القانون الثاني للديناميكا الحرارية
- تدرس قوانين الديناميكا الحرارية الأنظمة الفيزيائية التي تحدث فيها تغيرات في الطاقة نتيجة لتأثير البيئة، بالإضافة إلى التغيرات في الكميات الفيزيائية الأخرى مثل درجة الحرارة والضغط.
- أهم هذه القوانين هو القانون الثاني للديناميكا الحرارية، والذي يصف التغييرات التي تحدث في أي نظام، وخاصة التغييرات التلقائية وغير التلقائية، وأمثلة على التغييرات التلقائية وغير التلقائية، عندما يبرد الجسم الساخن، يحدث هذا تلقائيًا أثناء عملية تحويل الجسم البارد إلى تسخين لا يحدث تلقائيًا.
- لكننا نحتاج إلى طاقة لتسخينه، وأيضًا عندما نضع الغاز في مكان فارغ، يتمدد هذا الغاز ولكن العكس لا يحدث، أي أن الغاز لا ينكمش تلقائيًا عند وضعه في حاوية فارغة.
عامل القانون الثاني
- مبدأ كارنو: الأصل التاريخي للقانون الثاني هو مبدأ كارنو الذي يشير إلى محرك كارنو الحراري، والذي يعمل في نظام شبه ثابت، بحيث يتم نقل الحرارة والعمل بين نظامين داخليين متوازنين حراريًا، محرك كارنو هو مثالي جهاز ذو أهمية خاصة للمهندسين المهتمين بكفاءة المحركات الحرارية، في ضوء تفسير القانون الثاني مساوٍ ماديًا للقانون الثاني ومتوفر حتى الآن، وينص على ما يلي: كفاءة الانعكاس أو شبه- تعتمد دورة Carnot الثابتة فقط على درجة حرارة الخزان الحراري، حتى لو كانت مادة العمل أو قطعة العمل الخاصة بمحرك Carnot الذي يعمل بهذه الطريقة هي أيضًا المحرك الأكثر كفاءة المستخدم في درجات الحرارة هذه.
الحركة الدائمة من النوع الثاني
- قبل ظهور القانون الثاني، كان الكثير من الناس مهتمين بإنشاء إله ذي حركة دائمة، فقد حاولوا الالتفاف على القانون الأول من خلال أخذ طاقة داخلية كبيرة من البيئة كمصدر للطاقة للآلة. كان من المقرر أن يُطلق على هذا النوع الثاني من الآلهة إله الحركة الدائمة، لكن القانون الثاني فشل في القيام بذلك.
نظرية كارنو
تنص نظرية كارنو على أن:
- معظم المحركات الحرارية غير العكسية التي تعمل بين خزانين حراريين تكون أقل كفاءة من محركات كارنو، التي تعمل بين نفس الخزانات.
- تعتبر جميع محركات عكس الحرارة التي تعمل بين خزانين حراريين لها نفس وظيفة محرك Carnot، والذي يعمل بدوره بين الخزانات نفسها، وفي نموذجه المثالي: يمكنه استعادة الحرارة التي يتم نقلها للعمل عن طريق عكس حركة الدورة، والتي تُعرف باسم معامل الانعكاس.
- افترض كارنو أن بعض الحرارة يتم إهمالها وعدم تحويلها إلى عمل (استنفاد العمل)، وبسبب ذلك لا يوجد محرك حقيقي وحقيقي يمكن أن يؤدي في نظرية كارنو الانعكاسية ويفترض أن تكون كفاءتها أقل بكثير من كفاءة كارنو .
أنظمة ميكرون
- ترتبط أنظمة ميكرون بمجموعة من نظريات الحرارة، ونتيجة لذلك، فإن القانون الثاني للحرارة مناسب للأنظمة الكبيرة التي تتكون من عدد هائل من الذرات أو الجزيئات وتتميز بدرجة حرارة خاصة، على سبيل المثال: في نظام يحتوي على جزئين فقط، هناك احتمال أن الجزيء البطيء (البارد) سوف يعطي الطاقة للجزيء السريع (الساخن).
- على سبيل المثال: هذا النظام خارج سياق دراسة الديناميكا الحرارية ويمكن دراسته في المواد الديناميكية الحرارية الكمومية باستخدام الديناميات الإحصائية. في نظام معزول يحتوي على بعض أشكال المادة، من الممكن أن نرى انخفاضًا طفيفًا في الانتروبيا، وفقًا للفيزيائي الروسي ليف لانداو. .
انتشار الطاقة
- يتعامل القانون الثاني للحرارة مع درجة الحرارة والضغط والاتجاه والنتروبيا التي يوجه فيها العملية الحرارية. على سبيل المثال: ينص القانون الثاني على أنه لا يمكن نقل درجة الحرارة من الجسم البارد إلى الجسم الساخن.
