النظريات الأساسية في الفيزياء :الديناميكا الحرارية Basic theories in physics: Thermodynamics
- الفيزياء
-
النظريات الأساسية في الفيزياء :الديناميكا الحرارية
اعداد : محمد الغنفري
صفحة : الباحثون المغاربة
تختص الديناميكا الحرارية أو "الترموديناميكا thermodynamique " بدراسة انتقال
الطاقة وتحولها في النّظم الفيزيائية، والعلاقة بين الحرارة والشغل والضغط والحجم.
تقدم الديناميكا الحرارية الكلاسيكية وصفا عيانيا لهذه الظواهر دون الخوض في
التفاصيل مجهرية الكامنة ورائها. . وضعت أسس الديناميكا الحرارية خلال القرنين
الثامن والتاسع عشر، وذلك نتيجة للحاجة الملحة في زيادة كفاءة المحركات البخارية.
يتأسس فهم ديناميكية الطاقة والمتغيرات في نظام معين على أربعة مبادئ أساسية تسمى
قوانين الديناميكا الحرارية. وتعمل معادلات الحالة ( معادلة الحالة أو معادلة حالة نظام
ترموديناميكي في الكيمياء والهندسة الميكانيكية ( state equation) هي معادلة تصف
العلاقة بين دوال الحالة لنظام ترموديناميكي ، ويمكن بها وصف حالة النظام وطريقة
تغيره. وتستخدم معادلات الحالة لمعرفة خواص الغازات والسوائل ومخلوطات السوائل
وكذلك خواص المادة الصلبة. مثال : معادلة الغازات الكامنة pv=nRT). على تحديد
العلاقة بين نوعين من متغيرات العيانية التي تعرف حالة الأنظمة؛ متغيرات الامتداد مثل
الكتلة والحجم والحرارة، ومتغيرات الشدّة مثل الكثافة ودرجة الحرارة والضغط
والكمون الكيميائي"(إذا أضفنا كمية متناهية في الصغر من مادة ما لأي كتلة في حالة
التوازن، بحيث تبقى الكتلة متجانسة ويبقى الأنتروبي والحجم ثابتين، عندئذ يُعطى
الكمون الكيميائي بالزيادة في طاقة الكتلة مقسومة على المادة المضافة لتلك الكتلة)"
. ويمكن من خلال قياس هذه المتغيرات التعرف إلى حالة التوازن أو التحول التلقائي في
النظام.
ينص القانون الأول للديناميكا الحرارية على مبدئ حفظ الطاقة، وذلك بأن التغير في الطاقة الداخلية لنظام مغلق وساكن، يساوي كمية الطاقة المتبادلة مع الوسط الخارجي على شكل حرارة أو عمل.
فيما ينص القانون الثاني على أن الحرارة لا يمكنها المرور بطريقة تلقائية من جسم ذي
درجة حرارة منخفضة إلى آخر ذي درجة حرارة مرتفعة بدون الإتيان بعمل. وذلك
يعني أنه من غير الممكن الحصول على عمل دون أن تفقد منه كمية على شكل الحرارة.
وتوصل لهذين القانونين الفيزيائي الفرنسي سادي كارنو في بداية القرن التاسع عشر.
وفي سنة 1865، أدخل الفيزيائي الألماني رودلف کلاوزیوس دالة الاعتلاج،
ومن
خلالها يصاغ القانون الثاني على أن "التحول التلقائي في نظام معين لا يمكن أن يتحقق
بدون أن ترتفع هذه القيمة فيه وفيما حوله". يُعبر الاعتلاج enthorpie ، من وجهة
نظر عيانية، على عدم إمكانية تسخير كل الطاقة في نظام ما للقيام بعمل ميكانيكي.
وتصفها الميكانيكا الإحصائية على أنها قياس لحالة الفوضى للمكونات المجهرية للنظام
من ذرات وجزيئات.
تتكتسي الديناميكا الحرارية أهمية كبرى في العديد من المجالات؛ في الكيمياء والهندسة
الكيميائية وعلم الأحياء وإنتاج الطاقة والتبريد. فعلى سبيل المثال، يمكن للديناميكا
الحرارية تفسير الأسباب التي تجعل بعض التفاعلات الكيميائية تتم من تلقاء نفسها، فيما
لا يمكن ذلك للبعض الآخر.
