القانونا الأول والثاني في الديناميكا الحرارية

2015 علوم القرن الـ21 الطاقة والمادة

براون بير

k

القانونا الأول والثاني في الديناميكا الحرارية الفيزياء

القانون الأول في الديناميكا الحرارية

بعد عام من تجربة جول لخص العالم الألماني رودولف كلوسيوس Rudolf Clausius نتائج تجربة جول على النحو التالي: يمكن تحويل الطاقة من أية صورة إلى أخرى، لكن لا يمكن أبداً خلق الطاقة أو إفنائها.

عُرف هذا النص فيما بعد بالقانون الأول في الديناميكا الحرارية. كما وصف القانون بأنه قانون حفظ (بقاء) الطاقة.

لكل آلة حرارية خزان حراري تحت درجة حرارة مرتفعة – في محرك الاحتراق الداخلي يتمثل الخزان في انفجار مزيج الهواء والوقود في الأسطوانات.

مع بذل الآلة شغلاً (المنتج الميكانيكي) تعبر بعض الحرارة إلى خزان حراري أقل في درجة حرارته -العادم في محرك الاحتراق الداخلي.

القانون الثاني في الديناميكا الحرارية

يمكن وضع القانون الثاني في الديناميكا الحرارية على شكل تعبير شائع التداول بالقول أن «الحرارة لا تسري إلى أعلى الهضبة»، أو بشكل أكثر دقة: تنتقل الحرارة بشكل تلقائي من الأجسام الساخنة إلى الباردة فقط.

ضع كوباً يحتوي قهوة ساخنة على صحن بارد وستجد أن الحرارة تنتقل من الكوب إلى الصحن إلى أن تتساوى درجة حرارة الاثنين.

من بين نتائج القانون الثاني عدم إمكانية تصميم آلة حرارية ذات كفاءة تبلغ 100%. لا يمكن للآلة الحرارية تحويل كل الحرارة إلى شغلٍ ميكانيكي إلا إذا كان الخزان البارد (البيئة المحيطة بالآلة) تحت درجة الصفر المطلق.