1234729512521617293434334345125216729

ماذا تعرف عن الديناميكا الحرارية (Thermodynamics )

ماذا تعرف عن الديناميكا الحرارية

ديناميكا حرارية نظام مفتوح Thermodynamics

  هي فرع من فروع عليم الفيزياء تهتم بدراسة تغيرات الطاقة المصاحبة للتحولات الكيميائية أو الفيزيائية.
ويستخدم هذا العلم في التنبؤ بإمكانية حدوث التفاعل بشكل تلقائي أم لا..؟ لكنه لا يحدد زمن الوصول إلى حالة الاتزان أو سرعة آلية حدوث تفاعل كيميائي!
 النظام والمحيط
  جزء من الطبيعة يتضمن تغيرات طاقية ضمن حدود معينة تعرف بحدود النظام،   المحيط   جزء من الطبيعة خارج النظام المدروس،   سائل البنـزين مع بخاره في إناء مغموس في حوض ماء نظام  حدوده جدران الإناء و محيطه ماء الحوض  وللنظام ثلاثة أنواع بحسب علاقته مع المحيط..وهي:
   -1نظام مفتوح : حيث يتبادل النظام المادة
والطاقة مع المحيط .
-2 نظام مغلق : يتبادل النظام الطاقة فقط مع المحيط .
3 – نظام  معزول : لا يتبادل المادة أو الطاقة مع المحيط ( مغلق وجدرانه معزولة حراريا).
نظام مفتوح ديناميكا حرارية


النظام المكظوم adiabatic 

وفيه لا يتبادل النظام الحرارة مع المحيط ولكنه يمكن أن يتبادل الطاقة على هيئة شغل مع المحيط. 


      العمليات الثيرموديناميكية
العمليات التي تتم عند درجة حرارة ثابتة isothermal ، والعمليات التي تتم عند حجم ثابت ، والتي تتم عند ضغط ثابت ، والعمليات المكظومة adiabatic التي لا يحصل  فيها تبادل للحرارة بين النظام والمحيط والعمليات الدورية cyclic وفيها تكون الحالة الابتدائية للنظام مطابقة للحالة
النهائية للنظام .  

           الشغل (W)
 القوة في المسافة التي تعمل فيها القوة ويسمى الشغل الميكانيكي:  
W = F x d                      
=(1N) x (1m) = 1J
ومنه شغل الحجم- ضغط (PVwork)   في حالة التغيرات الكيميائية التي يصاحبها تغير في الحجم ، ولنظام مؤلف من غاز مثالي موجود داخل اسطوانة مزودة بمكبس متحرك خفيف الوزن وعديم الاحتكاك بجدران الاسطوانة   يعطى الشغل بالعلاقة:  
W = - PΔV          
W = - P (VB - VA)
  VB الحجم النهائي و VA الحجم الابتدائي للغاز. الجول J الوحدة الأساسية للشغل

في النظام الدولي للوحدات

1 atm  . = 101.39 J 
1 Cal = 4.18 J
                              
الضغط والحجم
                          
   تمدد الغاز ضد ضغط ثابت P

دوال الحال والمسار
  خصائص النظام التي تعتمد فقط على الحالة الابتدائية والنهائية للنظام تسمى دوال الحال منها طاقة النظام وضغطه ودرجة حرارته وحجمه..
 كمية الحرارة (q) والشغل(w)   قيمها تتأثر بالمسار الذي يتخذه النظام للتحول من حالة إلى أخرى ولذلك تسمى دوال مسار  

        الطاقة الداخلية (U)
وتشمل جميع أشكال الطاقة المتضمنة داخل النظام مثل طاقات التجاذب والتنافر بين الإلكترونات وأنوية الذرات والجزئيات..  وتسمى دالة حالة.
الفرق في الطاقة الداخلية تساوي الطاقة الداخلية للنظام في الحالة النهائيةUB مطروحا منها  الطاقة الداخلية  للنظام في الحالة الابتدائيةUA.
DU = UB - UA

       القانون الأول

  
1- الطاقة لا تفنى ولا تستحدث ولكن تتحول من شكل إلى آخر (  الطاقة الكلية للكون ثابتة) ،  قانون حفظ الطاقة .    
2- الطاقة الداخلية لنظام معزول ثابتة (DU=0) ýالنظام المعزول لا يسمح بتبادل الطاقة سواء حرارة أو شغل مع المحيطí
3- التغير في الطاقة الداخلية لعملية دورية (cyclic) يساوي صفراً (DU = 0) ýفي العملية الدورية الحالة الابتدائية للنظام متطابقة مع الحالة النهائيةí 
ويكتب القانون  رياضيا بالعلاقة:
DU= q +W
إذا كان النظام يبذل شغلا على المحيط فإنW
  تأخذ إشارة سالبة،وتكون إشارة Wموجبة إذاتم إنجازشغل على النظام،وتأخذ q إشارة سالبة إذا انطلقت حرارة من النظام ، وفي حالة امتصاص النظام حرارة من المحيط تكون إشارة  q موجبة.
في التفاعلات الكيميائية ينشأ الشغلW نتيجة لتغيرات الحجم والضغط ويعطى بالعلاقة: 
W = -PD
W = -P( VB -VA)          
حيث VB الحجم النهائي و VA الحجم الابتدائي للنظام.
وعند ثبوت الحجمDV = 0   وW = 0
  تصبح  DU = qv  ، أي أن التغير في الطاقة الداخلية يساوي كمية الحرارة الممتصة عند حجم ثابت.  
وعند ثبوت الضغط  
  qp = DH  
  التغير في الانثالبي مساويا لكمية الحرارة الممتصة عند ضغط ثابت .

   العلاقة بين DU ، DH لتفاعل كيميائي:  
DH = DU + PDV
   التغير في الحجم DV يساوي : الحجم الكلي للغازات الناتجة – الحجم الكلي للغازات المتفاعلة.  وباعتبار أن الغازات مثالية وأن الضغط ودرجة الحرارة ثابتتين فإن:  
DH = DU + DngRT
  Dng  تساوي  مجموع عدد مولات الغازات الناتجة (تحسب من معادلة التفاعل الموزونة) مطروحا منه مجموع عدد مولات الغازات المتفاعلة (تحسب من معادلة التفاعل الموزونة).
ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
شارك زملاءك من الزر أدناه لتصلكم مواضيعنا القادمة إن شاء الله تعالى
  1. التدوينة التالية
  2. التدوينة السابقة
    blogger
    facebook
جارى التحميل ...

تابعنا على فيسبوك

تابعنا على تويتر

النشرة البريدية