شغل (ديناميكا حرارية): الفرق بين النسختين

أُزيل 128 بايت ، ‏ قبل 5 سنوات
(عملية توضيح : إضافة رابط لصفحة التوضيح)
[[ملف:Carnot engine (hot body - working body - cold body).jpg|thumb |250px|left|دورة كارنو : وتتكون من سخان ، ومكبس يعمل بالبخار ، وماء بارد . يدفع البخار الساخن المكبس فيؤدي '''شغل '''، ويخرج بعد ذلك البخار المتكثف في هيئة ماء .]]
{{وضح|3=شغل (توضيح)}}
[[ملف:Carnot engine (hot body - working body - cold body).jpg|thumb|250px|left|دورة كارنو : وتتكون من سخان ، ومكبس يعمل بالبخار ، وماء بارد . يدفع البخار الساخن المكبس فيؤدي '''شغل '''، ويخرج بعد ذلك البخار المتكثف في هيئة ماء .]]
 
'''الشغل''' أو '''العمل''' في [[ديناميكا حرارية|الديناميكا الحرارية]] هو كمية [[الطاقة]] المنتقلة من نظام إلى آخر دون أن يرافقه انتقال [[إنتروبياإنتوبيا|للاعتلاج]].
 
يعد مبدأ الشغل في الديناميكا الحرارية تعميماً لمبدأ [[شغل (فيزياء)|الشغل الفيزيائي]].
في عام 1845 كتب عالم الفيزياء البريطاني [[جيمس جول]] بحثا تحت عنوان " عن المكافي الميكانيكي للحرارة" وقدمه في جلسة الجمعية البريطانية في [[كامبريدج]].
<ref>Joule, J.P. (1845) [http://dbhs.wvusd.k12.ca.us/webdocs/Chem-History/Joule-Heat-1845.html "On the Mechanical Equivalent of Heat"], ''Brit. Assoc. Rep., trans. Chemical Sect'', p.31, which was read before the British Association at Cambridge, June</ref>.
وقدم في محاضرته ما توصل إليه من تجربته المعروفة عنه جيدا والتي قام فيه الشغل الميكانيكي عن طريق " سقوط من ارتفاع " بتدوير مروحة غائرة في برميل من الماء.
 
في تلك التجربة أدى [[احتكاك|الاحتكاك]] الناتج عن دوران المروحة في الماء إلى تسخين الماء ، الذي ارتفعت حرارته . وقام جيمس جول بتسجيل التغير في [[درجة الحرارة|درجة حرارة]] الماء ∆T والتغير في ارتفاع الكتلة إلى اسفل ∆h. وعن طريق تلك القياسات استطاع [[جيمس جول]] حساب المكافيئ الميكانيكي للحرارة بأنه 819&nbsp;ft•lbf/Btu .
 
ومنذ ذلك الحين تعتمد تعريفنا الحديث للحرارة ، و الشغل ، ودرجة الحرارة ، و [[الطاقة]] ، كل تلك الخواص على تجربة جول هذه .
''U'' لنظام ترموديناميك ينقسم إلى قسمين ، تغير الحرارة ''δQ'' الداخلة إلى النظام ، و التغير في الشغل المؤدى من النظام .<ref name="FCT4"/> [*]
 
وتعرف إشارة الشغل التي يقدمه النظام إلي الوسط المحيط ، مثل "النظام يتمدد " ، تكون إشارته موجبة ، حيث أن تلك هي الطاقة التي تنشأ على حساب الطاقة الداخلية للنظام.
 
