ما هي قوانين الديناميكا الحرارية؟
الديناميكا الحرارية (بالإنجليزية: Thermodynamics) هي العلم الذي يدرس الطاقة وتحولاتها، وخاصة في المجالات التي تتعلق بالحرارة والشغل، وتوفر إطاراً نظرياً لفهم سلوك الأنظمة التي تتضمن عملية نقل الطاقة على شكل حرارة أو شغل، وهي تستند إلى مجموعة من القوانين والمبادئ الأساسية التي تصف سلوك الأنظمة الماكروسكوبية، أي الأنظمة التي تتكون من عدد كبير من الجزيئات، وهذه القوانين هي كالآتي:[١][٢][٣]
القانون الصفري للديناميكا الحرارية
تم إضافة القانون الصفري للديناميكا الحرارية (بالإنجليزية: Zeroth Law of Thermodynamics) بعد وضع القوانين الأول والثاني والثالث للديناميكا الحرارية، بفضل جهود العديد من العلماء، ومن أبرزهم السير رالف هورد فاولر، وينص القانون على أنه "إذا كان نظامان حراريين في حالة توازن حراري مع نظام حراري ثالث، فإنهما يكونان أيضًا في حالة توازن حراري مع بعضهما البعض"، علمًا بأن هذا القانون يشكل أساسًا للقوانين الأول والثاني والثالث، وهو يُنشئ مفهوم درجة الحرارة وفكرة التوازن الحراري كذلك.
القانون الأول للديناميكا الحرارية
يُعرف القانون الأول للديناميكا الحرارية (بالإنجليزية: First Law of Thermodynamics) أيضًا باسم مبدأ حفظ الطاقة (بالإنجليزية: Law of Energy Conservation)؛ وهو ينص على أن "الطاقة لا تفنى ولا تُستحدث، وإنما تتحول من شكلٍ لآخر"، وهذا يعني أن إجمالي الطاقة في النظام المعزول تبقى ثابتة عند قيمة محددة دائمًا، ولا تتلاشى أو تزداد، على الرغم من إمكانية تحويلها من شكلٍ إلى آخر.
أحد أبرز التطبيقات على القانون الأول للديناميكا الحرارية هو المحرك الحراري، والذي يتم تحويل الطاقة الحرارية فيه إلى طاقة ميكانيكية والعكس أيضًا في بعض الأحيان، حيث يصنف المحرك الحراري غالبًا على أنه نظام مفتوح، يقوم مبدأ عمله الأساسي على العلاقات المختلفة بين درجة الحرارة والضغط وحجم المائع، والذي يكون عبارة عن غاز دائمًا.
القانون الثاني للديناميكا الحرارية
ينص القانون الثاني للديناميكا الحرارية (بالإنجليزية: Second Law of Thermodynamics) على أن "الإنتروبي (الإنتروبي أو الاضطراب هو عبارة عن مقياس لدرجة الفوضى أو العشوائية في النظام)، الكلي لنظام حراري معزول في أي عملية طبيعية أو تلقائية؛ يمكن أن يزداد مع مرور الوقت، ويمكن أيضًا أن يبقى ثابتًا في الحالات المثالية، وذلك عندما يكون النظام في حالة ثبات كامل، أو أنه يمر بعملية انعكاسية".
القانون الثالث للديناميكا الحرارية
ينص القانون الثالث للديناميكا الحرارية (بالإنجليزية: Third Law of Thermodynamics) على أنه "عندما تقترب درجة حرارة النظام الحراري من درجة الصفر المطلق (درجة الصفر المطلق هي 0 كلفن أو 273.15 درجة مئوية تحت الصفر)، فإن الإنتروبيا الإجمالية للنظام الحراري تقترب من قيمة منخفضة جدًا"، بمعنى أن النظام يصبح مرتبًا جدًا، ويقترب من حالة الهيكل البلوري المثالي.
للديناميكا الحرارية فروع عديدة، تتضمن الديناميكا الحرارية الكلاسيكية، والإحصائية، والكيميائية، والهندسية، وغيرها العديد.
المراجع
- ↑ "thermodynamics", britannica, Retrieved 12/7/2023. Edited.
- ↑ "Thermodynamics", byjus, Retrieved 12/7/2023. Edited.
- ↑ "What is thermodynamics?", livescience, Retrieved 12/7/2023. Edited.
