ما هو القانون الصفري للديناميكا الحرارية؟
تم إضافة القانون الصفري (بالإنجليزية: The Zeroth Law of Thermodynamics) إلى قوانين الديناميكا الحرارية الأولى والثانية والثالثة بعد وضعها، ولهذا سُمي بالقانون الصفري أو القاعدة الصفرية، حيث إنه يعتبر أساسًا للقوانين الأخرى، ويوفر أساسًا جيدًا لقياس وفهم درجة الحرارة، وهو ينص على أنه "إذا كانت هناك نظامان ديناميكيان حراريان في حالة توازن حراري مع نظام ديناميكي حراري ثالث، فإنهما يكونان أيضًا في حالة توازن حراري مع بعضهما البعض".[١][٢]
يمكن التعبير عن القانون الصفري للديناميكا الحرارية ببساطة، بأنه إذا كانت جسمين عند نفس درجة الحرارة مع جسم ثالث، فإنهما يكونان أيضًا عند نفس درجة الحرارة مع بعضهما البعض، أي أن الأجسام الثلاثة في حالة توازن حراري مع بعضها البعض، وهذا يعني أنها جميعًا تمتلك درجة الحرارة نفسها.[١]
ما هي أهمية القانون الصفري للديناميكا الحرارية؟
تكمن أهمية القانون الصفري للديناميكا الحرارية في أنه يتيح لنا تحديد مقياس حرارة معين وإجراء العديد من المقارنات المفيدة بين الأنظمة المختلفة، فمن خلال تأسيس مفهوم ثابت للتوازن الحراري، يمكن توفير أساس جيد لفهم عملية نقل الحرارة وسلوك الطاقة في مختلف الأنظمة الديناميكية الحرارية، والنقاط الآتية توضح أبرز محاور أهميته:[١][٢]
- يتيح القانون الصفري إنشاء مقياس لدرجة الحرارة، ويوفر أساسًا لقياس درجات الحرارة ومقارنتها بين أنظمة مختلفة.
- أساس القانون الصفري؛ وهو التوازن الحراري يساعد في فهم عملية نقل الحرارة وسلوك الطاقة، حيث يشير إلى أن الأنظمة الموجودة في حالة توازن حراري لا يوجد تحويل صافٍ للحرارة بينها، مع الإشارة إلى أن هذا المفهوم يُعتبر أساسيًا في تطبيقات عملية عديدة مثل تصميم الأنظمة الحرارية ودراسة تدفق الطاقة.
- يمكن القانون الصفري من معايرة الميزان الحراري، وهو الجهاز المستخدم لقياس درجة الحرارة، من خلال إنشاء مبدأ التوازن الحراري، حيث إنه يوفر نقطة مرجعية لعملية المعايرة.
- يتيح القانون الصفري قياس درجة الحرارة بدقة والتحكم فيها في مجالات مختلفة مثل الهندسة والفيزياء والكيمياء وعلوم البيئة، وهذا أمر ضروري للعمليات التي تعتمد على التحكم في درجة الحرارة بدقة، مثل التفاعلات الكيميائية وأنظمة التحكم المناخي وغيرها.
- يعتبر القانون الصفري أساسًا للقانون الأول والثاني والثالث للديناميكا الحرارية.
من هو مُكتشف القانون الصفري للديناميكا الحرارية؟
تم صياغة القانون الصفري للديناميكا الحرارية استنادًا إلى الفهم الجماعي والمساهمات المتعددة لعدة علماء في مجال الديناميكا الحرارية، وعلى الرغم من ذلك، فإن أبرز المساهمين في وضع القانون الصفري هو الفيزيائي البريطاني رالف هاورد فاولر (بالإنجليزية: Ralph Howard Fowler) الذي أدى دورًا مهمًا في صياغة قوانين الديناميكا الحرارية الأربعة جميعها.[٣]
ما هي أبرز تطبيقات القانون الصفري للديناميكا الحرارية؟
فيما يأتي ذكر لأبرز تطبيقات القانون الصفري للديناميكا الحرارية:[٣][٤]
- معايرة ميزان الحرارة استنادًا إلى مبدأ التوازن الحراري الذي أنشأه القانون الصفري.
- توحيد الحرارة في الأفران والتحقق من دقة أنظمة التحكم في درجة الحرارة وضمان تبادل حراري صحيح في مبادلات الحرارة من خلال مفهوم التوازن الحراري.
- تصميم وتحسين أنظمة إدارة الحرارة في المجالات الهندسية، مثل تبريد الإلكترونيات وأنظمة التكييف وعمليات محطات توليد الطاقة.
- التطبيقات الطبية التي يكون قياس درجة الحرارة بدقة فيها أمر مهم وحاسم في التشخيص الطبي.
المراجع
- ^ أ ب ت "What is the zeroth law of thermodynamics?", livescience, Retrieved 10/7/2023. Edited.
- ^ أ ب "Zeroth law of thermodynamics", khanacademy, Retrieved 10/7/2023. Edited.
- ^ أ ب "Zeroth Law of Thermodynamics", byjus, Retrieved 10/7/2023. Edited.
- ↑ "Examples and Applications of Zeroth Law of Thermodynamics", unacademy, Retrieved 10/7/2023. Edited.
