات هي نفسها. من بين قوانين الديناميكا الحرارية ، القانون الثاني هو أقوى قانون وله أكبر الآثار ، وهذا القانون موجود حتى في الثقافة الشعبية. قال هومر سيمبسون ذات مرة: “في هذا المنزل ، نتبع القانون الثاني للديناميكا الحرارية”. بشكل منفصل ، ينص القانون الثاني بشكل أساسي على أن الكون يفقد طاقته القابلة للاستخدام بشكل دائم ولا يستعيدها أبدًا. نعلم أيضًا أن الكون يتوسع باستمرار ، كما تنبأ به القانون الثاني للديناميكا الحرارية ، قانون الإنتروبيا ؛ يمكننا أن نستنتج أن الكون محدود. يمكننا أيضًا أن نستنتج أن الكون له بداية خاصة: لحظة “انعدام الإنتروبيا”!

الديناميكا الحرارية وقواعدها

5 11

هل كان المقال مساعدا؟! 11 0

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

زر الذهاب إلى الأعلى