تعريف الديناميكا الحرارية

الديناميكا الحرارية هي فرع من علم الفيزياء يهتم بدراسة العلاقة بين العمل والحرارة أو بين الطاقة ودرجة الحرارة. بشكل عام، تركز الديناميكا الحرارية على نقل الطاقة من موقع لآخر، ومن شكل لآخر، حيث تعتبر الحرارة إحدى صور الطاقة التي تقابلها كمية محددة من العمل الديناميكي. يعود الفضل في اكتشاف هذه العلاقة إلى المهندس البريطاني العسكري السير بنيامين طومسون، الذي أجرى أبحاثه في هذا المجال في عام 1798 ميلادي.

القانون الأول في الديناميكا الحرارية

يعرف القانون الأول في الديناميكا الحرارية بقانون حفظ الطاقة، حيث ينص على أن التغيير الحاصل في الطاقة الداخلية للنظام يساوي الفرق بين الحرارة المضافة للنظام من المحيط الخارجي، والعمل المنجز من قبل النظام على المحيط.

القانون الثاني في الديناميكا الحرارية

ينص القانون الثاني للديناميكا الحرارية على أن الطاقة لا تنتقل تلقائيًا من المناطق الأكثر برودة إلى المناطق الأكثر دفئًا، كما أنه لا يمكن تحويل الحرارة بشكل كامل إلى عمل. في الأنظمة المغلقة، تسود حالة من التوازن الحراري، حيث لا توجد طاقة إضافية قادرة على القيام بأي عمل.

الفارق بين القانون الأول والثاني من حيث الفكرة الأساسية

يمكن اعتبار أن القانون الأول للديناميكا الحرارية هو نفسه قانون حفظ الطاقة، في حين أن القانون الثاني يحدد أنواع العمليات الديناميكية الحرارية التي تُعتبر طبيعية أو محظورة.

الفارق بين القانون الأول والثاني من حيث المحتوى

ينص القانون الأول على أن الطاقة لا يمكن إنشاؤها أو إبادة، بينما يوضح القانون الثاني أنه من المستحيل إنشاء محرك حراري مثالي أو نظام تبريد مثالي. كما يستحيل بناء آلة دائمة الحركة، مما يعني أنه لا يمكن الاستمرار في تحويل الطاقة إلى عمل لفترات طويلة، وأيضًا لا يمكن للحرارة الباردة أن تنتقل إلى الحرارة الساخنة، بالإضافة إلى أن النظام المعزول لا تفقد حرارته أبدًا.

الفارق بين القانون الأول والثاني من حيث الاستخدام

يتم حساب قيمة جبرية واحدة غير معروفة عند توفر قيمتين قانون الديناميكا الحرارية الأول باستخدام المعادلة المعنية.

أمثلة على القانون الأول والقانون الثاني في الديناميكا الحرارية

تشمل بعض الأمثلة على القانون الأول للديناميكا الحرارية المصابيح الكهربائية التي تحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة ضوئية، التي تنقسم بدورها إلى طاقة مشعة وطاقة حرارية. كما تُعتبر النباتات أمثلة حية لتحويلها ضوء الشمس إلى طاقة كيميائية من خلال عملية التمثيل الضوئي. أما بالنسبة للقانون الثاني، فنجد أن المدفأة تمثل مثالًا جيدًا، حيث تحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية ضمن الغرفة فقط، دون أن تؤثر في الغرف المجاورة.