نبذة تعريفية عن القانون الثاني لـ”الديناميكا الحرارية”

2011 قوانين الديناميكا الحرارية – فهم الحرارة وانتقال الطاقة

أبريل أيزاكس

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

القانون الثاني للديناميكا الحرارية الديناميكا الحرارية الفيزياء

يبيّن القانون الأول أن الحرارة يمكن أن تتحول إلى شغل، كما أن الشغل يتحول إلى حرارة، لكن القانون الأول لا يتناول الاتجاه الذي يتخذه انتقال الحرارة.

من المعروف أننا إذا ركنا فنجاناً من القهوة الساخنة على طاولة، فمن الطبيعي أن تبرد القهوة تدريجياً؛ لأن الحرارة تنتقل من القهوة إلى وسطها المحيط، لكن ما القانون الطبيعي الذي يمنع القهوة من استقطاب الحرارة من الوسط المحيط بدلاً من انتقالها إليه؟

ما الذي يمنع القهوة من أن تصبح أكثر سخونة بصورة تلقائية وصولاً إلى درجة الغليان بدلاً من أن تبرد؟ (إن الأعمال التلقائية حسب المفاهيم العلمية هي التي تحدث بشكل طبيعي من دون أسباب خارجية).

 

ويبحث القانون الثاني للديناميكا الحرارية في توزيع الحرارة والطاقة، وينصّ أيضاً على أن الحرارة تتدفق بصورة طبيعية من الأجسام الحارة إلى الأجسام الباردة، وليس العكس.

كما يظهر أثر القانون الثاني للديناميكا الحرارية بصورة عملية وعميقة  في نظرية وتصميم الآلات الحرارية، فمحرك السيارة، مثلاً، يحرق الغازولين لإنتاج الحرارة، وتتحول هذه الحرارة إلى قدرة ميكانيكية تؤدي إلى تشغيل السيارة.

وطبقاً للقانون الثاني، لا يمكن لمحرك السيارة أن يعمل بكفاءة تبلغ نسبة مئة في المئة، إذ من المستحيل أن تتحول الحرارة بكاملها إلى طاقة.

 

ولقد تناول القانون الثاني موضوع "الإنتروبيا"، وهي كلمة تُستخدم في حياتنا اليومية غالباً كمرادف لكلمة "عدم الانتظام" أو "العشوائية".

إذا أسقطتَ مكعب سكر في فنجان من القهوة فإن مكعب السكر لن يحافظ على شكله؛ لأن حُبيبات السكر تبدأ بالذوبان والانتشار في أرجاء السائل كله.

وحسب مفاهيم الديناميكا الحرارية، يُطلق مصطلح "زيادة الإنتروبيا" على الميل إلى تعاظم درجة انتشار الطاقة.

 

ويستطيع العلماء تحديد مقدار الإنتروبيا واستخدام هذا المفهوم من أجل التنبؤ بسلوك الأجسام ضمن أنظمة الديناميكا الحرارية.

وطبقاً للقانون الثاني، فإن أي عملية تلقائية داخل أحد الأنظمة المعزولة تؤدي إلى زيادة الإنتروبيا في ذلك النظام، في حين يُمكن للإنتروبيا أن تتناقص في الأنظمة غير المعزولة.

 

غير أن عدد العمليات الطبيعية التي تزيد فيها الإنتروبيا تفوق عدد الحالات التي تتناقص فيها الإنتروبيا أو تحافظ على وضعها.

وإذا نظرنا إلى كل الأنظمة ككل، نلاحظ أن العمليات التي تحدث في الطبيعة تكون مصحوبة بزيادة في إنتروبيا الكون.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]