مبادئ الديناميكا الحرارية

إنتروبيا الكون

في مجال الفيزياء ، هناك فرع مسؤول عن دراسة التحولات الناتجة عن الحرارة والعمل في النظام. يتعلق الأمر بالديناميكا الحرارية. إنه فرع من فروع الفيزياء مسؤول عن دراسة جميع التحولات ، والتي هي فقط نتيجة لعملية تنطوي على تغييرات في متغيرات الحالة لدرجة الحرارة والطاقة على المستوى الكلي. هناك العديد مبادئ الديناميكا الحرارية والتي تعتبر أساسية للعديد من جوانب الفيزياء.

لذلك سنخبرك في هذا المقال ما هي مبادئ الديناميكا الحرارية وما هي أهميتها.

خصائص الديناميكا الحرارية

قوانين الديناميكا الحرارية

إذا قمنا بتحليل الديناميكا الحرارية الكلاسيكية ، فسنجد أنها تستند إلى مفهوم الأنظمة العيانية. هذا النظام ليس سوى جزء من الجودة المادية أو المفاهيمية للانفصال عن البيئة الخارجية. لدراسة النظام الديناميكي الحراري بشكل أفضل ، يُفترض دائمًا أنه كتلة فيزيائية لا ينزعج من تبادل الطاقة مع النظام البيئي الخارجي.

يتم تحديد حالة النظام العياني في حالة توازن بكميات تسمى المتغيرات الديناميكية الحرارية. نعلم كل هذه المتغيرات: درجة الحرارة والضغط والحجم والتركيب الكيميائي. كل هذه المتغيرات تحدد النظام وتوازنه. بفضل التحالف الدولي للتطبيقات ، تم إنشاء الرموز الرئيسية للديناميكا الحرارية الكيميائية. يمكن أن يعمل استخدام هذه الوحدات بشكل أفضل ويشرح مبادئ الديناميكا الحرارية.

ومع ذلك، هناك فرع من الديناميكا الحرارية لا يدرس التوازن ، بدلاً من ذلك ، فهم مسؤولون عن تحليل العمليات الديناميكية الحرارية التي تتميز بشكل أساسي بعدم امتلاك القدرة على تحقيق ظروف التوازن بطريقة مستقرة.

مبادئ الديناميكا الحرارية

إنتروبيا

هناك 4 مبادئ للديناميكا الحرارية ، مدرجة من صفر إلى ثلاث نقاط ، تساعد هذه القوانين على فهم جميع قوانين الفيزياء في كوننا ومن المستحيل رؤية ظواهر معينة في عالمنا. وهي معروفة أيضًا باسم قوانين الديناميكا الحرارية. هذه القوانين لها أصول مختلفة. تمت صياغة بعضها من الصيغ السابقة. آخر قانون معروف للديناميكا الحرارية هو قانون الصفر. هذه القوانين دائمة في جميع التحقيقات والتحقيقات التي تتم في المختبر. إنها ضرورية لفهم كيفية عمل كوننا. سنصف مبادئ الديناميكا الحرارية واحدة تلو الأخرى.

المبدأ الأول

يقول هذا القانون أن الطاقة لا يمكن إنشاؤها أو تدميرها ، بل يمكن تحويلها فقط. يُعرف هذا أيضًا باسم قانون الحفاظ على الطاقة. في الحقيقة، هذا يعني أنه في أي نظام فيزيائي معزول عن بيئته ، فإن كل طاقته ستكون دائمًا كما هي. على الرغم من إمكانية تحويل الطاقة إلى أنواع أخرى من الطاقة بشكل أو بآخر ، فإن مجموع كل هذه الطاقات هو نفسه دائمًا.

سنقدم مثالاً لفهمه بشكل أفضل. باتباع هذا المبدأ ، إذا ساهمنا بكمية معينة من الطاقة في نظام مادي على شكل حرارة ، فيمكننا حساب إجمالي الطاقة بإيجاد الفرق بين الزيادة في الطاقة الداخلية والعمل الذي يقوم به النظام ومحيطه. أي أن الفرق بين الطاقة التي يمتلكها النظام في تلك اللحظة والعمل الذي قام به هو الطاقة الحرارية المنبعثة.

