الديناميكا الحرارية Thermodynamics

الديناميكا الحرارية أو التحريك الحراري أو الثرموديناميك (بالإنجليزية: Thermodynamics‏) تعبر عن أحد فروع الميكانيكا الإحصائية الذي يدرس خواص انتقال الشكل الحراري للطاقة خصوصا وتحولاته إلى أوجه أخرى من الطاقة. يقوم هذا العلم باستخدام الميكانيكا الإحصائية لصياغة القوانين التي تحكم تحول الطاقة من وجه إلى آخر، والاتجاه الذي تفضله الطاقة الحرارية في انتقالها، والطاقة المتاح تحويلها إلى عمل.

معظم هذه الدراسات تعتمد على فكرة أن أي نظام معزول (بالإنجليزية: Isolated System‏) في أي مكان من الكون يحتوي على كمية فيزيائية قابلة للقياس تسمى الطاقة الداخلية للنظام ويرمز لها بالرمز (U). وتمثل هذه الطاقة الداخلية مجموع الطاقة الكامنة والطاقة الحركية للذرات والجزيئات ضمن النظام، أي جميع الأنماط التي يمكن أن تنتقل مباشرة كالحرارة، وبذلك تستثنى الطاقة الكيميائية (المختزنة في الروابط الكيميائية) أو الطاقة النووية (الموجودة في نوى الذرات) باعتبارها أنماط طاقية لا يمكن نقلها ضمن الشروط الطبيعية. تبقى الطاقة الداخلية (U) ثابتة حتى يفك عزل النظام فيصبح قادراً على تبادل الطاقة أو المادة منه وإليه، عندئذ يمكن للطاقة الداخلية أن تتغير عن طريق انتقال المادة أو انتقال الحرارة أو إنجاز عمل.

أصل الكلمة
المصطلح في اللغة الإنجليزية (بالإنجليزية: thermodynamics‏) مأخوذة من الأصول اليونانية therme أي حرارة و dynamics تعني طاقة، وتترجم إلى الديناميكا الحرارية.

مقدمة
يهتم علم الديناميكا الحرارية -كما يدل الاسم- بالحرارة أو الطاقة الحرارية بالدرجة الأولى وبكل الظواهر التي تظهر أو تتعلق بهذه الطاقة كعملية انتقال الحرارة من جسم لآخر أو كيفية تخزين هذه الطاقة أو توليدها. يقوم علم الديناميكا الحرارية على أربعة قوانين كبرى وهي القانون صفر (أو القانون الرابع) والقانون الأول والقانون الثاني والقانون الثالث.

تطور الديناميكا الحرارية
ساهم في تطور هذا العلم رودولف كلوسيوس و ويليام طمسون و ويليم رانكين

المفاهيم الأساسية
المفاهيم الأساسية في الديناميكا الحرارية هي كمية الحرارة ودرجة الحرارة والحرارة النوعية والسعة الحرارية.

كمية الحرارة
لحرارة هي إحدى صور الطاقة وتنتقل من نقطة لأخرى أو من جسم لآخر نتيجة للاختلاف في درجة حرارة الجسمين، وتقاس كمية الحرارة بوحدة الطاقة وهي الجول.

درجة الحرارة
درجة الحرارة هي مقياس الاتزان الحراري ونعني بهذا الحالة التي عندها لا تنتقل الحرارة من نقطة لأخرى وذلك لعدم وجود فارق في درجات الحرارة. وتقاس الحرارة بوحدات مئوية أو فهرنهتية أو مطلقة. وتقاس درجات الحرارة بأنواع مختلفة من مقاييس الحرارة أهمها مقياس الحرارة السائلي، ومقياس الحرارة الغازي، ومقياس الحرارة البلاتيني، ومقياس الحرارة ذو المزدوجة الحرارية، وأخيراً مقياس الحرارة المسمى بالبيومتر الضوئي.

الحرارة النوعية
هي كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة كيلوجرام واحد من المادة درجة مئوية واحدة أو مطلقة وبذلك تكون وحدتها هي سعرة حرارية لكل كيلوجرام لكل درجة.

السعة الحرارية
هي كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة كمية معينة من مادة ما درجة مئوية واحدة.

القانون الأساسي في الديناميكا الحرارية
نظام دينامي حراري نموذجي يظهر الدخل يسارًا من مصدر حراري (غلاية) والخرج يمينا إلى المصرف الحراري (المكثف). يستخلص العمل باستخدام سلسلة من الأسطوانات.

يربط الكميات السابقة القانون التالي: Q = M C dt

أي أن كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة كتلة معينة من المادة فرق في درجات الحرارة dt هو حاصل الضرب الكتلة في الحرارة النوعية في فرق درجات الحرارة ويكون الناتج بالطبع بالجول.

