المحاضرة الأول :
الديناميكا الحرارية Thermodynamics
مقدمة :
الديناميكا الحرارية هي فرع من فروع الفيزياء القديمة تبحث عن العلاقة بين الحرارة والشغل ، وتحويل إحداهما إلى الأخرى ، كما تبحث عن كيفية إنتاج الحرارة وانتقالها من موقع إلى آخر وتأثيرها على المادة وكيفية تخزينها .
ولا تقدم الديناميكا الحرارية أي فرضية بخصوص الطبيعة الجزيئية أو الذرية للمادة وإنما هي علم تجريبي أو شبه تجريبي فجميع قوانينه وأساسياته مستخلصة من التجارب والمشاهدات .
ورغم أن الديناميكا الحرارية تستطيع الربط بين كثير من الكميات المقيسة أو التي تقع تحت الحس المباشر ، إلا أنها لا تستطيع إعطاء قيم مطلقة لتلك الكميات . وإذا ما أريد دراسة المواد بعمق أكثر لزم الربط بين الديناميكا الحرارية والنظرية الجزيئية أو الذرية للمواد . وينتج من هذا التزاوج بين هذين الموضوعين ما يعرف بالميكانيكا الإحصائية أو الفيزياء الإحصائية .
هناك نقطة أخرى وهي أن مبادئ الديناميكا الحرارية قد تدلنا على اتجاه التفاعل الذي يجري في النظام ( سيأتي تعريف لهذا المصطلح ) فمثلاً هل ستزداد درجة حرارة النظام أم ستنقص أو هل سيتحول النظام من طور غازي إلى سائل أو إلى جامد أو العكس ، ولكنها لا تستطيع أن تدلنا على سرعة هذا التفاعل أو معدل حدوثه مع الزمن ، وإذا ما أريد معرفة ذلك لزم أن تؤخذ الطبيعة الجزيئية أو الذرية وحركية تلك الجسيمات بعين الاعتبار .
وبالتالي فإن الديناميكا الحرارية تمكننا من أن نتوقع إمكانية حدوث التفاعل الكيميائي تلقائياً تحت ظروف معينة، وبذلك فإنه يمكننا توفير كثير من الجهد والوقت والمال ببعض حسابات الديناميكا الحرارية.
يبنى علم الديناميكا الحرارية على قانونين أساسيين من قوانين الفيزياء هما القانون الأول والقانون الثاني في الديناميكا الحرارية . وعبر هذين القانونين العامين يمكن الربط بين كثير من خواص المادة .
من المفيد ذكره أن الديناميكا الحرارية تشمل أيضاً علم التقريس الذي يدرس المواد عند درجات منخفضة جداً من الحرارة ، كما أن مبادئ الديناميكا الحرارية ضرورية لفهم كل أنواع الآلات الحرارية التي تشمل آلات الديزل والبنزين والبخار كما تشمل آلات أجهزة التبريد.
مصطلحات الديناميكا الحرارية :
كل علم من العلوم وكل تخصص من التخصصات له مفاهيمه الأساسية التي تعتبر بمثابة اللغة التي نستخدمها لشرح مواضيع هذا العلم أو هذا التخصص ، ومن هذه المصطلحات التي ستتكرر مع دراستنا للديناميكا الحرارية ما يلي :
النظام system :
يقصد به جزء محدد من المادة له حدود معينة سواء كانت حقيقة أم وهمية ينصب الاهتمام عليه .
وبمعنى آخر : كمية محدود وموصوفة من مادة تكون محاطة بغلاف أو حدود حقيقي أو تخيلي ، يمكن أن يكون ثابتا أو متحركا .
ويلعب النظام دورا أساسيا في دراسة العلاقة بين الطاقة الميكانيكية والطاقة الحرارية .
محيط النظام surrounding :
الوسط المحيط بالنظام من فراغ أو مادة سواء تفاعل مع النظام أم لم يتفاعل .
أمثلة على الأنظمة الحرارية :
1 – غاز محصور في أسطوانة
2 – غاز في وعاء
3 – جزيئات ما في محلول
4 – شريط مطاطي ( نظام معقدّ )
5 – نظام التدفئة المركزية
6 – نظام التبريد في الآلات والمحركات
7 – الآلات البخارية
أنواع الأنظمة :
النظام المفتوح open system:
هو الذي تسمح حدوده بتبادل الحرارة والمادة مع محيط النظام .
النظام المغلق closed system:
وهو الذي لا تسمح حدوده بتبادل المادة مع محيط النظام ولكن تسمح بتبادل الشغل والحرارة .
النظام المعزول isolated system:
هو الذي لا تسمح حدوده بتبادل المادة والحرارة والشغل مع محيط النظام .
مقارنة :
رد مع اقتباس
مواقع النشر (المفضلة)