1234729512521617293434334345125216729

علم الديناميكا الحرارية ( موضوع )

          الديناميكا الحرارية
المحركات


                   تعريف  علم  الديناميكا  الحرارية

علم الديناميكا الحرارية هو علم تجريبي يهتم بدراسة كل
ما هو متعلق بدرجة الحرارة والطاقة الحرارية أو التدفق
الحراري المصاحب لتغيرات الأنظمة الكيميائية أو الفيزيائية .

تطبيقات علم الديناميكا الحرارية :
أ - التطبيقات الهندسية : يستخدم هذا العلم هندسيا في تصميم المحركات
ومولدات الطاقة الكهربية وأجهزة التبريد والتكييف .
ب - التطبيقات الكيميائية : هنالك عدة تطبيقات لعلم الديناميكا نذكر منها :
· التغيرات في الطاقة التي ترافق التغير الكيميائي أو الفيزيائي . وبصورة عامة
التغير في الطاقة بين النظام وما يحيط به .
* دراسة إمكانية حصول التفاعل الكيميائي تلقائيا
* اشتقاق الصيغ والقوانين المكتشفة تجريبيا وبناؤها على أساس نظري فمثلا :
- يمكن اشتقاق واثبات قوانين التوازن الكيميائي
- يمكن اشتقاق قانون هس للمحتوى الحراري والذي يعتبر حالة خاصة للقانون
الأول للديناميكا الحرارية .
- يمكن اشتقاق معادلة كلابيرون - كلاوزيوس المتعلقة بالتوازن بين الأطوار
- يمكن اشتقاق معادلة قاعدة الطور أو الصنف 

المفاهيم الأساسية في الديناميكا الحرارية
تعريف النظام ( System ) : هو جزء من الكون الذي يحدث فيه
التغير الكيميائي أو الفيزيائي أو هو الجزء المحدد من المادة التي
توجه إليه الدراسة .


 المحيط  (  Surroundings  )  :   هو  الجزء  الذي  يحيط  بالنظام  ويتبادل

معه  الطاقة  في  شكل حرارة  أو  شغل  ويمكن  أن  يكون  حقيقي  أو  وهمي .

مثال  :  عند  إضافة  محلول  حمض  الهيدوكلوريك   إلى  محلول 

   هيدوركسيد  الصوديوم  في  كأس  زجاجي  فأن  :

  *  النظام  هو  محلول   الحمض   والقاعدة

  *   حدود   النظام  هي  جدران  الكأس    *    المحيط   هو  باقي  الكون حول النظام

بناء  على  الطريقة  التي  يتبادل  بها  النظام  الطاقة  والمادة  مع  المحيط

 قسمت  الأنظمة  إلى  ثلاث  أنواع  :

أ -   النظام  المفتوح  (  Open  System  )   وهو  النظام  الذي  يسمح  بتبادل  كل 

  من  المادة  والطاقة  بين  النظام  والوسط   المحيط  .

ب -  النظام  المغلق (  Closed  System )   وهو  الذي  يسمح  بتبادل  الطاقة  فقط

     بين  النظام   والوسط  المحيط  على  صورة  حرارة  أو  شغل  .

ج -   النظام  المعزول  (  Isolated  System  )  وهو  الذي  لا  يسمح  بانتقال  أي

   من  الطاقة  والمادة   بين  النظام   والوسط  المحيط

خواص   النظام   ( Properties  of  a  System ) 

يمكن  تقسيم   الخواص  الطبيعية  للنظام  إلي مجموعتين  :

أ -  خواص شاملة  (  Extensive  Properties )   وهي  الخواص التي  تعتمد  على   كمية  المادة 

الموجودة  في   النظام   مثل  الكتلة ،  الحجم ،  السعة  الحرارية  ،  الطاقة  الداخلية  ،  الانتروبي  ،

الطاقة  الحرة  ومساحة  السطح   والقيمة  الكلية  بالنسبة  لهذه  الخواص  تساوي  مجموع  القيم 

المنفصلة  لها  .

خواص  مركزة   Properties  )  Intensive  )  وهي  الخواص  التي  لا تعتمد  على 

كمية  المادة  الموجودة  في  النظام  مثل  الضغط ،  درجة  الحرارة  ، الكثافة  ، التوتر 

السطحي  ،  القوة  الدافعة  الكهربية  والجهد  الكهربي . كل  هذه  الخواص  مميزة

للمادة  ولكن  لا  تعتمد  على  كميتها .

الاتزان  الديناميكي  الحراري     (  Thermodynamic  Equilibrium )

   يمكن  تقسيمه  إلى  ثلاث  أنواع  :

أ -   الاتزان  الميكانيكي  (  Mechanical  Equilibrium  )  ويحدث  هذا  النوع  من  الاتزان 

   عندما  لا يحدث  أي  تغير  ميكروسكوبي   للنظام  مع  الزمن  .

ب -  الاتزان  الكيميائي  (  Chemical  Equilibrium  )   ويحدث  هذا  النوع  من  الاتزان  عندما 

    لا  يحدث  تغير  في  تركيز  المادة  مع  الزمن  .