- بالمقابل، صحيح أن الحرارة تنتقل من جسم ساخن إلى جسم بارد، كما تقول أن الطاقة المركزة في نظام معزول تنتشر وتوزع فيه بالتساوي بمرور الوقت، مما يعني أن انتشار الطاقة في نظام ما يعني أن الاختلافات في يميل تركيز الطاقة إلى الاختفاء بمرور الوقت، معادلة درجة الحرارة، والضغط المتساوي، والكثافة المتساوية.
- يمكن القول أيضًا أن الانتروبيا – إحدى تلك الخصائص – يمكن أن تؤخذ كمقياس لانتشار الطاقة أو الحرارة، لذا فإن القانون الثاني للحرارة يتعلق بالانتروبيا.
صيغة القانون
- من خلال هذه الملاحظات، صاغ العالم الألماني رودولف كلاوسيوس القانون الثاني للديناميكا الحرارية، والذي يعتمد على التغيير التلقائي في أي نظام مرتبط بكمية فيزيائية معينة تسمى الإنتروبيا، حيث وجد العالم الألماني أن أي نظام يريد الوصول إلى التوازن تلقائيًا أو في أي العمليات الطبيعية تحدث تلقائيًا، يبقى الانتروبيا هذا النظام إما ثابتًا أو متزايدًا، وقد أظهر العالم الألماني من خلال المعادلات الرياضية أن الانتروبيا هي مقياس لعدم انتظام النظام وصقور الفوضى فيه.
- حيث وجد أن التغيير في الانتروبيا فيما يتعلق بالوقت في أي نظام يزداد، على سبيل المثال: عندما يذوب السكر في سائل معين تنتشر جزيئات السكر وتوزع في السائل بالتساوي، وبالتالي يزداد الاضطراب وعدم الانتظام في هذه الحالة، فإن الانتروبيا الكلية لكل مادة على حدة (سكر زائد سائل) هي أقل من أو تساوي إنتروبيا الخليط (عندما يذوب السكر في سائل).
النتائج التي تم الحصول عليها من خلال القانون الثاني للديناميكا الحرارية:
- لا يمكن بناء أي آلة في حركة دائمة.
- لا يوجد مفتاح أوتوماتيكي ينقل الحرارة من الجسم البارد إلى الجسم الساخن أو يسخن الجسم البارد تلقائيًا.
- لا يتم عكس جميع العمليات التي يحدث فيها الخلط بين نظامين أو أكثر، أي أن إنتروبيا الخليط تتزايد باستمرار، وكذلك أي عملية يحدث فيها فقد للطاقة بسبب الاحتكاك هي أيضًا عملية لا رجوع فيها.
الديناميكا الحرارية
- الديناميكا الحرارية هو العلم الذي يدرس الحرارة. تتضمن الديناميكا الحرارية ثلاثة قوانين رئيسية لها أهمية كبيرة لأنها تؤثر على حياتنا العملية وكذلك تأثيرها على الكون بأسره.
- من هنا يجب أن نعلم أن القانون الثاني للحرارة قد حظي باهتمام العديد من العلماء، حيث توجد مجموعة من الصيغ لذلك القانون، كل منها ينتمي إلى عالم واضح ومعروف. الواقع من زاوية معينة، لكنهم جميعًا متحدون في المعنى.
- تتضمن الصيغة الأولى نقل الحرارة: من المستحيل أن تنتقل كمية من الحرارة من جسم منخفض الحرارة إلى جسم ذي درجة حرارة عالية دون القيام بأي شيء من الخارج.
- تتضمن الصيغة الثانية الانتروبيا: إن إنتروبيا تريندات هي أي نظام معزول بمرور الوقت يميل إلى الوصول إلى نهاية سطحية، إما في النظام المعزول أو في الكون بأسره.
- الصيغة الثالثة التي تتضمن تحويل الطاقة الحرارية إلى عمل: من المستحيل تحويل كل الطاقة الحرارية إلى عمل في عملية دورية.
علم الديناميكا الحرارية
- يدرس الديناميكا الحرارية ويشرح طريقة نقل الحرارة والطاقة من جسم إلى آخر، وطريقة تحويلها إلى أشكال أخرى مثل تحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية، والتي تستخدم على سبيل المثال في آلات البخار ومحركات الاحتراق الداخلي مثل محركات السيارات وطريقة تحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة. كهربائي.
- كما يحدث في محطات الطاقة الشمسية والسدود والأنهار قوانين الديناميكا الحرارية وهو القانون الثاني للديناميكا الحرارية، ونتعرف على المتغيرات التي يعتمد عليها هذا القانون ونبين أهم النتائج التي حصلنا عليها من هذا القانون في الطبيعة.
في هذه المقالة، قدمنا لك القانون الثاني للديناميكا الحرارية، وأطلعنا على نطق القانون الثاني، والحركة الدائمة من النوع الثاني، ونظرية كارنو، وأنظمة الميكرون، وانتشار الطاقة، وصيغة القانون، ونحن تحدثت عن الديناميكا الحرارية والديناميكا الحرارية.