القانون الثاني للديناميكا الحرارية

الترموديناميك هو العلم الذي يدرس الحرارة ويمكن ترجمتها إلى ديناميكا حرارية حيث كلمة ترمو معناها حرارة.ويشتمل علم الديناميكا الحرارية على ثلاثة قوانين رئيسية لها أهمية بالغة لتأثيرها على حياتنا العملية وكذلك وتأثيرها على الكون برمته.

من هنا نجد أن القانون الثاني للحرارة قد حظي باهتمام علماء كثيرين، بحيث توجد لهذا القانون عدة صيغ، ترجع كل صيغة منها إلى أحد العلماء البارزين. ولا نجد في مجال العلوم حالة مماثلة.

ونذكر هنا الثلاثة صيغ للقانون الثاني للحرارة، كل صيغة ترى الواقع من زاوية معينة، ولكنها تتحد جميعا في المعنى.

الصيغة الأولى وهي تتضمن انتقال الحرارة :

من المستحيل أن تنتقل كمية من الحرارة من جسم عند درجة حرارة منخفضة إلى جسم عند درجة حرارة مرتفعة إلا ببذل شغل من الخارج.

الصيغة الثانية وهي تتضمن الاعتلاج (الإنتروبية):

يتزايد اعتلاج (أنتروبية)أي نظام معزول مع الوقت، ويميل لكي يصل إلى نهاية عظمى سواء في النظام المعزول أو في الكون.

الصيغة الثالثة وهي تتضمن تحول الطاقة الحرارية إلى شغل:

من المستحيل تحويل الطاقة الحرارية بأكملها إلى شغل بوساطة عملية دورية.

الأنظمة الميكرونية

نظريات الحرارة وبالتالي القانون الثاني للحرارة تتعلق بالأنظمة الكبيرة المكونة من عدد كبير من الذرات أو الجزيئات والمتميزة بدرجة حرارة معينة. فعلى سبيل المثال في نظام يحتوي على جزيئين فقط توجد احتمال لكي يعطي الجزيء البطيء (البارد) طاقة إلى جزيئ سريع (ساخن). فمثل هذا النظام يخرج من إطار دراسة الديناميكا الحرارية ويمكن دراستها في إطار الديناميكا الحرارية الكمومية وباستخدام الديناميكا الإحصائية. في أي نظام معزول ويحتوي على عدة بيكوجرام من المادة يصبح احتمال مشاهدة انخفاض في الإنتروبية تكاد تكون معدومة. هذا ما صرح به الفيزيائي الروسي لف دافيدوفيتش لانداو.

انتشار الطاقة

يتعامل القانون الثاني للحرارة مع الحرارة والضغط والانتروبية والاتجاه الذي يسير فيه عملية من العمليات الحرارية. وعلى سبيل المثال : فالقانون الثاني ينص على عدم إمكانية انتقال الحرارة من جسم بارد إلى جسم ساخن. كما يقول أيضا أن الطاقة المركزة تنتشر في أي نظام معزول مع الوقت. أي أن انتشار الطاقة يعني ان الاختلافات تميل أن تختفي من وجهة اختلاف درجة الحرارة، والضغط، والكثافة. كما يمكن القول بأن الانتروبية هي مقياس لانتشار الطاقة، وعلى ذلك فالقانون الثاني للحرارة يتعلق بالاعتلاج (الانتروبية).

الصيغة الرياضية للقانون الثاني للحرارة

صاغ العالم الألماني رودولف كلاوسيوس عام 1856 ما أسماه القانون الثاني في الميكانيكا الحرارية في الشكل التالي:

$\int \frac{\delta Q}{T}=-N$

حيث :

Q الحرارة،

T درجة الحرارة

N "كمية مكافئة " لجميع التحويلات المجهولة في عملية دورية. ثم قام عام 1865 بتعريف "الكمية المكافئة " بالانتروبية. وعلى أساس هذا التعريف قدم كلاوسيوس في نفس العام بتقديم الصيغة الشهيرة خلال محاضرة في الجمعية الفلسفية بزيوريخ المنعقدة في 42 أبريل حيث قال في ختام محاضرته :

يميل الانتروبية في الكون إلى نهاية عظمى.

ويعتبر هذا النص أشهر نص للقانون الثاني. ونظرا للتعريف الواسع الذي يتضمنه هذا القانون، حيث يشمل الكون كله من دون أي تحديد لحالته، سواء كان كونا مفتوحا أو مغلقا أو معزولا لكي تنطبق عليه صيغة القانون، يتصور كثير من الناس أن الصيغة الجديدة تعني أن القانون الثاني للحرارة ينطبق على كل شيء يمكن تصوره.ولكن هذا ليس صحيحا فالصيغة الجديدة ماهي إلا تبسيط لحقيقة أعقد من ذلك.

وبمرور السنين اتخذت الصيغة الرياضية للقانون الثاني للحرارة في حالة نظام معزول تجري فيه تحولات معينة الشكل التالي :

$\frac{dS}{dt}\ge 0$

حيث :

S الانتروبية (entropy)،

t الزمن.

أنظر أيضا ً

• دورة كارنو
• كفاءة حرارية
• ترموديناميك
• قوانين الديناميكا الحرارية
• مقاومة التلامس الحراري
• عملية كظومة
• القانون الأول للترموديناميك

be:Другі закон тэрмадынамікі bg:Втори закон на термодинамиката bs:Drugi zakon termodinamike ca:Segon principi de la termodinàmica cs:Druhý termodynamický zákon da:Termodynamikkens 2. lov de:Thermodynamik#Zweiter Hauptsatz el:Δεύτερος θερμοδυναμικός νόμος Second law of thermodynamics]] eo:Dua leĝo de termodinamiko es:Segundo principio de la termodinámica et:Termodünaamika teine seadus eu:Termodinamikaren bigarren legea fa:قانون دوم ترمودینامیک fr:Deuxième principe de la thermodynamique gl:Segunda Lei da Termodinámica he:החוק השני של התרמודינמיקה hr:Drugi zakon termodinamike ht:Dezyèm lwa tèmodinamik id:Hukum termodinamika kedua it:Secondo principio della termodinamica ja:熱力学第二法則 ka:თერმოდინამიკის მეორე კანონი kk:Термодинамиканың екінші бастамасы ko:열역학 제2법칙 la:Altera lex thermodynamica lv:Otrais termodinamikas likums nl:Tweede wet van de thermodynamica no:Termodynamikkens andre hovedsetning pl:Druga zasada termodynamiki pt:Segunda lei da termodinâmica ro:Principiul al doilea al termodinamicii ru:Второе начало термодинамики si:තාපගති විද්‍යාවේ දෙවන නියමය - හැඳින්වීම simple:Second law of thermodynamics sk:Druhá termodynamická veta sl:Drugi zakon termodinamike sr:Други принцип термодинамике sv:Termodynamikens andra huvudsats th:กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ uk:Другий закон термодинаміки ur:حرحرکیات کا دوسرا قانون vi:Định luật hai nhiệt động lực học zh:热力学第二定律 zh-yue:熱力學第二定律