قوانين الديناميكا الحرارية: الفرق بين النسختين

{{Thermodynamicمعادلات equationsثرموديناميكية| laws=true}}

'''قوانين الثرموديناميك''' أساسا هي ما يصف خاصيات وسلوك انتقال [[حرارة|الحرارة]] وإنتاج [[شغل (ديناميكا حرارية)|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]] والعلوم الفيزيائية (كيمياء، علم المواد، علم الفلك، علم الكون...).

* [[حفظ الطاقة (فيزياء)|قانون انحفاظ الطاقة]] : الطاقة لا تفنى ولا تنشأ من عدم ،عدم، وانما تتغير من صورة إلى أخرى.

* تنتقل الحرارة من الجسم الساخن إلى الجسم البارد ،البارد، وليس بالعكس.

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

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

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

لا ينطبق القانون الثاني بنسبة 100% مع ما نراه في الكون وخصوصا بشأن الكائنات الحية فهي أنظمة تتميز بانتظام كبير - وهذا بسبب وجود [[تآثر]] بين الجسيمات ،الجسيمات، ويفترض القانون الثاني عدم تواجد تآثر بين الجسيمات - أي أن الإنتروبيا يمكن أن تقل في نواحي قليلة جدا من الكون على حساب زيادتها في أماكن أخرى. هذا على المستوى الكوني الكبير ،الكبير، وعلى المستوى الصغري فيمكن حدوث تقلبات إحصائية في حالة توازن نظام معزول ،معزول، مما يجعل الإنتروبيا تتقلب بالقرب من نهايتها العظمى."

هذا المثال سوف يوضح معنى "الحالة" في نظام ترموديناميكي ،ترموديناميكي، ويوضح معنى [[خاصية مكثفة وخاصية شمولية]] :

'''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 ،الهواء، ونبدأ عمليتنا بإزالة الحائل). في تلك الحالة لا يؤدي الغاز شغل ،شغل، أي <math> \delta W = 0</math>.

أي أنه في العملية 1 تبقى طاقة النظام ثابتة ،ثابتة، من بدء العملية إلى نهايتها.

'''وفي العملية 2 :''' حيث نسحب المكبس من الأسطوانة ببطء ويزيد الحجم ،الحجم، في تلك الحالة يؤدي الغاز شغلا <math>\delta W < 0</math>. ونظرا لكون الطاقة ثابتة خلال العملية من أولها إلى أخرها (الطاقة من الخواص المكثفة ولا تعتمد على طريقة سير العملية) ، بيلزم من وجهة القانون الأول أن يكتسب النظام حرارة <math>\delta Q = - \delta W > 0</math> من الحمام الحراري.

أي أن طاقة النظام في العملية 2 لم تتغير من أولها لى آخر العملية ،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 ،الطاقة، [[طاقة حرارية|الطاقة الحرارية]] و[[شغل (ديناميكا حرارية)|الشغل]] تتغيران بحسب طريقة أداء عملية. لهذا نستخدم في الترموديناميكا الرمز <math>d</math> عن تفاضل الكميات المكثفة لنظام ،لنظام، ونستخدم <math>\delta</math> لتغيرات صغيرة لكميات شمولية للنظام (مثلما في القانون الأول : <math>dU = \delta Q + \delta W\,</math>

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

* ملحوظة : تمكن العلماء من الوصول إلى درجة 0.00036 من الصفر المطلق في المعمل<ref>[https://www.iflscience.com/physics/coldest-temperature-universe-created-american-laboratory/ Coldest Temperature In The Universe Created In American Laboratory]-iflscience, 19 يناير 2017 {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20190207003326/https://www.iflscience.com/physics/coldest-temperature-universe-created-american-laboratory/ |date=07 فبراير 2019}}</ref>، ولكن من المستحيل - طبقا للقانون الثالث - الوصول إلى الصفر المطلق ،المطلق، إذ يحتاج ذلك إلى طاقة كبيرة جدا.

وبالتعويض عنها في معادلة القانون الأول ،الأول، نحصل على :

ونفترض الآن أن التغير في الشغل dW هو الشغل الناتج عن تغير الحجم والضغط في عملية عكوسية ،عكوسية، فيكون :

{{شريط بوابات|فيزياءالفيزياء}}