قوانين الديناميكا الحرارية: الفرق بين النسختين

'''قوانين الثرموديناميك''' أساسا هي ما يصف خاصيات وسلوك انتقال [[حرارة|الحرارة]] وإنتاج [[عمل (ترموديناميك)|الشغل]] سواء كان شغلا ديناميكيا حركيا أم شغلا كهربائيا من خلال [[عملية ترموديناميكية|عمليات ثرموديناميكية]]. منذ وضع هذه القوانين أصبحت قوانين معتمدة ضمن [[قانون فيزيائي|قوانين الفيزياء]] بل تعتبر أحد أهم قوانين الفيزياء لارتباطاتها المتعددة مع العديد من فروع الفيزياء والعلوم الفيزيائية (كيمياء، علم المواد، علم الفلك، علم الكون...).

" إذا كان نظام A مع نظام ثاني B في حالة [[توازن حراري]] ، وتواجد B في توازن حراري مع نظام ثالث C ، فيتواجد A و C أيضا في حالة توازن حراري ".

وهي تعني أن الزيادة في [[طاقة داخلية|الطاقة الداخلية]] U لنظام = كمية الحرارة Q الداخلة إلى النظام - [[عمل (ترموديناميك)|الشغل]] W

** وعلي سبيل المثال ، عندما ترفع رافعة جسما إلى أعلى تنتقل جزء من الطاقة من الرافعة إلى الجسم ، ويكتسب الجسم تلك [[الطاقة]] في صورة [[طاقة الوضع]].

** وعندما يسقط الجسم من عال ، تتحول طاقة الوضع (المخزونة فيه) إلى [[طاقة حركة]] فيسقط على الأرض.

يؤكد القانون الثاني للديناميكا الحرارية على وجود كمية تسمى [[إنتروبيا]] لنظام ، ويقول أنه في حالة وجود نظامين منفصلبن وكل منهما في حالة [[توازن ترموديناميكي]] بذاته ، وسمح لهما بالتلامس بحيث يمكنهما تبادل مادة وطاقة ، فإنهما يصلان إلى حالة توازن متبادلة. ويكون مجموع إنتروبيا النظامين المفصولان أقل من أو مساوية لإتروبيتهما بعد اختلاطهما وحدوث التوازن الترموديناميكي بينهما.

* '''لا يوجد تغير للحالة تلقائي يستطيع نقل حرارة من جسم بارد إلى جسم ساخن.'''

* ''' أي عملية يحدث خلاها احتكاك تكون غير عكوسية. '''

* ''' جميع عمليات الخلط تكون غير عكوسية. '''

ينتشر غاز فيما يتاح له من حجم توزيعا متساويا.ولماذا ذلك؟ فلنبدأ بالحالة العكسية، ونتخيل صندوقا به [[جزيئ]] واحد يتحرك.فيكون احتمال أن نجد الجزيئ في أحد نصفي الصندوق مساويا 1/2. وإذا افترضنا وجود جزيئين اثنين في الصندوق فيكون احتمال وجود الجزيئان في النصف الأيسر من الصندوق مساويا 1/2 · 1/2 = 1/4.وعند تواجد عدد N من الجزيئات في الصندوق يكون احتمال وجودهم في النصف الايسر فيه

نتصور أسطوانة ذات مكبس ويوجد فيها عدد <math>N_0</math> [[مول|مولات]]ات من [[غاز مثالي]]. ونفترض وجو الأسطوانة في حمام حراري عند درجة حرارة

يوجد النظام أولا في الحالة 1 ، ممثلة في <math>(T_0, V_1, N_0)</math>; حيث <math>V_1</math> حجم الغاز. ونفترض عملية تحول النظام إلى الحالة 2 الممثلة ب <math>(T_0, V_2, N_0)</math> حيث

<math>V_2>V_1</math> ، أي تبقى درجة الحرارة وكمية المادة ثابتين.

'''بالنسبة إلى العملية 1 :''' سنحرك المكبس بسرعة كبيرة جدا إلى الخارج (ويمكن تمثيلها بصندوق حجمه <math>V_2 </math> مقسوم بحائل ويوجد الغاز أولا في الجزء <math>V_1</math> من الصندوق. ونفترض ألجزء الآخر من الصنوق مفرغ من الهواء ، ونبدأ عمليتنا بإزالة الحائل). في تلك الحالة لا يؤدي الغاز شغل ، أي <math> \delta W = 0</math>.

نلاحظ أن طاقة الغاز لا تتغير (وتبقى متوسط سرعات جزيئات الغاز متساوية قبل وبعد إزالة الحائل) ، بالتالي لا يتغير المحتوي الحراري للنظام: <math>\delta Q = 0</math>.

أي أن طاقة النظام في العملية 2 لم تتغير من أولها لى آخر العملية ، ولكن النظام أدى شغلا (فقد طاقة على هيئة شغل) وحصل على طاقة في صورة حرارة من الحمام الحراري.

من تلك العملية نجد ان صورتي الطاقة ، [[طاقة حرارية|الطاقة الحرارية]] و[[عمل (ترموديناميك)|الشغل]] تتغيران بحسب طريقة أداء عملية. لهذا نستخدم في الترموديناميكا الرمز <math>d</math> عن تفاضل الكميات المكثفة لنظام ، ونستخدم <math>\delta</math> لتغيرات صغيرة لكميات شمولية للنظام (مثلما في القانون الأول : <math>dU = \delta Q + \delta W\,</math>

"لا يمكن الوصول بدرجة الحرارة إلى الصفر المطلق".

هذا القانون يعني أنه لخفض درجة حرارة جسم لا بد من بذل طاقة ، وتتزايد الطاقة المبذولة لخفض درجة حرارة الجسم تزايدا كبيرا كلما اقتربنا من درجة الصفر المطلق.

* ملحوظة : توصل العلماء للوصول إلى درجة 001و0 من الصفر المطلق ، ولكن من المستحيل - طبقا للقانون الثالث - الوصول إلى الصفر المطلق ، إذ يحتاج ذلك إلى طاقة كبيرة جدا جدا جدا.

وبالتعويض عنها في معادلة القانون الأول ، نحصل على :

<math>U</math>, <math>S</math>, and <math>V</math> [[دالة الحالة|دوال للحالة]] فتنطبق المعادلة أيضا على [[عملية عكوسية|عمليات غير عكوسية]]. فإذا كان للنظام أكثر من متغير غير تغير الحجم وإذا كان عدد الجسيمات أيضا متغيرا (خارجيا) ، نحصل على العلاقة الترموديناميكية العامة :

وتعبر فيها <math>X_{i}</math> عن قوي عامة تعتمد على متغيرات خارجية <math>x_{i}</math>. وتعبر <math>\mu_{j}</math> عن [[كمون كيميائي|الكمونات الكيميائية]] للجسيمات من النوع

# {{note|wolfram}} [http://scienceworld.wolfram.com/physics/CombinedLawofThermodynamics.html Combined Law of Thermodynamics] - Wolfram's World of Science