البحث عن القانون الثاني للديناميكا الحرارية، والميكانيكا الإحصائية لها فروع عديدة منها الديناميكا الحرارية، وهو العلم الذي يدرس التغيرات التي تحدث نتيجة التغيرات في 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 الجسم.
يوضح كيف يمكن تحويل الحرارة والطاقة إلى أشكال أخرى ؛ أحد أشكال التحول هو تحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية، وتستخدم هذه الطاقة الناتجة لتحريك السيارات.
يتم استخدامه أيضًا في المحركات البخارية، ويدرس العلم الديناميكي أيضًا كيفية تحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة أخرى مثل الطاقة الكهربائية ؛ مثل الطاقات الموجودة في محطات الطاقة الشمسية والأنهار.
شرح القانون الثاني للديناميكا الحرارية
- للديناميات العديد من القوانين، وكلها تشرح وتدرس التغيرات التي تحدث داخل الأنظمة الفيزيائية.
- حيث يحدث التغيير في الأنظمة الفيزيائية وفقًا للعوامل الخارجية الموجودة.
- أيضًا، يؤدي التغيير في الكمية المادية إلى تغيير في النظام المادي.
- لكن من بين قوانين الديناميكا الحرارية وما تدرسه، فإن القانون الثاني هو الأهم.
- حيث يوضح هذا القانون الثاني التغييرات التي تحدث في أي نظام فيزيائي أو آخر.
- يصف القانون على وجه الخصوص التغيرات العفوية وغير العفوية، ومن الأمثلة على الحالات التي تمت دراستها في القانون.
- فهل هذا يثبت أن الجسم الساخن عندما يبرد يصبح باردًا تلقائيًا بدون مواد كيميائية أو أي تدخل.
- لكن جعل الجسم البارد ساخنًا يتطلب طاقة لتسخينه.
- شكل آخر من أشكال التغييرات غير العفوية هو تمدد الغاز عند وضعه في مكان فارغ.
- ومرة أخرى، يمكن ذكر المثال على أنه تفاعل المواد الكيميائية مع بعضها البعض.
- والنتيجة هي أن هذه التفاعلات تصبح متوازنة.
انظر أيضًا: بحث كامل حول الاحتكاك والحركة في الفيزياء
ماذا يعني القانون الثاني للديناميكا الحرارية؟
- قام العالم الألماني رودولف كلاوسيوس بدراسة وتجريب التغييرات العفوية وغير العفوية التي تحدث في المواد.
- يعتمد بشكل كامل على التغيير الديناميكي الذي يمكن أن يحدث في جميع الأنظمة.
- وهي مرتبطة بكمية فيزيائية وتسمى الإنتروبيا.
- استنتج العالم الألماني أن الانتروبيا إما ثابتة أو متزايدة.
- هذا هو الحال مع أي نظام يتم موازنته تلقائيًا، أو تحدث العمليات الطبيعية تلقائيًا أيضًا.
- يوضح هذا العالم الألماني أن الانتروبيا ليست سوى قياسات تظهر عدم التوازن في انتظام النظام.
- ويضيف أنه خلص أيضًا إلى أن الانتروبيا مرتبطة بالوقت لأي نظام.
- مثال على ذلك عندما يذوب السكر في أي سائل. يتعامل مع هذه الجزيئات داخل السقالة.
- نظرًا لأنه يذوب وينتشر بالتساوي داخل السائل، كذلك يحدث عدم انتظام.
- في النظام يكون في حالة ارتفاع عندما يذوب السكر في السائل.
- ثم تكون إنتروبيا كل مكون على حدة بمعنى السكر والسائل في حدها الأدنى.
- أو تساوي كمية 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 جعل أي آلة تعمل في حركة دائمة.
- لا يوجد تغيير في الطاقة 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 رجعة فيها، مما يعني أن نسبة الانتروبيا لهذا الخليط تتزايد دائمًا.
- أي عملية يتم فيها إهدار جزء من الطاقة نتيجة للاحتكاك 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 في شكل رياضي عام 1856 م، حيث كان قانون Q في قانونه الرياضي ساخنًا.
- و T هي درجة الحرارة، و N هي الكمية المقابلة، مما يعني الإنتروبيا وهذا الاسم أطلقه العالم الألماني عام 1865 م.
- هذا هو التعريف الذي قدمه العالم الألماني، وفي إحدى المرات كان في محاضرة فلسفية عقدت في 24 أبريل.
- قال كلاوزيوس في نهاية محاضرته إن “إنتروبيا الكون من المرجح أن تكون في أقصى حدودها”.
- تعتبر هذه الجملة، التي قالها العالم الألماني في نهاية محاضرته، من أشهر النصوص في 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
تختلف قوانين الديناميكا الحرارية، فهي أربعة قوانين، لأنها تصف جميعها 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 كانت تتغير ديناميكيًا أو لا تلقائيًا نتيجة تأثرها بعوامل خارجية أخرى.