| مواضيع في التحريك الحراري | |||||||||
| فروع الترموديناميك | |||||||||
| ترموديناميك الغلاف الجوي | ترموديناميك بيولوجي | ترموديناميك الثقب الأسود | ترموديناميك كيميائي | ترموديناميك كلاسيكي | ترموديناميك التوازن | ترموديناميك اللاتوازن | ترموديناميك الظاهراتي | ديناميات نفسية | ترموديناميك كمومي | ترموديناميك إحصائي | |||||||||
| قوانين الترموديناميك | |||||||||
|
القانون الصفري | القانون الأول | القانون الثاني | القانون الثالث |
|||||||||
| العمليات الترموديناميكية | |||||||||
|
عملية متساوية الضغط | عملية متساوية الحرارة | أديباتية | عملية متساوية الأنتالبية |
|||||||||
| مصطلحات | |||||||||
|
نظام ترموديناميكي | حالة ترموديناميكية | نظام مغلق |نظام مفتوح |
|||||||||
| معادلات ترموديناميكية | |||||||||
|
|||||||||
| خواص ترموديناميكية للسوائل | |||||||||
|
كلمة تحريك حراري أو ترموديناميك (Thermodynamics) تعبر عن أحد فروع الميكانيك الإحصائي الذي يدرس خواص انتقال الشكل الحراري للطاقة بشكل خاص و تحولاته إلى أشكال أخرى من الطاقة. يقوم هذا العلم باستخدام الميكانيك الإحصائي لصياغة القوانين التي تحكم انخفاظ الطاقة من شكل إلى شكل، والإتجاه الذي تفضله الطاقة الحرارية في انتقالها، والطاقة المتاح تحويلها إلى عمل (Work).
معظم هذه الدراسات تعتمد على فكرة أن أي جملة، أو نظام، معزولة في أي مكان من الكون تحتوي كمية فيزيائية قابلة للقياس ندعوها الطاقة الداخلية للجملة (System) ويرمز لها بالرمز (U). وتمثل هذه الطاقة الداخلية مجموع الطاقة الكامنة (Potential Energy) والحركية (cinetic Energy) للذرات والجزيئات ضمن الجملة، أي جميع الأنماط التي يمكن أن تنتقل مباشرة كالحرارة، وبالتالي يتم أستثناء الطاقة الكيميائية (المختزنة ضمن الروابط الكيميائية)أو الطاقة النووية (الموجودة ضمن نوى الذرات) بإعتبارها أشكال طاقية لا يمكن نقلها ضمن الشروط الطبيعية. تبقى الطاقة الداخلية (U) ثابتة حتى يتم فك العزل عن الجملة فتصبح قادرة على تبادل الطاقة أو المادة من الجملة و إليها، عندئذ يمكن للطاقة الداخلية أن تتغير عن طريق انتقال المادة أو انتقال الحرارة أو انجاز عمل.
أسهل التراجم هي الديناميكا الحرارية ، وهي مأخوذة من الأصول اليونانية therme و dynamics والأولي تعني حرارة والثانية طاقة . ورغم أن أي إنسان لديه إحساس ما بما تعنيه كلمة الطاقة إلا أنه من الصعب إعطاء تعريف جازم لهذه الكلمة ، إلا أنه يمكن تصورها علي أنها القدرة علي بذل شغل .
