فهم القانون الثاني للديناميكا الحرارية

نظرة عامة على القانون الثاني للديناميكا الحرارية

يقوم القانون الثاني للديناميكا الحرارية بتحديد اتجاه العمليات الفيزيائية والكيميائية، فهو يصف كيفية تغير الطاقة في الأنظمة المغلقة. أحد أهم مفاهيم هذا القانون هو الإنتروبيا، والتي يمكن فهمها كمقياس للفوضى أو العشوائية في النظام.

ينص القانون الثاني للديناميكا الحرارية على أنّ الإنتروبيا الكلية لنظامٍ معزول بالكامل لا تتناقص وإنما تزداد أو تبقى ثابتة، وبعبارةٍ أخرى فإنّ العمليات الديناميكية الحرارية تؤثّر في أي نظام مسببةً اضطرابه.[١]

في الحياة اليومية، يمكننا ملاحظة تأثير هذا القانون. على سبيل المثال، عندما تقوم بدفع كرة على سطح ما، فإنها ستتوقف في النهاية. هذا ليس بسبب توقف الطاقة، بل بسبب تحول جزء من الطاقة الحركية إلى طاقة حرارية نتيجة الاحتكاك، وهي طاقة غير قابلة للاستخدام بنفس الكفاءة.[٢]

تتجلى أهمية هذا القانون في قدرته على تفسير مجموعة واسعة من الظواهر، من ذوبان الجليد إلى التفاعلات الكيميائية. فهم الإنتروبيا ضروري لتحليل العمليات الكيميائية وتوقع نتائجها.[٣]

الصيغة الرياضية وتفسيرها

يمكن التعبير عن القانون الثاني للديناميكا الحرارية رياضياً باستخدام المعادلة التالية:

التغير في الإنتروبيا للنظام = التغير في الطاقة الحرارية / درجة حرارة الوسط

ΔEntropy= ΔThe Heat Transfer/ Temperature

وبالرموز:

ΔS = ΔQ / T

حيث إنّ:

• ΔS: التغير في الإنتروبيا وتُقاس بوحدة جول/ كلفن (J/ Kelvin).
• ΔQ: التغير في الطاقة الحرارية وتُقاس بوحدة الجول (J).
• T: درجة الحرارة وتُقاس بوحدة الكلفن (Kelvin).

تشير هذه المعادلة إلى أن التغير في الإنتروبيا (ΔS) يتناسب طرديًا مع التغير في الطاقة الحرارية (ΔQ) وعكسيًا مع درجة الحرارة (T).

تطبيقات وحسابات عملية

العلماء الذين ساهموا في تطوير القانون

العديد من العلماء ساهموا في تطوير وفهم القانون الثاني للديناميكا الحرارية. من أبرز هؤلاء:

• العالم سعدي كارنو: عالم فيزيائي فرنسي كان يُلقب بأبي الديناميكا الحرارية؛ وذلك لأنه المؤسس الأول لأصول القانون الثاني للديناميكا الحرارية.
• العالم رودولف كلاوزيوس: عالم فيزيائي ألماني عمل طويلًا على تطويرعبارة كلاوزيوس، والتي نصت على أنهلا يمكن للحرارة أن تنتقل تلقائيًامن مادة ذات درجة حرارة منخفضة إلى مادة ذات درجة حرارة مرتفعة.
• العالم وليام طومسون: عالم فيزيائي معروف باسم لورد كلفن، والذي وضّح أنّه لا يُمكن أن تتحول كامل الطاقة الحرارية للنظام إلى قوة.

يندرج ضمن مفهوم القانون الثاني للديناميكا الحرارية ما يُعرف بالعشوائية والإضراب، وهما اللذان يُسيطران على أي نظام في الكون، لأنه لا يوجد أي نظام تُحوّل كامل طاقته الحرارية إلى قوة، دون أن يجري فقدان جزء منها مع مرور الوقت.

المراجع

1. ^أبAmy Dusto (28/12/2020),”Second Law of Thermodynamics: Definition, Equation & Examples”,SCIENCING, Retrieved 6/10/2021. Edited.
2. ↑”Second Law of Thermodynamics: Entropy and Systems”,Study.com, Retrieved 6/10/2021. Edited.
3. ↑”Thermodynamics article”,Khan Academy, Retrieved 6/10/2021. Edited.
4. ↑”Second law of Thermodynamics”,NASA, Retrieved 6/10/2021. Edited.
5. ↑”2nd Law of Thermodynamics”,LibreTexts, 16/8/2020, Retrieved 6/10/2021. Edited.