القانون الأول للديناميكا الحرارية

(بالتحويل من القانون الأول للترموديناميك)

قانون الديناميكا الحراري الأول (بالإنجليزية: First law of thermodynamics) هو تعبير لمبدأ حفظ الطاقة أي أن الطاقة تتغير من حالة إلى أخرى ومن طاقة كامنة إلى طاقة نشطة [1] ، وبتعبير آخر أن الطاقة لا تفنى ولا تُستحدث وإنما تتحول من صورة إلى أخرى . ويشخص القانون أن نقل الحرارة بين الأنظمة كنوع من أنواع نقل الطاقة . إن ارتفاع الطاقة الداخلية لنظام ترموديناميكي معين يساوي كمية الطاقة الحرارية المضافة للنظام ، مطروح منه الشغل الميكانيكي المبذول من النظام إلى الوسط المحيط .

ينص القانون الأول للديناميكا الحرارية على أن: "الطاقة لا تفنى ولا تستحدث من عدم ولكن تتحول من شكل إلى آخر".

محتويات

تطبيقات القانونعدل

الأنظمة الحراريةعدل

النظام في الترموديناميكا : هو عينة موجودة في بيئة محيطة. مثال على ذلك العينة : كوب ماء، والبيئة المحيطة : الغرفة. فمثلا : إذا وضعنا في كوب الماء قطعة من الثلج، تنتقل حرارة من جو الغرفة إلى كوب الماء وتنصهر قطعة الثلج. ويظل انتقال الحرارة بين الغرفة والكوب حتى تتساوى درجة الحرارة فيهما. يعتبر هذا النظام نظاما مفتوحا.

أنواع الأنظمة في الترموديناميكاعدل

  1. النظام المغلق: هو الذي لا يحدث فيه انتقال للكتلة بين العينة والوسط المحيط، ولكن يمكن أن يحدث بينهما انتقال للحرارة.
  2. النظام المفتوح: هو الذي يحدث فيه انتقال للكتلة وانتقال للحرارة بين العينة والوسط المحيط.
  3. النظام المعزول: هو الذي لا يحدث فيه انتقال للحرارة ، ففيه لا يحدث انتقال حرارة بين العينة والوسط المحيط.

الإجراءات الحراريةعدل

العمليات : هو التحول من حالة إتزان إلى حالة إتزان آخر، ويمكن في خلال عملية معينة تثبيت خاصية ما :

  1. توازن ميكانيكي،
  2. توازن ترموديناميكي،
  3. توازن حراري.
  4. توازن كيميائي.

القانون الأول للديناميكا الحرارية للنظام المغلقعدل

dQ= dU + dW

حيث :

(dQ)هي كمية الحرارة التي تخرج من أو تنتقل إلى النظام.
(dU)هو التغير في الطاقة الداخلية للنظام وهي هنا دالة لدرجة الحرارة فقط (U = f(T.
(dW)هو الشغل المبذول على أو من النظام. فإذا كان النظام غازا فيكون الشغل هو حاصل ضرب الضغط p في تغير الحجم dV :
dW = p. dV

نلاحظ أن كل من dQ وdU وdW وحدتها وحدة طاقة أي جول، وينطبق ذلك أيضا على حاصل الضرب p. dV فيمكن إثبات أن وحدته هي الجول.

القانون الأول للديناميكا الحرارية للنظام المفتوحعدل

dQ-dW=dH +dKin+dPot

حيث: dQ كمية الحرارة المضافة أو المنزوعة من النظام،

dW الشغل المبذول من النظام أو عليه،

dH التغير في السخانة ( المحتوي الحراري) H،

dKin التغير في طاقة الحركة (Kinetic energy)،

dPot التغير في طاقة الوضع (Potential energy).

في حالة الحجم الثابتعدل

V=ثابت، وهذا يعنى أن: dV=0 وبالتالى لا شغل يؤدى dW = 0

و هذا يعنى أن كمية الحرارة التي يمتصها النظام تتناسب مع الزيادة في درجة الحرارة.

و تكون :

dU= dH

أي يكون التغير في السخانة مساويا للتغير في الطاقة الداخلية.

في حالة درجة الحرارة الثابتةعدل

تكون dT = 0

وهذا يعنى أن dU = 0

و في هذة الحالة تكون dH = dW

أي أن كمية الحرارة التي يمتصها النظام تساوى الشغل المبذول بواسطة الغاز.

انظر أيضاًعدل

مراجععدل

  1. ^ كتاب علم الخلية -أ.د عبدالعزيز بن عبدالرحمن الصالح- الطبعة 1417هـ- صغحة 465