ما هي الديناميكا الحرارية؟
الديناميكا الحرارية هي فرع من فروع الفيزياء يتعامل مع العلاقة بين الحرارة والشغل، أو بشكل أوسع، بين الطاقة ودرجة الحرارة. إنها تدرس كيفية انتقال الطاقة من مكان إلى آخر وتحولها من شكل إلى آخر. تعتبر الحرارة صورة من صور الطاقة، وترتبط بكمية معينة من الشغل الديناميكي. يُذكر أن المهندس البريطاني السير بنيامين طومسون كان أول من اكتشف هذه العلاقة في عام 1798.
القانون الأول للديناميكا الحرارية: نظرة عامة
يُعرف القانون الأول للديناميكا الحرارية بمبدأ حفظ الطاقة. ينص على أن التغير في الطاقة الداخلية لنظام ما يساوي الفرق بين كمية الحرارة المضافة إلى النظام من محيطه والشغل الذي يبذله النظام على محيطه الخارجي.
القانون الثاني للديناميكا الحرارية: شرح مفصل
ينص القانون الثاني للديناميكا الحرارية على أن الطاقة لا يمكن أن تنتقل بشكل تلقائي من الأجسام الباردة إلى الأجسام الساخنة. أيضاً، لا يمكن تحويل الحرارة بشكل كامل إلى شغل. في الأنظمة المغلقة، تصل درجات الحرارة إلى حالة من التوازن، ولا توجد طاقة إضافية قادرة على بذل أي شغل.
الفروق الأساسية في المفاهيم بين القانونين
القانون الأول للديناميكا الحرارية يمثل في جوهره نفسه قانون حفظ الطاقة. أما القانون الثاني، فهو الذي يحدد العمليات الديناميكية الحرارية الممكنة والمستحيلة في الطبيعة.
الاختلافات في المضمون بين القانونين
يؤكد القانون الأول للديناميكا الحرارية أن الطاقة لا تفنى ولا تستحدث من العدم. بينما يوضح القانون الثاني أنه من المستحيل إنشاء محرك حراري مثالي أو نظام تبريد مثالي. بالإضافة إلى ذلك، يستحيل بناء آلة حركة دائمة، أو الاستمرار في تحويل الطاقة إلى شغل إلى الأبد. أيضاً، لا يمكن للحرارة أن تتدفق بشكل تلقائي من جسم بارد إلى جسم ساخن، وفي نظام معزول، لا يمكن أن تنخفض درجة الحرارة بشكل دائم.
التباين في الاستخدامات بين القانونين
في القانون الأول للديناميكا الحرارية، يمكن حساب قيمة جبرية مجهولة واحدة عند معرفة القيمتين الأخريين في المعادلة.
أمثلة توضيحية للقانونين
من الأمثلة على القانون الأول للديناميكا الحرارية، المصابيح الكهربائية التي تحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة ضوئية، والتي تنقسم بدورها إلى طاقة مشعة وطاقة حرارية. مثال آخر هو النباتات التي تحول ضوء الشمس إلى طاقة كيميائية من خلال عملية التمثيل الضوئي. أما بالنسبة للقانون الثاني، فمن الأمثلة عليه المدفأة التي تحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية في الغرفة الموجودة فيها، ولا تقوم بتدفئة الغرف المجاورة.
