القانون الثاني في الديناميكا الحراريَّة The 2nd law of Thermodynamics
المؤلف:
د. نضال الرشيدات
المصدر:
دِيناميكا حَراريَّة
الجزء والصفحة:
ج 5 ص1
17-1-2016
2318
القانون الثاني في الديناميكا الحراريَّة The 2nd law of Thermodynamics
لنعتبر الأنظمة الثلاثة التالية والمُحاطة جميعها بحدٍّ أدياباتي مُحكم.
- جسم درجة حرارته T1 في تماس حراري مع خزَّان حراري درجة حرارته T2 - الشكل a-1.
- عجلة دائريَّة تدور لُتُشغِّل مولِّداً كهربائيَّاً يرسل تياراً في مقاومة R مغمورة في خزَّان حراري - الشكل b-1.
- غاز محصور في جانب من وعاء معزول بحاجز عن الجانب الآخر المُفرغ - الشكل c-1.
-
نحن نعلم أنَّ
- سرياناً حراريَّاً من الخزَّان في النظام a سيتمُّ إلى الجسم وأنَّ درجة حرارة الجسم سوف ترتفع حتَّى تصل إلى T2، درجة حرارة الخزَّان. (لا تتغيَّر درجة حرارة الخزَّان بسبب سعته الحراريَّة الكبيرة جدَّاً).
- العجلة سوف تتوقف وأنَّ شغلاً مبدَّداً سوف يُبذل على المُقاومة وسوف يكون هناك سريان حراري من المُقاومة إلى الخزَّان مساوٍ للشغل أي للطاقة الحركيَّة التي ولَّدته والتي "صرفتها" العجلة.
- الغاز بمجرد أنْ يُثقب الحاجز الرقيق بيْنَ جزئي الوعاء سوف ينتشر في تمدُّدٍ حُرٍّ ويحتَّل حجماً، حجم الوعاء الكُليِّ، أكبر من حجمه الابتدائي ويُصبح ضغطه أقلَّ من ضغطه في الحالة الابتدائيَّة.
من الواضح أنَّ الطاقة تبقى محفوظة في الحالات الثلاث وهذا يتوافق مع قانون حفظ الطاقة للأنظمة المعزولة.
لنعتبر الآن العمليَّات الثلاث ولكن في اتجاه مُعاكس، ولتسهيل فهم ذلك اعتبر أنَّ الفيلم الذي صورناه في كُلٍّ من الحالات الثلاث قد أُعيد عرضه بالعكس، أي أنَّ:
- الجسم موجود أصلاً عند درجة الحرارة T2 ، مثل الخزَّان، سوف يبرد تلقائيَّاً حتَّى تُصبح درجة حرارته T1 ،
- هناك سريان حراري من الخزَّان في الحالة الثانية إلى المُقاومة R والتي تُرسل بدورها تياراً في المولِّد الكهربائي
(والذي يعمل كمُحرِّك أو ماتور) ويجعل العجلة تدور بنفس الطاقة الحركيَّة الابتدائيَّة،
- وفي المثال الثالث يضغط الغاز نفسه إلى الحجم الأول، وينغلق الثقب في الحاجز الرقيق عفويَّاً.
من الواضح أنَّ هذه العمليَّات في الاتجاه المُعاكس لا تحدث، والسؤال هو لماذا؟ خاصة وأنَّ الطاقة تبقى محفوظة في حالة عكس الفيلم في الأمثلة الثلاثة. وهو ما لا يخرق قانون حفظ الطاقة للأنظمة المعزولة.
الجواب هو أنَّه لا بُدَّ من وجود مبدأ آخر طبيعي، بالإضافة للقانون الأول وليس مُشتقاً منه، يُحدِّد الاتجاه الذي تأخذه عمليَّة طبيعيَّة. يحوي القانون الثاني في الثيرموديناميكا هذا المبدأ.
نص القانون الثاني في الثيرموديناميكا
باستخدام الإنْتروبي يُصاغ القانون الثاني في الثيرموديناميكا كما يلي:
"لا يُمكن أنْ تحدث العمليَّات التي قد تنقص فيها الإنْتروبي لنظام معزول" أو "في كُلِّ عمليَّة يخضع لها نظام معزول فإنَّ الإنْتروبي إمَّا تزداد وإمَّا تبقى ثابتة"
الاكثر قراءة في مواضيع عامة في الكيمياء الفيزيائية
اخر الاخبار
اخبار العتبة العباسية المقدسة
