البحث عن البداية الثانية للديناميكا الحرارية للميكانيكا الإحصائية عدة فروع، منها الديناميكا الحرارية، العلم الذي يدرس التغيرات التي تحدث نتيجة تغيير بعض الكميات الفيزيائية.
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 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 لقيادة السيارات.
يتم استخدامه أيضًا في المحركات البخارية، كما تدرس العلوم الديناميكية أيضًا كيفية تحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة أخرى، مثل الطاقة الكهربائية ؛ كطاقة من محطات الطاقة الشمسية والأنهار.
شرح المبدأ الثاني للديناميكا الحرارية
- للديناميات العديد من القوانين، وكلها تشرح وتدرس التغيرات التي تحدث في الأنظمة الفيزيائية.
- حيث تحدث التغييرات في الأنظمة الفيزيائية وفقًا للعوامل الخارجية الموجودة.
- أيضًا، يؤدي التغيير في الكميات الفيزيائية إلى تغيير في النظام المادي.
- ولكن من بين تلك القوانين الخاصة بالديناميكا الحرارية وما تدرسه، فإن القانون الثاني هو الأهم.
- حيث يوضح هذا القانون الثاني التغييرات التي تحدث في نظام مادي معين.
- يصف القانون التغييرات العفوية وغير العفوية، على وجه الخصوص، أمثلة من الحالات التي يغطيها القانون.
- ما لم يثبت أن الجسم الساخن، عند تبريده، يصبح باردًا تلقائيًا دون تدخل كيميائي أو أي تدخل آخر.
- لكن تحويل جسم بارد إلى جسم ساخن يتطلب طاقة لتسخينه.
- شكل آخر من أشكال التغيير غير التلقائي هو تمدد الغاز عندما يكون في فراغ.
- وكمثال أيضًا، يمكنك الاستشهاد بتفاعل المواد الكيميائية مع بعضها البعض.
- نتيجة لذلك، تأتي هذه التفاعلات في حالة توازن.
أنظر أيضا: دراسة كاملة للاحتكاك والحركة في الفيزياء
ماذا يتبع القانون الثاني للديناميكا الحرارية؟
- قام العالم الألماني رودولف كلاوسيوس من خلال ما تمت دراسته وتجربته حول التغيرات العفوية وغير العفوية التي تحدث في المواد.
- يعتمد كليا على التغيرات العفوية التي يمكن أن تحدث في جميع الأنظمة.
- هذا مرتبط بكمية فيزيائية ويسمى الانتروبيا.
- توصل العالم الألماني إلى استنتاج مفاده 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 إجراءات تُظهر عدم توازن في انتظام النظام.
- وخلص أيضًا إلى أن الانتروبيا مرتبطة بالوقت لأي نظام، فهو يزداد.
- مثال على ذلك عندما يذوب السكر في أي سائل ؛ إنها تتعامل مع هذه الجزيئات على نطاق واسع.
- عندما يذوب ويتم توزيعه بالتساوي في السائل، يحدث أيضًا عدم انتظام.
- في النظام، يكون في حالة ارتفاع عندما يذوب السكر في السائل.
- ثم تكون إنتروبيا كل مادة على حدة بمعنى السكر والسائل أصغر.
- أو يساوي مجموع إنتروبيا الخليط (بعد ذوبان السكر في السائل).
باستخدام هذا المثال والعديد من الأمثلة الأخرى للمبدأ الثاني للديناميكا الحرارية، كانت النتائج:
- من المستحيل بناء 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 أي نظامين أو أكثر لا يمكن عكسها، مما يعني أن نسبة الانتروبيا في هذا الخليط تزداد دائمًا.
- أي عملية تفقد فيها بعض الطاقة نتيجة الاحتكاك تعتبر أيضًا لا رجعة فيها.
أنظر أيضا: دراسة الحركة الدورانية في الفيزياء doc
الصيغة الرياضية للمبدأ 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 كمية مكافئة ترمز إلى الانتروبيا، وهو الاسم الذي أطلقه عالم ألماني في عام 1865 م.
- تم تقديم هذا التعريف من قبل عالم ألماني، وكان مرة واحدة في محاضرة فلسفية في 24 أبريل.
- في نهاية محاضرته، قال كلاوزيوس إن “إنتروبيا الكون تميل إلى أقصى حد.”
- تعتبر هذه الجملة، التي قالها العالم الألماني في نهاية محاضرته، من أشهر نصوص البداية الثانية للديناميكا الحرارية.
- يشمل القانون الثاني للديناميكا الحرارية الكون في جميع حالاته دون تمييز بينها أو تحديد حالة معينة.
انظر أيضاً: دراسة ثابت بولتزمان في الفيزياء
قوانين الديناميكا الحرارية تختلف. هذه 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 تلقائي أو غير تلقائي نتيجة لعوامل خارجية أخرى.