تطبيقات الديناميكا الحرارية في الحياة وأهميتها

كتابة: ضحى حماده آخر تحديث: 18 أبريل 2021 , 23:10

ما هي الديناميكا الحرارية

الديناميكا الحرارية احدى فروع العلم الذي يتعامل مع دراسة الحرارة ودرجة الحرارة ، وعلاقتها بأشكال الطاقة الأخرى ، وتندرج تحتها العملية الاديباتيكية ، بالإضافة إلى العديد من موضوعات الهندسة الفيزيائية ، والكيميائية ، والميكانيكية ، والعلوم الأخرى.

تطبيقات يومية للديناميكا الحرارية

في كل مكان حولنا يتم استخدام الديناميكا الحرارية التي اكتشفها سادي كارنو – والد الديناميكا الحرارية – والذي استطاع باقتراحاته دورات ونظريات للديناميكا الحرارية بتطوير السيارات ، التي أصبحت شيئا ضروريا في حياتنا اليومية ، بالإضافة إلى العديد من الأشياء الضرورية لنا بشكل أو بآخر.

حسب القانون الثاني الديناميكا الحرارية الذي ينص على أن ؛ الحرارة تنتقل من جسم ما عند درجة حرارة عالية إلى جسم اخر عند درجة حرارة منخفضة ، فإن من تطبيقات الديناميكا الحرارية اليومية ما يلي :

  • جميع انواع دورات المحرك الحراري ، والتي تشمل اوتو ديزل وأنواع السوائل الأخرى المستخدمة في المحركات.
  • الثلاجات ، حيث أنه من أجل انتقال الحرارة من جسم ما عند درجة حرارة منخفضة إلى درجة حرارة أعلى ، فيجب توفير ضغط خارجي ، فالتخلص من الحرارة الموجودة في المواد الغذائية في الثلاجة ، في درجة حرارة أعلى يجب العمل على توفير ضغط خارجي.
  • مكيف الهواء ، حيث أن المكيف يعمل على إزالة الحرارة من المكان أو الغرفة ، والحفاظ عليها عند درجة حرارة منخفضة من خلال طرح الحرارة التي تم امتصاصها في الغلاف الجوي.
  • المضخة الحرارية ، او المدفأة ؛ وتعمل المضخة الحرارية على امتصاص الحرارة من الجو وطرحها في الغرفة أو المكان البارد في الشتاء.
  • التعرق ؛ في مكان أو غرفة مزدحمة يتعرف كل من في الغرفة ، حيث يبدأ جسم الإنسان في التبريد من خلال تحويل حرارة الجسم إلى عرق ، فيتبخر العرق ناقلا الحرارة إلى الغرفة ، والحرارة لا تتبدد بل تنتقل من أجل تحقيق التوازن مع أقصى قدر من الانتروبيا.
  • ذوبان الثلج ؛ حيث أن مكعبات الثلج تقوم بامتصاص الحرارة من مشروب ما ، الأمر الذي يؤدي إلى جعل المشروب أكثر برودة ، فإن انتظرنا قليلا ثم قمنا بشرب المشروب فسوف تتحول حرارته إلى درجة حرارة الغرفة ، من خلال امتصاص حرارة الغلاف الجوي. [2]

قوانين الديناميكا الحرارية

القانون الاول للديناميكا الحرارية

ينص قانون الديناميكا الحرارية الاول على أن ؛ الطاقة الكلية لنظام معزول تكون ثابتة ، حيث أن الطاقة تتحول من شكل الى اخر دون أن يتم تدميرها او إنشاؤها.

وحسب هذا القانون فإن بعض الحرارة المقدمة للنظام يتم استخدامها من أجل تغيير الطاقة الداخلية ، في حين يتم استخدام الجزء الآخر من الحرارة في الضغط عن طريق النظام ، وتكون المعادلة الرياضية لقانون الديناميكا الحرارية كما يلي :

ΔQ = ΔU + ΔW

حيث أن ؛

ΔQ = الحرارة الموردة للنظام

ΔW = الضغط الذي قام به النظام

ΔU = تغيير في الطاقة الداخلية للنظام

فإن كانت Q موجبة ، فسوف يكون هناك انتقال حراري صافي إلى النظام ، وإذا كانت W موجبة ، فسيكون هناك ضغط يقوم به النظام ، لذلك فإن Q تضيف الطاقة إلى النظام وتستهلك W الطاقة من النظام.

