تبلیغات
وبسایت مهندسین مكانیك ایران - قوانین ترمودینامیك

وبسایت مهندسین مكانیك ایران
 
IRANIAN WEBSITE OF MECHANICAL ENGINEERS‏

قوانین ترمودینامیك

قانون صفرم ترمودینامیك

قانون صفرم ترمودینامیك بیان می‌كند كه اگر دو سیستم با سیستم سومی در حال تعادل گرمایی باشند، با یكدیگر در حال تعادلند.


قانون اول ترمودینامیك

قانون اول ترمودینامیك كه به عنوان قانون بقای كار و انرژی نیز شناخته می‌شود، می‌گوید كه حالت تعادل ماكروسكوپی یك سیستم با كمیتی به نام انرژی درونی (U) بیان می‌شود. انرژی درونی دارای خاصیتی است كه برای یك سیستم منزوی (ایزوله) داریم:

U=مقدار ثابت

اگر به سیستم اجازهٔ برهم‌كنش با محیط داده شود، سیستم از حالت ماكروسكوپی اولیهٔ خود به حالت ماكروسكوپی دیگری منتقل می‌شود كه تغییر انرژی درونی را برای این تحول (فرآیند) می‌توان به شكل زیر نشان داد:

ΔU = QW

كه در این فرمول W، كار ماكروسكوپی انجام شده توسط سیستم در برابر نیروی خارجی و Q مقدار گرمای جذب شده توسط سیستم در طی این فرآیند است.

نمادگذاری

شمیی و فیزیك

چون در شیمی و فیزیك سیستم مورد توجه است، گرما و كاری كه به سیمتم داده می‌شود مورد نظر ماست و انرژی درونی را Q+W در نظر می‌گیریم.(سیستم را بسته,در حالت سكون و در غیاب میداانها در نظر میگیریم)

\mathrm{d}U=\delta Q+\delta W\,,


where

dU یك افزایش بی‌اندازه كوچك در انرژی درونی سیستم است.,
δQ یك مقدار بی‌اندازه كوچك از گرما كه به سیستم افزوده می‌شود,
δW یك كار بی‌اندازه كوچك كه بر روی سیستم انجام می‌شود و
δ نماد دیفرانسیل است.


 
قانون دوم ترمودینامیك

قانون اول ترمودینامیك تنها بیانی از تئوری كار و انرژی یا قانون بقای انرژی است. یك آونگ ساده یا یك آونگ ایده‌آل برای همیشه به نوسان ادامه می‌دهد. فیلمی از یك آونگ كه به جلو و عقب نوسان می‌كند را در نظر بگیرید. اگر ما فیلم را برعكس نشان بدهیم، نخواهیم توانست آن را از حالت عادی تشخیص بدهیم.

اما برداری (نشانگری) برای زمان وجود دارد. دامنهٔ نوسان آونگ به تدریج كوجكتر می‌شود. اگر توپی را از ارتفاع خاصی رها كنید، در هر بار برخورد توپ با زمین، كمتر از دفعهٔ قبل بالا خواهد آمد. فیلمی از این توپ در دنیای واقعی، هنگام پخش برعكس، متفاوت دیده خواهدشد. قطعات یخ در داخل فنجان چای ذوب می‌شوند در حالی كه چای سردتر می‌شود.

هیچ تناقضی با قانون اول ترمودینامیك نخواهد داشت اگر ما ببینیم كه در داخل یك فنجان چای قطعات یخ تشكیل شده و چای گرمتر شود. این با قانون بقای انرژی سازگار است اما «ما هیچگاه چنین چیزی را نمی‌بینیم». قانون دوم ترمودینامیك توضیح می‌دهد كه چرا چنین چیزی اتفاق نمی‌افتد.

ساخت یك موتور گرمایی سیكلی (چرخه‌ای) كه جر جذب گرما از منبع و انجام كار مساوی با گرمای چذب شده تأثیر دیگری بر محیط نداشته باشد، غیر ممكن است.

یا می‌توان گفت كه: ساخت ماشین گرمایی با بازدهی ۱۰۰ درصد غیرممكن است.

بیان كلازیوس

ساخت یك موتور سیكلی كه تأثیری جز انتقال مداوم گرما از دمای سرد به دمای گرم نداشته باشد، غیر ممكن است.

ارتباط این دو بیان

این دو بیان قانون دوم ترمودینامیك معادل (هم‌ارز) هستند. اگر بتوان یكی از آنها را نقض كرد، دیگری نیز نقض می‌شود.

 


 

قانون سوم ترمودینامیك

قانون سوم ترمودینامیك می‌گوید هنگامی كه انرژی یك سیستم به حداقل مقدار خود میل می‌كند، انتروپی سیستم به مقدار قابل چشم‌پوشی می‌رسد. یا بطور نمادین: هنگامی كه

U\longrightarrow{U_{0}}، S\longrightarrow{0}

از رابطهٔ بین انرژی درونی و دما، رابطهٔ بالا را می‌توان به صورت زیر نوشت:

هنگامی كه T\longrightarrow{0}، S\longrightarrow{0}

اما در هنگام كاربرد این قانون باید توجه داشت كه در این دما (T\longrightarrow{0}) سیستم در حال تعادل است یا نه. زیرا با پایین آمدن دما، سرعت رسیدن به تعادل خیلی زیاد می‌شود.





طبقه بندی: مفاهیم بنیادی مكانیك، 
برچسب ها: قوانین ترمودینامیك،  
نوشته شده در تاریخ چهارشنبه 4 اسفند 1389 توسط محمد محمل زاده
تمامی حقوق این سایت محفوظ است
قالب وبلاگ