ما هي الديناميكا الحرارية؟ هذا فرع من فروع الفيزياء يتعامل مع دراسة خصائص الأنظمة العيانية. في الوقت نفسه ، تندرج طرق تحويل الطاقة وطرق نقلها أيضًا تحت الدراسة. الديناميكا الحرارية هي فرع من فروع الفيزياء التي تدرس العمليات التي تحدث في الأنظمة وحالاتها. سنتحدث عن الأشياء الأخرى الموجودة في قائمة الأشياء التي تدرسها.
التعريف
في الصورة أدناه ، يمكنك رؤية مثال على مخطط حراري تم الحصول عليه عند دراسة إبريق من الماء الساخن.
الديناميكا الحرارية علم يعتمد على الحقائق المعممة التي تم الحصول عليها تجريبيا. يتم وصف العمليات التي تحدث في الأنظمة الديناميكية الحرارية باستخدام كميات عيانية. تتضمن قائمتهم معلمات مثل التركيز والضغط ودرجة الحرارة وما شابه. من الواضح أنها لا تنطبق على الجزيئات الفردية ، ولكن يتم اختزالها في وصف النظام في شكله العام (على عكس تلك الكميات المستخدمة في الديناميكا الكهربائية ، على سبيل المثال).
الديناميكا الحرارية هي فرع من فروع الفيزياء لها قوانينها الخاصة أيضًا. هم ، مثل البقية ، ذات طبيعة عامة. تفاصيل محددة عن هيكل أأي مادة أخرى اخترناها لن يكون لها تأثير كبير على طبيعة القوانين. لهذا السبب يقولون أن هذا الفرع من الفيزياء هو واحد من أكثر (أو بالأحرى تطبيق بنجاح) في العلوم والتكنولوجيا.
التطبيق
يمكن أن تكون قائمة الأمثلة طويلة جدًا. على سبيل المثال ، يمكن العثور على العديد من الحلول القائمة على قوانين الديناميكا الحرارية في مجال الهندسة الحرارية أو صناعة الطاقة الكهربائية. وغني عن البيان وصف وفهم التفاعلات الكيميائية ، وتحولات الطور ، وظواهر التحويل. بطريقة ما ، الديناميكا الحرارية "تتعاون" مع ديناميكيات الكم. مجال اتصالهم هو وصف لظاهرة الثقوب السوداء.
قوانين
توضح الصورة أعلاه جوهر إحدى العمليات الديناميكية الحرارية - الحمل الحراري. ترتفع الطبقات الدافئة من المادة ، وتتساقط الطبقات الباردة.
اسم بديل للقوانين ، والذي ، بالمناسبة ، يستخدم أكثر من غيره ، هو بداية الديناميكا الحرارية. حتى الآن ، هناك ثلاثة منهم (بالإضافة إلى واحد "صفر" ، أو "عام"). لكن قبل الحديث عما يعنيه كل قانون ، دعونا نحاول الإجابة على سؤال ماهية مبادئ الديناميكا الحرارية.
هم مجموعة من المسلمات التي تشكل الأساس لفهم العمليات التي تحدث في الأنظمة الكبيرة. تم وضع أحكام مبادئ الديناميكا الحرارية تجريبياً حيث تم إجراء سلسلة كاملة من التجارب والبحث العلمي. وبالتالي ، هناك بعض الأدلةمما يسمح لنا بتبني المسلمات دون أدنى شك في دقتها.
يتساءل بعض الناس لماذا تحتاج الديناميكا الحرارية إلى هذه القوانين بالذات. حسنًا ، يمكننا القول أن الحاجة إلى استخدامها ترجع إلى حقيقة أنه في هذا القسم من الفيزياء ، يتم وصف المعلمات العيانية بطريقة عامة ، دون أي تلميح للنظر في طبيعتها المجهرية أو ميزات نفس الخطة. هذا ليس مجال الديناميكا الحرارية ، ولكن مجال الفيزياء الإحصائية ، لنكون أكثر تحديدًا. شيء مهم آخر هو حقيقة أن مبادئ الديناميكا الحرارية مستقلة عن بعضها البعض. أي أن واحدة من الثانية لن تعمل.
التطبيق
تطبيق الديناميكا الحرارية ، كما ذكرنا سابقًا ، يسير في اتجاهات عديدة. بالمناسبة ، يتم أخذ أحد مبادئها كأساس ، والذي يتم تفسيره بشكل مختلف في شكل قانون الحفاظ على الطاقة. يتم تنفيذ الحلول والمفاهيم الديناميكية الحرارية بنجاح في صناعات مثل صناعة الطاقة والطب الحيوي والكيمياء. هنا في الطاقة البيولوجية ، يتم استخدام قانون الحفاظ على الطاقة وقانون الاحتمالية واتجاه العملية الديناميكية الحرارية على نطاق واسع. إلى جانب ذلك ، يتم استخدام المفاهيم الثلاثة الأكثر شيوعًا هناك ، والتي يعتمد عليها العمل بأكمله ووصفه. هذا نظام ديناميكي حراري ومرحلة عملية وعملية.
العمليات
العمليات في الديناميكا الحرارية لها درجات متفاوتة من التعقيد. هناك سبعة منهم. بشكل عام ، يجب فهم العملية في هذه الحالة على أنها ليست أكثر من تغيير في الحالة العيانية ، فيالذي أعطي للنظام في وقت سابق. يجب أن يكون مفهوماً أن الفرق بين الحالة الأولية المشروطة والنتيجة النهائية يمكن أن يكون ضئيلاً.
إذا كان الاختلاف ضئيلًا بشكل لا نهائي ، فيمكننا تسمية العملية التي حدثت بالأساسيات. إذا ناقشنا العمليات ، فسيتعين علينا اللجوء إلى ذكر الشروط الإضافية. واحد منهم هو "الهيئة العاملة". سائل العمل هو نظام تحدث فيه عملية حرارية واحدة أو عدة عمليات.
تنقسم العمليات تقليديًا إلى عدم توازن وتوازن. في حالة الحالة الأخيرة ، فإن جميع الحالات التي يجب أن يمر من خلالها النظام الديناميكي الحراري هي ، على التوالي ، غير متوازنة. غالبًا ما يحدث التغيير في الحالات في مثل هذه الحالات بوتيرة سريعة. لكن عمليات التوازن قريبة من العمليات شبه الساكنة. في نفوسهم ، تكون التغييرات بترتيب من حيث الحجم أبطأ.
يمكن أن تكون العمليات الحرارية التي تحدث في الأنظمة الديناميكية الحرارية قابلة للعكس ولا رجعة فيها. لفهم الجوهر ، دعونا نقسم تسلسل الإجراءات إلى فترات معينة في تمثيلنا. إذا تمكنا من القيام بنفس العملية في الاتجاه المعاكس مع نفس "محطات الطريق" ، فيمكن عندئذٍ تسميتها قابلة للعكس. وإلا فلن يعمل.