المبدأ الثاني

إذا كان هناك وقت كافٍ ، فستفقد جميع الأنظمة توازنها في النهاية. يسمى هذا المبدأ أيضًا قانون الانتروبيا. يمكن تلخيصها على النحو التالي. ستزداد كمية الانتروبيا في الكون بمرور الوقت. إنتروبيا النظام هي مؤشر لقياس درجة الاضطراب. بعبارة أخرى، يخبرنا المبدأ الثاني للديناميكا الحرارية أنه بمجرد وصول النظام إلى نقطة التوازن ، سيزيد من درجة الاضطراب في النظام. قد يعني هذا أنه إذا أعطينا النظام وقتًا كافيًا ، فسيصبح في النهاية غير متوازن.

هذا هو القانون المسؤول عن شرح عدم رجوع بعض الظواهر الفيزيائية. على سبيل المثال ، يساعدنا في شرح سبب الورقة ورقة محترقة لا يمكن أن تعود إلى شكلها الأصلي. في هذا النظام المعروف بالورق والنار ، ازداد الفوضى لدرجة أنه لا يمكن العودة إلى أصلها. يقدم هذا القانون وظيفة حالة الانتروبيا ، والتي في حالة الأنظمة الفيزيائية تكون مسؤولة عن تمثيل درجة الفوضى وفقدانها الحتمي للطاقة.

لفهم المبدأ الثاني للديناميكا الحرارية ، سنقدم مثالاً. إذا أحرقنا كمية معينة من المادة وقمنا بتجميع الكرة مع الرماد الناتج ، يمكننا أن نرى أن هناك مادة أقل مما كانت عليه في الحالة الأولية. هذا لأن المادة قد تحولت إلى غازات لا يمكن استعادتها وعليهم أن يتشتتوا ويتراكموا. هذه هي الطريقة التي نرى بها أنه في الحالة الأولى كان هناك على الأقل إنتروبيا مقارنة بالحالة الثانية.

المبدأ الثالث

مبادئ الديناميكا الحرارية

عند الوصول إلى الصفر المطلق ، تتوقف عملية النظام الفيزيائي. الصفر المطلق هو أدنى درجة حرارة يمكننا الوصول إليها. في هذه الحالة ، نقيس درجة الحرارة بالدرجات بالكلفن. بهذه الطريقة ، يمكن القول أن درجة الحرارة والتبريد يتسببان في أن تكون إنتروبيا النظام صفراً. في هذه الحالات ، هو أشبه بثابت محدد. عندما تصل إلى الصفر المطلق ، تتوقف عملية النظام الفيزيائي. لذلك ، سيكون للإنتروبيا قيمة دنيا ولكن ثابتة.

الوصول إلى الصفر المطلق أم لا هو مهمة سهلة. القيمة الصفرية المطلقة لدرجة كلفن هي صفر ، ولكن إذا استخدمناها فيها قياس مقياس درجة الحرارة المئوية -273,15 درجة.

قانون الصفر

هذا القانون يفترض الأخير ويقول أنه إذا كان A = C و B = C ، فإن A = B. هذا يحدد القواعد الأساسية والأساسية للقوانين الثلاثة الأخرى للديناميكا الحرارية. إنه اسم يفترض قانون التوازن الحراري. بمعنى آخر ، إذا كان النظام والأنظمة الأخرى في حالة توازن حراري بشكل مستقل ، فيجب أن تكون في حالة توازن حراري. يسمح هذا القانون بوضع مبادئ درجة الحرارة. يستخدم هذا المبدأ لمقارنة الطاقة الحرارية لكائنين مختلفين في حالة توازن حراري. إذا كان هذان الجسمان في حالة توازن حراري ، فسيكونان بنفس درجة الحرارة دون داع. من ناحية أخرى ، إذا قام كلاهما بتغيير التوازن الحراري للنظام الثالث ، فسيؤثران أيضًا على بعضهما البعض.

آمل أن تتمكن من خلال هذه المعلومات من معرفة المزيد حول مبادئ الديناميكا الحرارية لخصائصها.


محتوى المقال يلتزم بمبادئنا أخلاقيات التحرير. للإبلاغ عن خطأ انقر فوق هنا.

كن أول من يعلق

اترك تعليقك

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها ب *

*

*

  1. المسؤول عن البيانات: ميغيل أنخيل جاتون
  2. الغرض من البيانات: التحكم في الرسائل الاقتحامية ، وإدارة التعليقات.
  3. الشرعية: موافقتك
  4. توصيل البيانات: لن يتم إرسال البيانات إلى أطراف ثالثة إلا بموجب التزام قانوني.
  5. تخزين البيانات: قاعدة البيانات التي تستضيفها شركة Occentus Networks (الاتحاد الأوروبي)
  6. الحقوق: يمكنك في أي وقت تقييد معلوماتك واستعادتها وحذفها.