بحث عن القانون الثاني للديناميكا الحرارية

البحث عن القانون الثاني للديناميكا الحرارية للميكانيكا الإحصائية العديد من الفروع، بما في ذلك الديناميكا الحرارية، العلم الذي يدرس التغيرات التي تحدث نتيجة لتغير في بعض الكمية الفيزيائية.

على سبيل المثال، يدرس التغيير في الضغط والحجم ودرجة الحرارة، ويدرس الطاقة المخزنة في الذرات والجزيئات، مثل الطاقة الكيميائية المخزنة في الروابط الأيونية.

تدرس هذه العلوم الديناميكية كيفية انتقال الطاقة عبر الأجسام من جسم إلى آخر، كما تدرس كيفية انتقال الحرارة عبر الأجسام.

يوضح كيف يمكن تحويل الحرارة والطاقة إلى أشكال أخرى ؛ أحد أشكال التحويل هو تحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية، ويمكن استخدام هذه الطاقة الناتجة لتحريك السيارات.

يتم استخدامه أيضًا في المحركات البخارية، كما تدرس العلوم الديناميكية أيضًا كيفية تحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة أخرى مثل الطاقة الكهربائية. مثل الطاقات في محطات الطاقة الشمسية والأنهار.

شرح القانون الثاني للديناميكا الحرارية

• للديناميات العديد من القوانين، وكلها تشرح وتدرس التغيرات التي تحدث في الأنظمة الفيزيائية.
  • حيث يحدث التغيير في الأنظمة المادية وفقًا للعوامل الخارجية الموجودة.
  • يؤدي التغيير في الكميات الفيزيائية أيضًا إلى تغيير في النظام المادي.
  • لكن من بين قوانين الديناميكا الحرارية وما تدرسه، فإن القانون الثاني هو الأهم.
  • يشرح هذا القانون الثاني التغييرات التي تحدث في أي نظام مادي أو أي نظام آخر.
• يصف القانون على وجه الخصوص التغييرات التلقائية وغير العفوية، ومن الأمثلة على الحالات التي يفحصها القانون.
  • هل هذا يثبت أنه عندما يبرد الجسم الساخن، يصبح باردًا تلقائيًا، دون تدخل كيميائي أو غيره.
  • ولكن لتحويل جسم بارد إلى جسم ساخن، فإنك تحتاج إلى طاقة لتسخينه.
  • شكل آخر من أشكال التغيير غير التلقائي هو تمدد الغاز عند وضعه في مكان فارغ.
  • يمكن أيضًا الاستشهاد بتفاعل المواد الكيميائية مع بعضها كمثال.
  • والنتيجة هي أن هذه التفاعلات تتوازن.

انظر أيضًا: بحث كامل حول الاحتكاك والحركة في الفيزياء

ماذا يقول القانون الثاني للديناميكا الحرارية؟

• قام العالم الألماني رودولف كلاوسيوس من خلال ما تمت دراسته وتجربته حول التغيير العفوي وغير التلقائي الذي يحدث في المواد.
  • إنه يعتمد كليًا على التغيير التلقائي الذي يمكن أن يحدث في جميع الأنظمة.
  • يشير إلى كمية مادية ويسمى الانتروبيا.
  • توصل العالم الألماني إلى استنتاج مفاده أن الانتروبيا يمكن أن تكون إما ثابتة أو متزايدة.
  • ينطبق هذا على أي نظام يتم تحقيق التوازن فيه تلقائيًا، أو حتى العمليات الطبيعية تلقائية.
  • أوضح هذا العالم الألماني أن الانتروبيا ليست سوى مقياس يظهر عدم التوازن في انتظام النظام.
  • وخلص أيضًا إلى أن الانتروبيا لأي نظام مرتبط بالوقت، فهو يزداد.
• مثال على ذلك عندما يذوب السكر في أي سائل ؛ يتعامل مع هذه الجزيئات داخل السقالة.
  • كما يذوب وينتشر بالتساوي في السائل، وكذلك عدم انتظام.
  • في النظام، يكون في حالة متزايدة عندما يذوب السكر في السائل.
  • ثم تكون إنتروبيا كل مادة على حدة من حيث السكر والسائل أقل.
  • أو يساوي مجموع إنتروبيا الخليط (بعد إذابة السكر في السائل).

من خلال هذا المثال والعديد من الأمثلة الأخرى للقانون الثاني للديناميكا الحرارية، كانت النتائج كما يلي:

• لا يمكن بناء آلة تعمل بشكل مستمر.
• لا يوجد تغيير عفوي ينقل الحرارة من الجسم البارد إلى الجسم الساخن والعكس صحيح.
• إحدى نتائجنا هي أن أي عملية تنطوي على خلط نظامين أو أكثر لا رجعة فيها، مما يعني أن نسبة الانتروبيا في هذا الخليط تتزايد دائمًا.
• أي عملية يتم فيها إهدار جزء من الطاقة من خلال الاحتكاك تعتبر أيضًا لا رجعة فيها.

أنظر أيضا: بحث عن الحركة الدورانية في الفيزياء Doc

الصيغة الرياضية للقانون الثاني للديناميكا الحرارية

• صاغ العالم الألماني رودولف كلاوسيوس القانون بصيغة رياضية في عام 1856 م، حيث كانت Q في قانونه الرياضي هي الحرارة.
  • و T هي درجة الحرارة، و N هي الكمية المكافئة، مما يعني الإنتروبيا، وهذا الاسم أطلقه العالم الألماني عام 1865 م.
• كان هذا هو تعريف العالم الألماني، وفي إحدى المرات كان في محاضرة فلسفية ألقيت في 24 أبريل.
  • قال كلاوسيوس في نهاية محاضرته إن “إنتروبيا الكون تتجه نحو أقصى حد”.
  • تعتبر هذه الجملة التي قالها العالم الألماني في نهاية محاضرته من أشهر نصوص القانون الثاني للديناميكا الحرارية.
  • يشمل القانون الثاني للديناميكا الحرارية الكون في جميع حالاته دون تمييز بينها أو تحديد أي حالة معينة.

انظر أيضًا: بحث بولتزمان المستمر في الفيزياء

تختلف قوانين الديناميكا الحرارية، فهناك أربعة قوانين تصف جميعها خصائص وسلوك انتقال الحرارة من جسم إلى آخر، وهو ما يفعله القانون الثاني للديناميكا الحرارية.

حيث تعمل على وصف التغيرات التي تحدث في جسم معين، سواء تغيرت بشكل عفوي أم لا نتيجة لتأثرها بعوامل خارجية أخرى.