إيجاد القانون الثاني للديناميكا الحرارية للميكانيكا الإحصائية العديد من الفروع، بما في ذلك الديناميكا الحرارية، العلم الذي يدرس التغيرات التي تحدث نتيجة للتغيرات في كميات فيزيائية معينة.
على سبيل المثال، يدرس التغيرات 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 من جسم إلى آخر من خلال الأجسام، 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 الطاقة الناتجة لتحريك الآلات.
يتم استخدامه أيضًا في المحركات البخارية، كما تدرس العلوم الديناميكية أيضًا كيفية تحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة أخرى، مثل الكهرباء ؛ مثل الطاقات الموجودة في محطات الطاقة الشمسية والأنهار.
شرح القانون الثاني للديناميكا الحرارية
- للديناميات العديد من القوانين، وكلها تشرح وتدرس التغيرات التي تحدث في الأنظمة الفيزيائية.
- حيث تتغير الأنظمة المادية وفقًا للعوامل الخارجية الموجودة.
- أيضًا، يؤدي التغيير في الكميات المادية إلى تغيير في النظام المادي.
- لكن من بين تلك القوانين الخاصة بالديناميكا الحرارية وما تدرسه، فإن القانون الثاني هو الأهم.
- حيث يوضح هذا القانون الثاني التغييرات التي تحدث في أي نظام مادي أو غيره.
- يصف القانون بشكل خاص التغييرات العفوية وغير العفوية، على سبيل المثال من الحالات التي يدرسها القانون ؛
- هل يثبت هذا أن الجسم الدافئ، عند تبريده، يبرد تلقائيًا دون تدخل كيميائي أو غيره؟
- لكن لجعل جسمًا باردًا ساخنًا يتطلب طاقة لتسخينه.
- شكل آخر من أشكال التغيير غير التلقائي هو تمدد الغاز عند وضعه في مكان فارغ.
- وأيضًا يمكن ذكر مثال على أنه تفاعل المواد الكيميائية مع بعضها البعض.
- والنتيجة هي أن هذه التفاعلات تصبح في حالة توازن.
أنظر أيضا: مسح كامل للاحتكاك والحركة في الفيزياء
ماذا يعني القانون الثاني للديناميكا الحرارية؟
- قام العالم الألماني رودولف كلاوسيوس بدراسة وتجريب التغيير العفوي وغير التلقائي في المواد.
- يعتمد كليًا على التغيير التلقائي الذي يمكن أن يحدث في جميع الأنظمة.
- إنها مرتبطة بكمية فيزيائية وتسمى الإنتروبيا.
- استنتج العالم الألماني أن الانتروبيا يمكن أن تكون إما ثابتة أو متزايدة.
- هذا هو الحال مع أي نظام يتم إدخاله تلقائيًا في حالة توازن، أو تحدث العمليات الطبيعية تلقائيًا أيضًا.
- أوضح هذا العالم الألماني أن الإنتروبيا ليست أكثر من قياس 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 نمو إذا يذوب السكر في السائل.
- ثم تكون إنتروبيا كل مادة على حدة أقل بمعنى السكر والسائل.
- أو يساوي مجموع إنتروبيا الخليط (بعد إذابة السكر في السائل).
من خلال هذا المثال والعديد من الأمثلة الأخرى للقانون الثاني للديناميكا الحرارية، كانت النتائج:
- لا يمكن بناء أي آلة تعمل في حركة دائمة.
- لا يوجد تغيير عفوي ينقل الحرارة من الجسم البارد إلى الجسم الساخن والعكس صحيح.
- إحدى نتائجنا هي أن جميع العمليات التي يتم فيها خلط نظامين أو أكثر لا رجعة فيها، مما يعني أن نسبة الانتروبيا في الخليط تزداد دائمًا.
- أي عملية يتم فيها إهدار جزء من الطاقة نتيجة للاحتكاك تعتبر أيضًا لا رجعة فيها.
أنظر أيضا: بحث الحركة الدورانية في الفيزياء، Doc
الصيغة الرياضية للقانون الثاني للديناميكا الحرارية
- صاغ العالم الألماني رودولف كلاوسيوس القانون في شكل رياضي في م. في عام 1856، حيث Q هي الحرارة في قانونه الرياضي.
- و T هي درجة الحرارة، و N هي الكمية المكافئة، مما يعني الإنتروبيا وهذا الاسم أطلقه العالم الألماني م. في عام 1865.
- كان هذا هو تعريف العالم الألماني، وفي إحدى المرات كان في محاضرة فلسفية عقدت في 24 أبريل.
- قال كلاوسيوس في نهاية محاضرته إن “إنتروبيا الكون تميل إلى 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 حالة معينة.
انظر أيضًا: بحث حول ثابت بولتزمان في الفيزياء
قوانين الديناميكا الحرارية مختلفة. إنها أربعة قوانين لأنها تصف جميعًا خصائص وسلوك انتقال الحرارة من جسم إلى آخر، وهو ما يفعله القانون الثاني للديناميكا الحرارية.
حيث يعمل على وصف التغيرات التي تحدث في جسم معين، سواء تغيرت بشكل عفوي أو غير عفوي نتيجة لتأثير العوامل الخارجية الأخرى.