القانون الصفري للديناميكا الحرارية القانون الصفري للديناميكا الحرارية القانون الصفري للديناميكا الحرارية

القانون الصفري للديناميكا الحرارية
" إذا كان نظام A مع نظام ثاني B في حالة توازن حراري ، وتواجد B في توازن حراري مع نظام ثالث C ، فيتواجد A و C أيضا في حالة توازن حراري ".

القانون الأول للديناميكا الحرارية
" الطاقة في نظام مغلق تبقى ثابتة. "
ويعبر عن تلك الصيغة بالمعادلة :
U = Q - W
وهي تعني أن الزيادة في الطاقة الداخلية U لنظام = كمية الحرارة Q الداخلة إلى النظام - الشغل W المؤدى من النظام .
ويتضمن هذا القانون ثلاثة مبادئ :
قانون انحفاظ الطاقة : الطاقة لا تفنى ولا تنشأ من عدم ، وانما تتغير من صورة إلى أخرى .
تنتقل الحرارة من الجسم الساخن إلى الجسم البارد ، وليس بالعكس .
الشغل هو صورة من صور الطاقة .
وعلي سبيل المثال ، عندما ترفع رافعة جسما إلى أعلى تنتقل جزء من الطاقة من الرافعة إلى الجسم ، ويكتسب الجسم تلك الطاقة في صورة طاقة الوضع .
وعندما يسقط الجسم من عال ، تتحول طاقة الوضع (المخزونة فيه) إلى طاقة حركة فيسقط على الأرض .
تكوّن تلك الثلاثة مبادئ القانون الأول للحرارة.
القانون الثاني للديناميكا الحرارية
يؤكد القانون الثاني للديناميكا الحرارية على وجود كمية تسمى إنتروبيا لنظام ، ويقول أنه في حالة وجود نظامين منفصوين وكل منهما في حالة توازن ترموديناميكي بذاته ، وسمح لهما بالتلامس بحيث يمكنهما تبادل مادة وطاقة ، فإنهما يصلان إلى حالة توازن متبادلة. ويكون مجموع إنتروبيا النظامين المفصولان أقل من أو مساوية لإتروبيتهما بعد اختلاطهما وحدوث التوازن الترموديناميكي بينهما.
أي عند الوصول إلى حالة توازن ترموديناميكي جديدة تزداد " الإنتروبيا" الكلية أو على الأقل لا تتغير.
ويتبع ذلك أن " أنتروبية نظام معزول لا يمكن أن تنخفض" . ويقول القانون الثاني أن العمليات الطبيعية التلقائية تزيد من إنتروبية النظام .
طبقا للقانون الثاني للديناميكا الحرارية بالنسبة إلى عملية عكوسية (العملية العكوسية هي عملية تتم ببطء شديد ولا يحدث خلالها أحتكاك) تكون كمية الحرارة ?Q الداخلة النظام مساوية لحاصل ضرب درجة الحرارة T في تغير الانتروبيا dS:
[1]
نشأ للقانون الثاني للديناميكا الحرارية عدة مقولات شهيرة :
لا يمكن بناء آلة تعمل بحركة أبدية .
أي تعمل أبديا من دون تزويدها بطاقة من الخارج .
أو لا يوجد تغير للحالة تلقائي يستطيع نقل حرارة من جسم بارد إلى جسم ساخن .
أو لا يمكن بناء آلة تعمل عند درجة حرارة معينة تفوق كفاءتها الكفاءة الحرارية لدورة كارنو عند نفس درجة الحرارة.
أو أي عملية تتم من تلقاء نفسها تكون غير عكوسية .
أي عملية يحدث خلاها احتكاك تكون غير عكوسية.
جميع عمليات الخلط تكون غير عكوسية .
علاقة أساسية في الترموديناميكا
ينص القانون الأول للديناميكا الحرارية على أن :
وطبقا للقانون الثاني للديناميكا الحرارية فهو يعطينا العلاقة التالية في حالة عملية عكوسية:
أي أن :
وبالتعويض عنها في معادلة القانون الأول ، نحصل على :
ونفترض الآن أن التغير في الشغل dW هو الشغل الناتج عن تغير الحجم والضغط في عملية عكوسية ، فيكون :
تنطبق هذه العلاقة في حالة تغير عكوسي . ونظرا لكون , , and دوال للحالة فتنطبق المعادلة أيضا على عمليات غير عكوسية . فإذا كان للنظام أكثر من متغير غير تغير الحجم وإذا كان عدد الجسيمات أيضا متغيرا (خارجيا) ، نحصل على العلاقة الترموديناميكية العامة :
وتعبر فيها عن قوي عامة تعتمد على متغيرات خارجية . وتعبر عن الكمونات الكيميائية للجسيمات من النوع .