يهتم علم الديناميكا الحرارية بالتغيرات في درجة الحرارة والضغط والحجم على الأنظمة الفيزيائية على النطاق المجهري من خلال تحليل الحركة الجماعية لجزيئات المادة أو العنصر من خلال المراقبة والإحصاءات. للمزيد، تعرف على تعريف الديناميكا الحرارية.
تعريف علم الديناميكا الحرارية
في الديناميكا الحرارية، توجد قوانين متخصصة في مجموعة واسعة من تطبيقاتها التي يمكن أن تكون مفيدة لجميع أنواع الأنظمة طالما أن مكون التشغيل له علاقة بتوازن الطاقة ونقل المادة.
تشمل الأمثلة بعيدة المدى لهذه التطبيقات في نهاية القرن العشرين نظرية أينشتاين للانبعاثات العفوية بالإضافة إلى الأبحاث الحالية حول الديناميكا الحرارية للثقوب السوداء.
القانون الأول للديناميكا الحرارية (حفظ الطاقة)
“عندما تتحول الحرارة إلى أي شكل آخر من أشكال الطاقة، أو عندما تتحول أشكال أخرى من الطاقة إلى حرارة، فإن المقدار الإجمالي للطاقة (الحرارة بالإضافة إلى الأشكال الأخرى) في النظام يكون ثابتًا.”
تعريف علم الديناميكا الحرارية
القانون الثاني للديناميكا الحرارية (الانتروبيا)
“إجمالي الانتروبيا (مقياس للطاقة الداخلية) لأي نظام حراري معزول يميل إلى الزيادة بمرور الوقت ويقترب من القيمة القصوى.”
يقترح القانون الثاني للديناميكا الحرارية فكرة أن بعض العمليات تنتج نتائج لا رجعة فيها. على سبيل المثال، لا يمكن عكس عملية تحويل الحرارة إلى طاقة ميكانيكية. لا يمكنك تحويل الطاقة الميكانيكية إلى حرارة بعد تحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية.
القانون الثالث للديناميكا الحرارية (درجة حرارة الصفر المطلق)
“مع اقتراب النظام من الصفر المطلق لدرجة الحرارة، تتوقف جميع العمليات تقريبًا وتقترب إنتروبيا النظام من القيمة الدنيا.”
يعزز القانون الثالث للديناميكا الحرارية فكرة أنه عند الوصول إلى قياس الصفر المطلق، يفقد النظام كل القدرة على العمل.
قانون نيوتن للاستخراج
في عام 1701، أعلن إسحاق نيوتن قانون التبريد لأول مرة في مقال قصير بعنوان “Scala graduum Caloris” في المعاملات الفلسفية للمجتمع الملكي.
يُترجم بيان القانون لنيوتن من اللاتينية الأصلية “زيادة في درجة الحرارة، كانت في تقدم هندسي عندما كانت الأوقات في تقدم حسابي”.
الحرارة في الديناميكا الحرارية
ترتبط الديناميكا الحرارية بعدة خصائص للمادة، بما في ذلك الحرارة، وهي الطاقة التي تنتقل بين المواد أو الأنظمة بسبب اختلاف درجات الحرارة بينهما.
كشكل من أشكال الطاقة، يتم الحفاظ على الحرارة أي لا يمكن إنشاؤها أو تدميرها، ومع ذلك يمكن نقلها من مكان إلى آخر.
يمكن تحويل الحرارة من وإلى أشكال أخرى من الطاقة مثل التوربينات البخارية التي يمكن أن تحول الحرارة إلى طاقة حركية لتشغيل مولد يحول الطاقة الحركية إلى طاقة كهربائية.
يمكن للمصباح الكهربائي تحويل هذه الطاقة الكهربائية إلى إشعاع كهرومغناطيسي (ضوء) والذي، عند امتصاصه بواسطة سطح ما، يتحول مرة أخرى إلى حرارة.
تعريف علم الديناميكا الحرارية
درجة الحرارة في الديناميكا الحرارية
تعتمد كمية الحرارة المنقولة بواسطة مادة ما على سرعة وعدد الذرات أو الجزيئات المتحركة، وكلما زادت سرعة حركة الذرات أو الجزيئات، زادت درجة الحرارة، وكلما زاد عدد الذرات أو الجزيئات التي تتحرك، زادت كمية الحرارة التي تتحرك بها. نقل.
درجة الحرارة هي “مقياس لمتوسط الطاقة الحركية للجسيمات في عينة من المادة معبراً عنها بالوحدات أو الدرجات المخصصة لمقياس معياري.”
حرارة نوعية
كمية الحرارة المطلوبة لزيادة درجة حرارة كتلة معينة من المادة بكمية معينة تسمى الحرارة النوعية، أو السعة الحرارية النوعية.
تعتمد الحرارة النوعية للمعدن بشكل كامل تقريبًا على عدد الذرات في العينة وليس على كتلتها، حيث يمكن أن يستهلك كيلوغرام واحد من الألمنيوم حوالي سبعة أضعاف الحرارة التي يستهلكها كيلوغرام واحد من الرصاص.
تعريف علم الديناميكا الحرارية