قوانين الديناميكا الحرارية الأربعة

قوانين الثرموديناميك أساسا هي ما يصف خاصيات وسلوك انتقال الحرارة والعمل في العمليات الثرموديناميكية. منذ وضع هذه القوانين أصبحت قوانين معتمدة ضمن قوانين الفيزياء بل تعتبر أحد أهم قوانين الفيزياء لارتباطاتها المتعددة مع العديد من فروع الفيزياء والعلوم الفيزيائية (كيمياء، علم المواد، علم الفلك، علم الكون...).
استعراض القوانين
# القانون صفر في الثرموديناميك

A \sim B \wedge B \sim C \Rightarrow A \sim C

# القانون الأول للثرموديناميك

\mathrm{d}U=\delta Q-\delta W\,

# القانون الثاني للثرموديناميك

\int \frac{\delta Q}{T} \ge 0

# القانون الثالث للثرموديناميك

T \rightarrow 0, S \rightarrow C

# علاقات مقلوب أونساغر - أحيانا يطلق عليها اسم : القانون الرابع في الثرموديناميك

\mathbf{J}_{u} = L_{uu}\, \nabla(1/T) - L_{ur}\, \nabla(m/T) \!;
\mathbf{J}_{r} = L_{ru}\, \nabla(1/T) - L_{rr}\, \nabla(m/T) \!

القانون الصفري للديناميكا الحرارية
إذا كانت حرارة الجسم أ تساوي حرارة الجسم ب وحرارة ب تساوي حرارة ج فإن حرارة أ تساوي حرارة ج.

القانون الأول للديناميكا الحرارية
ينص على أن الطاقة في النظام تساوي العمل المبذول (المضاف أو المنتزع) يضاف إليها الطاقة الداخلية (المضافة أو المنتزعة).

القانون الثاني للديناميكا الحرارية
يتعلق القانون الثاني بالإعتلاج أو الأنتروبية وينص على مبدأ أساسي يقول بأن تغيرًا تلقائيًا في نظام فيزيائي لا بد وأن يترافق بازدياد في مقدار اعتلاج هذا النظام. ويفيد بأن تدفق الاعتلاج إلى داخل النظام ناقص تدفق الاعتلاج إلى خارج النظام زائد الاعتلاج المتكون داخل النظام تساوي صفرا.

القانون الثالث للديناميكا الحرارية
من المستحيل تبريد نظام إلى درجة الصفر المطلق. هذا القانون يحدد درجة الصفر المطلق كحد طبيعي لا يمكن تعديها إلى أقل منها. حقيقة أنه يمكن بأداء عمل كبير الاقتراب من درجة الصفر المطلقة، مثلما يحدث عند دراسة الميوعة الفائقة للهيليوم-3 حيث تصل درجته الحرجة للميوعة الفائقة عند 0.0026 كلفن.

الخصائص الحرارية
* الحرارة T
* الضغط P
* الحجم V
* طاقة داخلية U
* الاعتلاج (إنتروبيا) S
* السخانة H (التغير في الإنثالبي يساوي التغير في الطاقة عند ثبوت الضغط لأن H=pv+U)
* السرعة
* العلو

ويمكن تقسيم هذه الخصائص بطريقتين:

* حالية حرارية (كالحرارة والضغط والحجم) أو حالية كالورية (كالطاقة الداخلية والاعتلاج والسخانة)
* حالية (أي أنها تعبر عن حالة للمادة وهي كل الخصائص المذكورة أعلاه) أو عملياتية (أي أنها لا توجد إلا بوجود عملية كعملية انتقال الحرارة من جسم لآخر، وعلى ذلك فهي تمثل تغير حالة المادة. ومن هذه الخصائص الشغل)

المعادلة الحرارية
من أهم القوانين التي ترسم العلاقة بين الضغط والحرارة والحجم والكتلة في الغازات:
PV=mRiT

حيث Ri هو ثابت الغازات العام ولكن هذه العلاقة ليست الوحيدة وهي كذلك ليست صحيحة صحة مطلقة حيث أنه اعتمد في اشتقاقها على بعض المسلمات التي تمثل تبسيطا للواقع. حيث حسب بالغازات المثالية أي أن ذرات أو جزيئات الغاز ليس لها حجم وأنه لا توجد قوى بين الجزيئات كما أن الجزيئات لا تغير شكلها أي بمعنى في حالة تصادم جزيئان يكون التصادم مرنا، أي لا يحدث أن يمتص جزيء جزءاً من الطاقة خلال التصادم.
معادلة فان دير فالس
معادلة فان دير فالس هي أيضا معادلة حرارية (معادلة تحتوي على خصائص حرارية تسمى معادلة حرارية).
(p+(a/v²)*(v-b)=Ri*T

حيث a و b معاملات لتصحيح المسلمات الخاطئة أعلاه.

لايزال للموضوع بقيه
مره اخري عاد
تحيااااااااااااااااااااااااااااتي

مشكوره ع المعلومات القيمة ،
تقبلي مروري المتواضع

ايه احلي مرور مشكور

منــــــــــــــــورة مني عالمعلومات حتى نحنا حنستفيدو منها ان شالله السنة هذي في الفيزيا باب كامل عالحرارة..
ومن ضمنها الديناميكا الحرارية.........صحيتي يا صقع

بوجودك ياذوق وان شاءالله بالتوفيق حنون

ان شالله والله دعواتكــ ودعواة الجميع ربي يسترها معانا........

» االسعة الحرارية والسعة الحرارية النوعية
» التفريق بين الشوكلاته والكاكاو في زيادة الوزن وفهم العلاقة بين السعرات الحرارية والتمرين
» مفهوم الحرارة والطاقة الحرارية ودرجة الحرارة