فهرس |
يهتم علم الديناميكا الحرارية كما يدل اللإسم بالحرارة أو الطاقة الحرارية بدرجة أولى وبكل الظواهر التي تتمظهرأو تتعلق بهذه الطاقة كعملية انتقال الحرارة من جسم لآخر أو كيفية تخزين هذه الطاقة أو توليدها، يبنى كل علم على مفاهيم أساسية سوف نتعرف عليها بدقة ثم نستعرض القوانين التي تربط هذه المفاهيم بعضها ببعض يقوم علم الديناميكة الحرارية على 3 قوانين كبرى وهي القانون صفر و القانون الأول و القانون الثاني. املفاهيم الأساسية للحرارة هي كمية الحرارة ودرجة الحرارة والحرارة النوعية 1- كمية الحرارة : الحرارة احدى صور الطاقة وتنتقل من نقطة لأخرى أو من جسم لآخر إذا كان هناك فرق في درجات الحرارة ، وتقاس كمية الحرارة بوحدة الطاقة وهي الجول 2- درجة الحرارة : كان هناك خلط بين مفهومي درجة الحرارة وكمية الحرارة ولكن تعرف درجة الحرارة الآن بأنها مقياس الإتزان 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 الترمومترات أهمها الترمومتر السائلي والترمومتر الغازي والبلاتيني والازدواج الحراري وأخيراً الترمومتر المسمى بالبيومتر الضوئي 3- الحرارة النوعية : تعرف بأنها كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة كيلوجرام واحد من المادة درجة واحدة مئوية أو مطلقة وبذا تكون وحدتها هي سعر أو كيلوجرام لكل درجة القانون الأساسي في الحرارة لنربط الكميات السابقة في القانون التالي Q = M C dt أي أن كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة كتلة معينة من المادة فرقا في درجات الحرارة dt هو حاصل الضرب الكتلة في الحرارة النوعية في فرق درجات الحرارة ويكون الناتج بالطبع بالجول
أ- الترمومتر السائلي : وأشهرها الترمومتر الزئبقي الذي يستخدم الزئبق كمادة ترمومترية ويستخدم في هذه الترمومترات ارتفاع درجة حرارة السوائل كمقياس لارتفاع درجة الحرارة يوضع الزئبق في مستودع يغمر في السائل أو الوسط المراد قياس درجة حرارته وفي الواقع التمدد الذي نلاحظه في عمود السائل هو تمدد السائل مطروحاً منه تمدد الزجاج أو الوعاء المصنوع منه الترمومتر كذلك لابد من غمر الترمومتر كلية في السائل المراد قياس درجة حرارته حيث إن الترمومتر والسائل يلزما أن يكونا عند نفس درجة الحرارة للوسط المراد قياس درجة حرارته ب- الترمومتر الغازي أو الهوائي : وهو عبارة عن انتفاخ يحوي غازاً ويتصل بأنبوبة مانومترية بها زئبق ، عند غمر هذا الانتفاخ في الوسط المراد قياس درجة حرارته فإن الغاز يتمدد ولكن لابد من وضع الحقيقة التالية في الاعتبار يمكن أن يتمدد الغاز تحت حجم ثابت أو تحت ضغط ثابت ولابد أن نثبت أحدهما إما الضغط ويكون في هذه الحالة الحجم متغيراً بتغير درجة الحرارة أو يكون الحجم ثابت ويتغير الضغط ، يوازن طرفا الأنبوبة المانومترية حتى يتساوى ارتفاع الزئبق وتعيد سطح الزئبق إلى العلامة الأصلية حتى نثبت الحجم ونقرأ الفرق بين سطح الزئبق في طرف الأنبوبة المانومترية ويمكن حساب الضغط الكلي للغاز بمعرفة الضغط الجوي مضافاً إليه الضغط المناظر لفارق عمود الزئبق في طرف الأنبوبة وهنا أيضاً لابد من مراعاة النقاط التالية : - عادة يستخدم القانون العام للغازات لإيجاد تغير الضغط مع درجة الحرارة لذا لابد أن يكون الغاز في الانتفاخ في الحالة المثالية أي لابد أن نقيس تغيرات درجات الحرارة بحيث نكون بعيدين عن نقاط التحول إلى سائل أو وجود بخار ماء في الانتفاخ لأن هذا يبعد