:<math>dU = \delta Q - \delta W.\;</math> <ref>Freedman,Roger A. and Young,Hugh D. (2008). 12th Edition. Chapter 19: First Law of Thermodynamics, page 656. Pearson Addison-Wesley, San Francisco.</ref>
 
ويعني حرف ''d'' التفاضل الدقيق بمعنى أن الطاقة الداخلية ''U'' هي خاصية لحالة النظام ، تعتمد على الحالة الأولى والحالة الأخيرة للنظام ، ولا تعتمد على طريق المسيرة بينهما. بينما حرف الدلتا اليوناني ''δ''' فهي تعني في المعادلة أن تغير الحرارة والتغير في الشغل ليسا من خواص الحالة النهائية للنظام ، فقد يزداد الواحد منهما أو ينقص بحسب مسيرته إلى الحالة النهائية ، وكلاهما "دوال لعملية " ترموديناميكية وليسا [[دالة حالة|دالتين للحالة]] .
 
فبمعرفة الحالة الابتدائية والحالة النهائية للنظام يمكن معرفة التغير الكلي للطاقة الداخلية ، ولكن لا يمكن معرفة مقدار الطاقة التي فقدت من النظام في هيئة حرارة ومقدار الطاقة التي تحول إلى شغل. ويمكننا تلخيص ذلك بالقول أن الحرارة و الشغل ليسا [[دالة الحالة|دوال لحالة]] النظام.
: <math>dE = dW + dQ</math>
 
بانسبة إلى عملية أديباتية تكون <math>dQ=0</math> وبالتالي يكون الشغل الناتج مساويا للتغير في [[طاقة داخلية|الطاقة الداخلية]] للنظام . ونظرا لأن الشغل يعتمد فقط على التغير في درجة الحرارة ، فبالتالي لا يكون معتمدا على خط سير العملية ، ذلك لأن [[درجة الحرارة]] هي [[دالة حالة]] ولا تعتمد على مسار عملية التغير .
 
أما إذا اتخذت العملية مسارا آخر غير المسار الأديباتي فإن الشغل الناتج يختلف. ويحدث ذلك عندما نقوم بإمداد [[حرارة]] إلى النظام ، وقد يخرج منه قدرا آخرا من الحرارة ، فالعملية تكون بذلك غير أديباتية ، بمعني أن مقدار الحرارة (وبالتالي مقدار الطاقة) في النظام قد تغير خلال العملية (قد يكون تغير العملية بتغيير [[الضغط]] أو تغيير [[حجم]] النظام مثلا).
 
في نظام مفترض ، توجد عدة مسيرات بين درجة الحرارة العالية ودرجة الحرارة المنخفضة ، بعض تلك المسارات تكون أديباتية . فإذا بدأنا من درجة حرارة معينة ، يصل بنا كل مسار أديباتي إلى درجة حرارة نهائية مختلفة . ولكن بين درجتي حرارة معلمومتان فيوجد مسارا أدياباتيا واحدا ، حيث يوجد مسارا واحدا تكون فيه <math>dQ</math> مساوية للصفر.
نلاحظ أن <math>dS=0</math> [[عملية عكوسية|للعملية العكوسية]] ، وبالتالي تكون
<math>\delta W = p dV</math>
علاقة دقيقة. إذ أن تفاضل الشغل يكون دقيقا ، فيمكن حساب الشغل الناتج غير معتمدا على المسار.
 
لذلك نرمز أحيانا للشغل بالرمز đW (حيث نزيد على حرف d خطا في وسطه للتعبير عن أنه ليس تفاضليا حقيقيا ) ، لأن الشغل ليس [[دالة الحالة|دالة للحالة]] .
: 1 باسكال = 1 [[جول]]/متر مكعب .
 
وبالتالي نحصل على :
 
'''الشغل = جول/متر مكعب . متر مكعب = [[جول]]'''
 
==انظر أيضا==
{{col-begin}}
{{col-break}}
* [[شغل في نظام مفتوح]]
*[[محتوى الشغل]]
*[[توربين بخاري]]
* [[ميكانيك لاغرانج]]
* [[معادلة هاميلتون]]
* [[ستة درجات حرية]]
{{col-break}}
* [[طاقة حرارية]]
* [[ديناميكا حرارية]]
* [[تغير حالة]]
*[[الحالة الثرموديناميكية]]
{{col-break}}
{{نهاية-عمو}}
 
[[تصنيف:ديناميكا حرارية]]
مستخدم مجهول