 ج -  الاتزان  الحراري  (  Thermal  Equilibrium )   ويحدث  هذا  النوع  من   الاتزان   عندما 

  تتساوى  درجة  حرارة  النظام  مع  الوسط  المحيط  به  ويتمثل  هذا  الاتزان  في  القانون  الصفري 

للديناميكا  الحرارية  الذي ينص  على  أنه  :  إذا  تواجد  نظامان  في  حالة  اتزان  مع  نظام  ثالث  فأن 

النظامين  يكونان  في  حالة  اتزان   مع  بعضيهما  .

يحدث  التغير  في حالة  النظام  عند  ظروف  مختلفة   ، نلخصها  في  الأتي :

العملية  الاديباتيكية  (  Adiabatic  Process  )  وهي  التي  لا  يفقد  النظام  أو  يكتسب  خلالها

طاقة  حرارية  من  الوسط  .

العملية  الأيزوثيرمالية  (  Isothermal  Process  )  هي  العملية  التي  تحدث  عند  ثبات 

  الحرارة   (  بناء  على  ذلك  يحدث  ثبات  الطاقة   الداخلية  )  .

العملية   الآيزوبارية   (  Isobaric  Process )  هي  العملية  التي  تحدث  عند  ضغط  ثابت .

العملية  الآيزوكورية   (  Isochoric  Process )  هي  العملية  التي  تحدث  عند  حجم  ثابت .

العملية  الدائرية  (  Cyclic  Process  )   هي  العملية  التي  يتحرك  فيها النظام  في  شكل 

  دائري  ويرجع  لموقعه  الأول   (  أي  لا   تتغير  طاقته  الداخلية  ) .



الطاقة  (  Energy  )

الطاقة    (  E  )  هي  الشغل  (   w  )   المنجز  أو  المستهلك  من  قبل  المادة . 

ويمكن   توضيح  العلاقة   بين  الطاقة   ( E )   والمادة  ممثلة  بكتلتها  ( m  )   كما  يلي  :

    E    =      w                                                     
                                                =      F x  d
                      =   m x  a x d                     
                   =  m x d x ( v / t )                
                                     =  m x v x ( d/t )                                      
 =  m x v x v      =   m x v2                      

أي  أن   الطاقة  تساوي  حاصل  ضرب  كتلة  المادة  في  مربع  سرعة  هذه  المادة  ، وهي  تشابه

معادلة  آينشتاين  Einstein    التي  حدد  فيها  أن  طاقة  الجسم  الذي  يتكون  منه   الضؤ  والمسمى 

بالفوتون  ( E )   تساوي حاصل ضرب   كتلته  في  مربع  سرعته  التي تساوي  سرعة  الضؤ

                                      E    =   m  x  c2  

من    الناحية  الميكانيكية  تقسم  الطاقة  لنوعان :

أ -    الطاقة  الحركية   :Kinetic  Energy ( K. E )  ومقدارها  يعتمد  على   كتلة  الجسم  ( m )

   وعلى  سرعته  v  وتساوي  :K E   =   1/2  m v2               

مثال  :  أحسب  طاقة  حركة  جسم  كتلته  60  kg    وسرعته   20 km /  h   ؟

الحل :     K . E  =  1/2  m v   =    1/2   x 60  x (  20 x 1000 ) / 60 x 60

                      =   925. 925 J                               

ب -  الطاقة  الوضعية    ( P . E ) Potential  E nergy    ومقدارها  يعتمد  على  كتلة  الجسم

 ( m )  وعلى  تسارعه  ( a )   والمسافة  التي  يقطعها ( d )   .

           P . E       =      m x  a  x  d                     

مثال  :   جسم  يتحرك   بتسارع  يساوي   (  20  m /  s2  )  وكتلته   تساوي  (    300 kg )   أحسب

        طاقة  وضعه  إذا  قطع  مسافة  قدرها  10  m ) )  ؟ 

الحل  :  P .E  =  m x a x d                                             

                         =   300 kg  x  20  m/s2  x10  m

=    6000  kg  m2 / s2

=  6000  J     =   60 kJ

كل  صور  الطاقة  لها  الوحدات  Mass  x  (  length )2 / (  Time )2 

أي  كتلة  x  (  المسافة )2  /  (  الزمن )2  وعليه  يمكن  أن  تكون  الطاقة   بوحدة  الايرج  Erg )  ) أو

بوحدة  الجول  ( Joule )   أو  السعر  الحراري  Calory)  )  .                   

    وحدة  الطاقة  في  النظام   ( cgs )   وهو  فرنسي  الأصل  ويعني  (  cm .  gram .  sec  )   هي 

    الايرج  ويعرف  بأنه   مقدار   الشغل  المبذول  عندما  تعمل  قوة   مقدارها   واحد  داين  لمسافة 

   قدرها   سم  واحد .


الداين    هو  القوة  التي  تعطي  عجلة  مقدارها  1 .0  cm  /  sec2   لجسم  كتلته  واحد   جرام  .


العلاقات  بين  الوحدات 

Calory   =    4.18  J                                                      

Joule   =   107  erg                                                         

Atom..  L    =  24.23  cal    =  101.3  J 




سجل إعجابك وشارك زملاءك لتصلكم مواضيعنا القادمة إن شاء الله تعالى
يمكنكم الإنضمام إلى الموقع من قائمة المتابعون في اليسار

                           




  1. التدوينة التالية
  2. التدوينة السابقة
    blogger
    facebook
جارى التحميل ...

تابعنا على فيسبوك

تابعنا على تويتر

النشرة البريدية