القانون الثاني للديناميكا الحرارية

ينص القانون الثاني للديناميكا الحرارية على أن ؛ الطاقة الحرارية لا يمكن انتقالها من جسم ما عند درجة حرارة منخفضة إلى جسم اخر عند درجة حرارة أعلى من دون إضافة طاقة ، لذلك فإن السبب في تشغيل مكيف الهواء لفترة طويلة يعمل على سحب الكهرباء بشكل كبير.

ووفقا لبيان كلفن بلانك ، فإن تحويل كل الحرارة المستخرجة من حسم ذو درجة حرارة مرتفعة إلى ضغط يكون مستحيلا ؛ فمثلا في المحرك الحراري تقوم المادة الضاغطة بأخذ الحرارة من الجسم الساخن محولة جزء منه إلى ضغط ، وتحول الباقي من الحرارة إلى الجسم البارد.[1]

الفرق بين الحرارة ودرجة الحرارة

الحرارة

هي الطاقة التي تنتقل بين المواد المختلفة نتيجة اختلاف درجة الحرارة بينهم ، وتعتبر الحرارة شكل من أشكال الطاقة التي يتم الحفاظ عليها دون تدميرها او إنشاؤها ، ومع ذلك فيمكن انتقالها من مكان لآخر ، وتحويلها من شكل لأشكال أخرى من الطاقة ، فعلى سبيل المثال ؛

تقوم التوربينات البخارية بتحويل الحرارة إلى طاقة حركية من أجل تشغيل مولد يقوم بتحويل الطاقة الحركية إلى طاقة كهربائية.

يقوم المصباح الكهربائي بتحويل الطاقة الكهربائية إلى ضوء (إشعاع كهرومغناطيسي) الذي يتحول إلى حرارة مرة أخرى عند امتصاصه بواسطة سطح معين.

درجة حرارة

ويتم تعريف درجة الحرارة على أنها مقياس لمتوسط الطاقة الحركية الذرات مادة ما ، يتم التعبير عنها من خلال الدرجات ، او الوحدات المحددة على مقياس قياسي ، ومقاييس درجة الحرارة تكون ؛ سيليزيوس وكلفن وفهرنهايت.

  • مقياس سيليزيوس – Celsius ؛ وهو المقياس الاكثر استخداما في قياس درجات الحرارة ، ويعتمد على نقاط الغليان والتجمد للماء مع تحديد قيم كل منهم من صفر درجة مئوية ومائة درجة مئوية.
  • مقياس فهرنهايت ؛ يعتمد على نقاط التجمد والغليان للماء التي تأتي على القيم التالية ؛ 32 درجة فهرنهايت ، و212 درجة فهرنهايت.
  • مقياس كلفن ؛ وهو المقياس المُستَخدم من قبل العلماء في جميع أنحاء العالم ، ويستخدم هذا المقياس نفس الزيادة التي يستخدمها مقياس سيليزيوس ، اي أن التغير في درجة الحرارة بمقدار درجة مئوية واحدة يساوي واحد كلفن ، إلا أن مقياس كلفن يبدأ عند الصغر المطلق ؛ لدرجة حرارة 0 كلفن تساوي 459.67 فهرنهايت و -273.15 مئوية.

لذلك فإن الفرق بين الحرارة ودرجة الحرارة يعود إلى أن ؛ كمية الحرارة المنقولة بواسطة مادة ما تعتمد على عدد وسرعة الذرات او الجزيئات المتحركة ، فكلما كانت حركة الجزيئات او الذرات سريعة ، كلما زادت درجة الحرارة ، وكلما زاد عدد الذرات والجزيئات المتحركة ، زادت كمية الحرارة التي تقوم هذه الذرات او الجزيئات بنقلها.

https://www.toppr.com/guides/chemistry/thermodynamics/applications-of-thermodynamics/

https://www.quora.com/What-are-some-interesting-applications-of-thermodynamics-in-our-daily-life-and-how-does-knowing-these-laws-of-physics-affect-our-daily-lives

زر الذهاب إلى الأعلى
إغلاق