المصدر : https://www.khanacademy.org/science/physics/thermodynamics
اعداد : محمد الغنفري
صفحة : الباحثون المغاربة
تختص الديناميكا الحرارية أو "الترموديناميكا thermodynamique " بدراسة انتقال
الطاقة وتحولها في النّظم الفيزيائية، والعلاقة بين الحرارة والشغل والضغط والحجم.
تقدم الديناميكا الحرارية الكلاسيكية وصفا عيانيا لهذه الظواهر دون الخوض في
التفاصيل مجهرية الكامنة ورائها. . وضعت أسس الديناميكا الحرارية خلال القرنين
الثامن والتاسع عشر، وذلك نتيجة للحاجة الملحة في زيادة كفاءة المحركات البخارية.
يتأسس فهم ديناميكية الطاقة والمتغيرات في نظام معين على أربعة مبادئ أساسية تسمى
قوانين الديناميكا الحرارية. وتعمل معادلات الحالة ( معادلة الحالة أو معادلة حالة نظام
ترموديناميكي في الكيمياء والهندسة الميكانيكية ( state equation) هي معادلة تصف
العلاقة بين دوال الحالة لنظام ترموديناميكي ، ويمكن بها وصف حالة النظام وطريقة
تغيره. وتستخدم معادلات الحالة لمعرفة خواص الغازات والسوائل ومخلوطات السوائل
وكذلك خواص المادة الصلبة. مثال : معادلة الغازات الكامنة pv=nRT). على تحديد
العلاقة بين نوعين من متغيرات العيانية التي تعرف حالة الأنظمة؛ متغيرات الامتداد مثل
الكتلة والحجم والحرارة، ومتغيرات الشدّة مثل الكثافة ودرجة الحرارة والضغط
والكمون الكيميائي"(إذا أضفنا كمية متناهية في الصغر من مادة ما لأي كتلة في حالة
التوازن، بحيث تبقى الكتلة متجانسة ويبقى الأنتروبي والحجم ثابتين، عندئذ يُعطى
الكمون الكيميائي بالزيادة في طاقة الكتلة مقسومة على المادة المضافة لتلك الكتلة)"
. ويمكن من خلال قياس هذه المتغيرات التعرف إلى حالة التوازن أو التحول التلقائي في
النظام.
ينص القانون الأول للديناميكا الحرارية على مبدئ حفظ الطاقة، وذلك بأن التغير في الطاقة الداخلية لنظام مغلق وساكن، يساوي كمية الطاقة المتبادلة مع الوسط الخارجي على شكل حرارة أو عمل.
فيما ينص القانون الثاني على أن الحرارة لا يمكنها المرور بطريقة تلقائية من جسم ذي
درجة حرارة منخفضة إلى آخر ذي درجة حرارة مرتفعة بدون الإتيان بعمل. وذلك
يعني أنه من غير الممكن الحصول على عمل دون أن تفقد منه كمية على شكل الحرارة.
وتوصل لهذين القانونين الفيزيائي الفرنسي سادي كارنو في بداية القرن التاسع عشر.
خلالها يصاغ القانون الثاني على أن "التحول التلقائي في نظام معين لا يمكن أن يتحقق
بدون أن ترتفع هذه القيمة فيه وفيما حوله". يُعبر الاعتلاج enthorpie ، من وجهة
نظر عيانية، على عدم إمكانية تسخير كل الطاقة في نظام ما للقيام بعمل ميكانيكي.
وتصفها الميكانيكا الإحصائية على أنها قياس لحالة الفوضى للمكونات المجهرية للنظام
من ذرات وجزيئات.
تتكتسي الديناميكا الحرارية أهمية كبرى في العديد من المجالات؛ في الكيمياء والهندسة
الكيميائية وعلم الأحياء وإنتاج الطاقة والتبريد. فعلى سبيل المثال، يمكن للديناميكا
الحرارية تفسير الأسباب التي تجعل بعض التفاعلات الكيميائية تتم من تلقاء نفسها، فيما
لا يمكن ذلك للبعض الآخر.
المصدر : https://www.khanacademy.org/science/physics/thermodynamics
