التحولات الترموديناميكية thermodynamic processes هي تحولات في جملة أجسام مادية على تماس مع الوسط الخارجي، وناجمة عن تبادلات الطاقة بين الجملة وهذا الوسط الخارجي. ويظهر هذا التحول في تغير قيم إحدى خواص الجملة. وتوفّر دراسة مثل هذه التحولات أو سلسلة منها، إمكانية الوصول إلى افضل المردودات لأي عملية حرارية أو كيماوية.
نظرة عامة
يقال عن جملة إنها في حالة توازن ترموديناميكي إذا لم تتغير قيم أي خاصة من خواصها، مع مرور الزمن. كما يقال عن جملة إنها في طور واحد، إذا كان تغير قيم خواصها مستمراً، أما إذا حدث تغير مفاجىء (أي انقطاع) في قيمة إحدى الخواص، على الأقل، فيقال عن الجملة إنها متعددة الأطوار. ومن الطبيعي أن تكون دراسة الجملة المتجانسة في طورٍ واحد أسهل من دراسة الجملة متعددة الأطوار.
عمليات متغيرة متقارنة
الضغط - الحجم
ولا تتغير خواص الجملة في الحالة العامة بصورة مستقلة بعضها عن بعضها الآخر، ويدل عدد الخواص المستقلة على درجة بساطة الجملة. فالجملة المكوَّنة من كمية محددة من الغاز تعد أبسط الجمل الترموديناميكية، إذ يمكن تحديد ضغط الغاز وحجمه ودرجة حرارته وكثافته. إلا أن تحديد قيمتي خاصتين فقط، كافٍ لتحديد قيم الخواص الأخرى في حالة التوازن. ونسمي كلاً من الخاصتين متحولة ترموديناميكية، وما تبقى من الخواص تكون توابع لهما. وليس هناك ما يدعو إلى تحديد خاصتين معينتين، وإنما الاختيار كيفي. لذا يمكن تمثيل حالة الجملة الغازية بمستوٍ يمثَّل على أحد محوريه المتعامدين قيم المتحول الأول وعلى المحور الآخر قيم المتحول الثاني، فتتحدد حالة الجملة بنقطةٍ في هذا المستوي، وغالباً ما يُختار حجم الغاز وضغطه لتمثيل حالة الغاز. ويزداد عدد المتحولات المستقلة عند الانتقال إلى دراسة كميةٍ من سائل أو قطعة جسم صلب أو خليط منهما، فنحتاج عندئذٍ إلى فضاء ثلاثي الأبعاد أو رباعيّها، لتحديد حالة الجملة تماماً. أما لتمثيل تحولٍ ما فإننا لا نستطيع وصفه في أكثر من ثلاثة أبعاد، وغالباً ما يمثل في مستوٍ بتثبيت بعض المتحولات ويوصف التحول باسم المتحول الثابت، فهناك مثلاً التحول متساوي الدرجة isothermal الذي تبقى فيه درجة حرارة الجملة ثابتة، ويتحقق ذلك عندما تُجعل الجملة على تماس مع منبع حراري، والتحول متساوي الضغط isobaric وذلك إذا جرى التحول في ضغط ثابت، كأن يجري تحت الضغط الجوي والتحول متساوي الحجم isochoric حين يبقى حجم الكتلة ثابتاً في أثناء التحول. وتُميَّز التحولات الترموديناميكية بحالتيها الابتدائية والنهائية، فإذا كانت الحالة النهائية مغايرة للحالة الابتدائية سُمّي التحول مفتوحاً، أما إذا كانت الحالة النهائية هي الحالة الابتدائية نفسها فيسمى التحول تحولاً مغلقاً، ويقال عندئذٍ إن الجملة قامت بدورة مغلقة يمكن تكرارها دورياً cyclic. وقد يسمى التحول بأسماء أخرى فيسمى التحول مثلاً تحولاً كظوماً adiabatic عندما لا تتبادل الجملة مع الوسط الخارجي أي كمية من الحرارة، ويتحقق ذلك عملياً إما بإحاطة الجملة بجدران جيدة العزل الحراري وإما بإجراء التحول في مدة زمنية قصيرة لا يتاح للجملة في أثنائها تبادل حرارة مع الوسط الخارجي كالتحول في حالة انفجار مثلاً
الأربعاء ديسمبر 10, 2014 1:38 am