تطبيقات الديناميكا الحرارية في الحياة
تعريف الديناميكا الحرارية
الديناميكا الحرارية هي فرع من فروع الفيزياء، والذي يعنى بدراسة العلاقة بين الحرارة وأشكال الطاقة الأخرى، والذي يصف كيفية تحول الطاقة من طاقة حرارية إلى أشكال أخرى من الطاقة، وكيف تؤثر هذه الطاقة على المادة، حيث تفسر الديناميكا الحرارية الأنظمة التي تتكون من أعداد كبيرة جدًا من الذرات أو الجزيئات، والتي تتفاعل معاً بطرق معقدة.
تطبيقات الديناميكا الحرارية
يوجد العديد من التطبيقات للديناميكا الحرارية في الحياة، منها:
- وفقًا للقانون الثاني للديناميكا الحرارية ، تتدفق الحرارة دائمًا من الجسم المتواجد عند درجة الحرارة الأعلى إلى الجسم المتواجد عند درجة الحرارة الأقل، حيث ينطبق هذا القانون على جميع أنواع دورات المحرك الحراري، وأدى هذا القانون إلى تقدم وتطور المركبات في الوقت الحالي.
- تطبيق آخر للديناميكا الحرارية وهو آلية عمل الثلاجات والمضخات الحرارية، فوفقاً لدورة كارنو العكسية، يتم نقل الحرارة من جسم عند درجة حرارة منخفضة إلى جسم عند درجة حرارة أعلى، وهذا ما يفسر طريقة عمل آلات التبريد ومضخات الحرارة ومكيفات الهواء.
- ذوبان مكعبات الثلج، حيث تمتص مكعبات الثلج الحرارة من المشروب مما يجعل المشروب أكثر برودة، وفي حال نسينا شرب المشروب وبعد مرور بعض الوقت، يصل المشروب مرة أخرى إلى درجة حرارة الغرفة عن طريق امتصاص حرارة الغلاف الجوي، كل هذا يحدث وفقًا للقانون الأول والثاني للديناميكا الحرارية.
- التعرق في غرفة مزدحمة، عند التواجد في غرفة مزدحمة، يبدأ الأشخاص المتواجدون بالتعرق، حيث يبدأ الجسم في التبريد عن طريق نقل حرارة الجسم إلى العرق، ثم يتبخر العرق مضيفا الحرارة إلى الغرفة مرة أخرى، ويحدث هذا بسبب القانون الأول والثاني للديناميكا الحرارية.
قوانين الديناميكا الحرارية
يوجد للديناميكا الحرارية أربعة قوانين، وهي:
القانون الأول
ينص القانون الأول للديناميكا الحرارية ، والمعروف أيضًا باسم قانون حفظ الطاقة، على أنه لا يمكن إنشاء أو تدمير الطاقة، بل يمكن فقط تغيير شكل الطاقة من شكل إلى آخر، ويتضمن القانون الأول ثلاثة مفاهيم ذات صلة، وهي العمل والحرارة والطاقة الداخلية، فالحرارة هي نقل الطاقة الحرارية بين نظامين، أما العمل فهو القوة التي تنقل الطاقة بين النظام ومحيطه، وذلك من خلال إنتاج العمل إما داخل نظام أو خارجه، أما بالنسبة للطاقة الداخلية، فهي كل الطاقة داخل النظام.
القانون الثاني
ينص القانون الثاني للديناميكا الحرارية والمعروف أيضًا باسم قانون زيادة الإنتروبيا (العشوائية)، على أنه بمرور الوقت ستزداد حالة عدم التنظيم أو ما تسمى الإنتروبيا في النظام، مما سيفسح إلى تحول الطاقة من طاقة صالحة للاستعمال إلى طاقة غير صالحة للاستعمال، وبما أن الطاقة لا يمكن إنشاؤها أو تدميرها وفقًا للقانون الأول، إلا أنها يمكن أن تتغير من حالة مفيدة إلى حالة أقل فائدة.
القانون الثالث
ينص القانون الثالث للديناميكا الحرارية، على أن التركيب البلوري المثالي عند درجة حرارة الصفر المطلق لن يكون فيه أي اضطراب أو إنتروبيا (عشوائية).
القانون الصفري
ينص القانون الصفري للديناميكا الحرارية ، على أنه في حال وجود نظامين في حالة توازن حراري مع نظام ثالث، فإن النظامين الأولين يكونان أيضًا في حالة توازن حراري مع بعضهما البعض.