الغاز عن الحالة المثالية - كذلك لابد وأن نراعي عدم تأكسد المادة الترمومترية أي الزئبق ج- الترمومتر البلاتيني : تتغير مقاومة سلك معدني بتغير درجة حرارته وتزيد بإزدياد درجة الحرارة؛ لذا يمكن استخدام هذه الخاصية في قياس درجات الحرارة ويتكون الترمومتر البلاتيني من سلك من البلاتين يلف حول حامل من الزجاج أو البورسلين ويوضع داخل أنبوبة زجاجية ويوصل في أحد أذرعة قنطرة ويتسوي وعندما تزيد القنطرة يمكن ايجاد مقاومة السلك المجهولة من العلاقة : Rx = ( R1/R2) * R3 يستخدم البلاتين نظراً لأنه لا يتأكسد ويقاوم فعل الأحماض وتعتبر مقاومته خطية د - الازدواج الحراري : يتكون من سلكين من معدنين مختلفين متصلين بطرفي جلفانومتر أو ميكرو فولتميتر ويلحم طرفا السلكين ليكونا الجزء الحساس من الازدواج الحراري وعندما يسخن الطرف الحساس فإن قوة دافعة كهربية تتولد على الطرفين الآخريين تقاس بواسطة الجلفانومتر أو مقياس جهد وهذا أفضل ويعاير الازدواج ويعطي قراءات بدقة ويستخدم كثيراً في الأغراض الصناعية
إنتقال الحرارة : تنتقل الحرارة بثلاثة طرق هي التوصيل ، والحمل ، والاشعاع انتقال الحرارة بالتوصيل : لنتصور قضيباً مساحة مقطعة العرض A مزوداً من الجوانب ودرجات الحرارة عند طرفيه هما T1 ، T2 وقد وجد أن : Q/T = q` ~ A*(T1-T2)/L or q = K dT/dX حيث q = q`/A من هنا يمكن تعريف معامل التوصيل K بإنه كمية الحرارة التي تنتقل عبر وحدة المساحات في وحدة الزمن إذا كان فارق درجات الحرارة الوحدة وطول القضيب الوحدة ، وواضح أن وحدات K هي وات /متر .درجة انتقال الحرارة بالحمل : كلنا نعلم أن الحرارة في السوائل والغازات تنتقل
إذا كانت حرارة الجسم أ تساوي حرارة الجسم ب وحرارة ب تساوي حرارة س فإن حرارة أ تساوي حرارة س
او ان الطاقة في النظام= الشغل المبذول+ الطاقه الداخليه مفاده أن تغير الطاقة في نظام ما يساوي الطاقة الحرارية ( المضافة أو المنتزعة) زائد الشغل (المضاف أو المنتزع)
يتعلق القانون الثاني بالانتروبية او الاعتلاج ومفاده أن تدفق الانتروبية إلى داخل النظام ناقص تدفق الانتروبية إلى خارج النظام زائد الانتروبية المتكونة داخل النظام تساوي صفر.
من أهم الخصائص المدروسة
و يمكن تقسيم هذه الخصائص إلى :
من أهم القوانين التي ترسم العلاقة بين الضغط و الحرارة والحجم و الكتلة في الغازات:
PV=mRiT
حيث Ri هو الثابت الغازي ولكن هذه العلاقة ليست الوحيدة وهي كذلك ليست صحيحة صحة مطلقة حيث أنه أعتمد في إشتقاقها على بعض المسلمات التي تمثل تبسيطا للواقع. حيث تم الحساب بالغازات المثالية أي أن ذرات أو موليكولات الغاز ليس لها حجم و أنه لا توجد قوى بين الموليكولات كما أن الموليكولات لا تغير شكلها أي بمعنى في حالة تصادم موليكولين فإن التصادم يكون إيلستيكي وكل هذه مسلمات غير واقعية ولكن المعادلة التي نحصل عليها تسمح لنا بإستعمالها في مجالات معينة لا نحتاج فيها لدقة كبيرة.
معادلة فان دا فالس هي أيضا معادلة حرارية ( معادلة تحتوي على خصائص حرارية تسمى معادلة حرارية).
(p+(a/v²)*(v-b)=Ri*T
حيث a و b تصحيح للمسلمات الخاطئة أعلاه.
| الفروع العامة في الفيزياء | |
|
فيزياء ذرية و جزيئية و بصرية | ميكانيكا كلاسيكية | فيزياء المادة المكثفة | ميكانيك استمراري | كهرومغناطيسية | نسبية خاصة | نسبية عامة | فيزياء الجسيمات | نظرية الحقل الكمومي | ميكانيكا الكم | ميكانيك إحصائي | ترموديناميك |
|