الديناميكا الحرارية: ما هي ، المفاهيم الأساسية ، القوانين

ال الديناميكا الحرارية هو مجال الفيزياء الذي يدرس عدة ظواهر وأنظمة فيزيائية معقدة يتم فيها تبادل الحرارة، تحولات طاقة وتغيرات درجة الحرارة. الديناميكا الحرارية تحكمها أربعةالقوانين.غير قادر عليودرجة الحرارة والحرارة و أربعة حجمالخامس التي تسمح لنا بوصف الأنظمة المختلفة من خلال متغيرات مثل الضغط ، أربعة حجمالخامسودرجة الحرارة والحرارة و غير قادر علي.

نرى أيضا: قياس السعرات الحرارية: ملخص لما هو أكثر أهمية في هذا المجال

أساسيات الديناميكا الحرارية

الديناميكا الحرارية هو أ الوصف الإحصائي للطبيعة، فمن الممكن تصور السلوك العياني للأنظمة التي تحتوي على العديد من الأجسام. نظرًا لأن مجال الدراسة هذا واسع جدًا ، سيتم تقديم بعض المفاهيم الأساسية من أجل تسهيل فهم القوانين التي تمت مناقشتها أدناه.

الديناميكا الحرارية تدرس تحولات الطاقة.

• نظام ديناميكي حراري

الأنظمة الديناميكية الحرارية مناطق مميزة من أحيائهم بسبب بعض الخصائص. يمكن فصل هذه المناطق عن طريق الجدران والأغشية وغيرها ، على سبيل المثال ، من الممكن النظر في غاز داخل البالون كنظام.

تعريف النظاممغلق، بدوره ، أكثر تقييدًا بقليل. الأنظمة المغلقة هي تلك التي لا تتبادل الحرارة أو تمارس أو تستقبل الشغل أحيائهم.

نرى أيضا: كيف يعمل الضوء الأسود وأين يمكن استخدامه؟

• الحالة الديناميكية الحرارية

تتعلق الحالة الديناميكية الحرارية أ مجموعة من المتغيرات التي يمكن استخدامها ل وصف شروط النظام. يتيح ذلك إعادة إنتاج هذه الشروط من قبل مجرب آخر ، على سبيل المثال ، بمعنى آخر ، ترمز حالة النظام إلى حالته ، من خلال معلمات مثل الضغط، أربعة حجمالخامس، درجة الحرارة. عندما يخضع النظام لتغيير في الحالة الديناميكية الحرارية ، نقول أنه قد خضع لـ تحويل.

• التوازن الديناميكي الحراري

التوازن الديناميكي الحراري هو الحالة التي لا يظهر فيها النظام أي اتجاهات نحو التغيير. الحالة الديناميكية الحرارية العفوية ، أي أن النظام في حالة توازن الديناميكا الحرارية لا يغير حالته بشكل عفوي، ما لم يتأثر بمحيطه.

مفهوم التوازن الديناميكي الحراري مهم أيضًا لفهم فكرة التحول العكسي والتحول غير القابل للانعكاس. التحولاتتفريغ هي تلك التي تحدث بالقرب من حالة التوازن ، وبهذا المعنى ، فإن النظام الذي يخضع لتحول عكسي يعود بسرعة إلى التوازن.

التحولاتلا رجعة فيه هي تلك التي يكون فيها الوصول إلى شروط التوازن أقل فأقل ، مما يجعل الكل يغير النظام خصائصه بطريقة لم يعد ممكناً له العودة إلى الحالة السابق.

• درجة حرارة

وفقا ل النظرية الحركية للغازات، يمكن فهم درجة الحرارة على أنها مظاهر عيانية من الطاقة الحركية للجسيمات المكونة للنظام الحراري الديناميكي. وبالتالي ، فإن درجة الحرارة هذه تقيس درجة الانفعالات. وحدة قياسها هي كلفن (ك).

نظرةأيضا:أشعة جاما: إشعاع يأتي من الفضاء وقادر على المرور عبر جسم الإنسان

• العمل الديناميكي الحراري

العمل الديناميكي الحراري هو تبادل الطاقة بين نظامين ديناميكيين حراريين بسبب حركة حدودها. على سبيل المثال ، عندما تقوم بتسخين غاز داخل مكبس حقنة ، عند نقطة معينة ، يكون الضغط الذي يمارسه الغاز كبيرًا بما يكفي لدفع المكبس. هذه الطاقة ، إذن ، في شكل أ الطاقة الميكانيكية، من الغاز إلى الوسط الخارجي ، مما يؤدي إلى انخفاض درجة حرارة الغاز والطاقة الداخلية.

قوانين الديناميكا الحرارية

هناك أربعة قوانين للديناميكا الحرارية وكل منها يتعلق بمفهوم علم الحرارة، دعنا نتحقق من قوانين الديناميكا الحرارية وما يقوله كل واحد منهم:القانون الصفري للديناميكا الحرارية

ينص القانون الصفري للديناميكا الحرارية على أن جميع الأجسام في اتصلحراري نقل الحرارة لبعضهم البعض حتى الرصيدحراري. عادة ما يتم شرح القانون الصفري للديناميكا الحرارية من حيث ثلاث أجسام: A و B و C.

وفقًا لهذا التفسير ، كانت الأجسام A و B و C على اتصال حراري لفترة طويلة ، لذلك إذا كان الجسم A في حالة توازن حراري مع سيكون الجسم B ، والجسم C في حالة توازن حراري مع الأجسام A و B ، وفي هذه الحالة ، ستكون درجات حرارة A و B و C متساوية ولن يكون هناك المزيد من التبادلات الحرارية بين أنهم.

"كل الأجسام تتبادل الحرارة مع بعضها البعض حتى يتم الوصول إلى حالة التوازن الحراري."

• القانون الأول للديناميكا الحرارية

يتعلق القانون الأول للديناميكا الحرارية بـ الحفاظ علىفيطاقة. وفقًا لهذا القانون ، يمكن تخزين كل الطاقة التي يتم نقلها إلى الجسم في الجسم نفسه ، وفي هذه الحالة ، يتم تحويلها إلى طاقة داخلية. يمكن نقل الجزء الآخر من الطاقة التي يتم نقلها إلى الجسم إلى المناطق المحيطة في شكل عمل أو في شكل حرارة.

الصيغة المستخدمة لوصف القانون الأول للديناميكا الحرارية موضحة أدناه ، تحقق منها:

"يقاس التباين في الطاقة الداخلية لنظام ديناميكي حراري بالفرق بين كمية الحرارة التي يمتصها وكمية الشغل الذي يقوم به أو عليه."

• القانون الثاني للديناميكا الحرارية

يتعلق القانون الثاني للديناميكا الحرارية بكمية فيزيائية معروفة باسم غير قادر علي، وهو مقياس لعدد الحالات الديناميكية الحرارية لنظام ما ، وبعبارة أخرى ، يعطي الانتروبيا a قياس العشوائية أو من فوضى النظام.

• القانون الثالث للديناميكا الحرارية

يتعلق القانون الثالث للديناميكا الحرارية بالحد الأدنى لدرجة الحرارة: o الصفر المطلق. وفقًا لهذا القانون ، لا توجد طريقة يمكن لأي جسم أن يصل إليها درجة حرارة الصفر المطلق. بالإضافة إلى هذا التعريف ، فإن هذا القانون له أيضًا آثار على أداء الآلات الحرارية، والتي لا يمكن أن تساوي 100٪ تحت أي ظرف من الظروف.

بقلم رافائيل هيلربروك
مدرس الفيزياء