Product Design, Manufacturing & Innovation Resources
بيت » القانون الثاني للديناميكا الحرارية

القانون الثاني للديناميكا الحرارية

1850
  • Sadi Carnot
  • Rudolf Clausius
  • William Thomson (Lord Kelvin)
Engineers designing an efficient heat engine in a laboratory, illustrating thermodynamics applications.

(صورة توضيحية فقط)

يُقدّم القانون الثاني للديناميكا الحرارية مفهوم الإنتروبيا ويُحدّد اتجاه العمليات التلقائية. يُمكن صياغته بعدة طرق، لكن من أهم نتائجه أن الإنتروبيا الكلية لنظام معزول لا يُمكن أن تتناقص بمرور الوقت. يُفسّر هذا القانون "اتجاه الزمن" وسبب كون العمليات غير قابلة للانعكاس، مثل انتقال الحرارة تلقائيًا من جسم ساخن إلى جسم بارد.

يُعدّ القانون الثاني للديناميكا الحرارية من أعمق مبادئ العلم. ومن أوائل صياغاته قول كلاوزيوس: "لا يمكن للحرارة أن تنتقل من جسم أبرد إلى جسم أسخن دون حدوث تغيير آخر مصاحب لها". وقول كلفن-بلانك: "من المستحيل ابتكار جهاز يعمل بشكل دوري، ويكون تأثيره الوحيد امتصاص الطاقة على شكل حرارة من مصدر حراري واحد، ثمّ إنجاز كمية مكافئة من الشغل". ويحظر كلا القولين آلات الحركة الدائمة من النوع الثاني.

تمثلت حداثة القانون في إدخال مفهوم اللاعكوسية في الفيزياء الأساسية. بينما القانون الأول يتعامل مع ترشيد استهلاك الطاقةيتناول القانون الثاني للديناميكا الحرارية جودة الطاقة وتدهورها الحتمي إلى أشكال أقل فائدة (الحرارة المهدرة). وقدّم لودفيج بولتزمان لاحقًا تفسيرًا إحصائيًا، مُعرّفًا الإنتروبيا (S) كمقياس لعدد الترتيبات المجهرية الممكنة (الحالات المجهرية) التي تُقابل الحالة العيانية المُرصودة للنظام. تربط الصيغة S = k_B ln W الإنتروبيا بالاحتمالية الإحصائية، موضحةً أن الأنظمة تميل إلى التطور نحو حالتها الأكثر احتمالًا (الأعلى إنتروبيا).

UNESCO Nomenclature: 2212
– Thermodynamics, statistical physics, and condensed matter

يكتب

نظام مجرد

خلل

Revolutionary

الاستخدام

استخدام واسع النطاق

مقدمات

  • عمل سادي كارنو حول القوة الدافعة للنار والحرارة المثالية دورة المحرك
  • ملاحظات حول عدم الكفاءة المتأصلة في محركات البخار
  • الفهم البديهي بأن الحرارة لا تنتقل تلقائيًا من البارد إلى الساخن
  • تطوير نظرية الاحتمالات والإحصاء بواسطة لابلاس وغيرهم

التطبيقات

  • تصميم محركات حرارية وثلاجات فعالة (كفاءة كارنو)
  • الهندسة الكيميائية للتنبؤ بعفوية التفاعلات
  • نظرية المعلومات، حيث أن إنتروبيا شانون هي مقياس لمحتوى المعلومات
  • علم الكونيات (فرضية "الموت الحراري للكون")
  • علم المواد لفهم الاضطراب والتحولات الطورية

براءات الاختراع:

NA

أفكار ابتكارية محتملة

  • entropy-driven self-assembling nanomaterials for electronics
  • محركات المعلومات التي تحول المعلومات إلى عمل على نطاق صغير
  • خوارزميات لتحسين شبكات الطاقة عن طريق تقليل إنتاج الإنتروبيا
  • ‘time-reversal’ data processing to correct errors in quantum computing by locally reducing entropy
  • المواد المحاكية للطبيعة ذات القدرات على الشفاء الذاتي والتي تعتمد على تدرجات تقليل الإنتروبيا المحلية
  • عمليات تحلية المياه المتقدمة باستخدام الحد الأدنى من مدخلات الطاقة من خلال إدارة التغيرات في الإنتروبيا بعناية
  • برنامج للتنبؤ بطي البروتين استنادًا إلى مبادئ الطاقة الحرة وتقليل الإنتروبيا
  • cryogenic cooling systems that approach the theoretical carnot efficiency limit
  • التحليل القائم على الإنتروبيا لتقلبات السوق المالية والتنبؤ بالانهيار
  • عمليات إعادة تدوير النفايات التي تفرز المواد بناءً على توقيعاتها الإنتروبية باستخدام التحليل الطيفي
يتعلق بـ: القانون الثاني، الإنتروبيا، اللاعكوسية، سهم الزمن، المحرك الحراري، بيان كلاوزيوس، بيان كلفن بلانك، الفوضى، الميكانيكا الإحصائية، التلقائية.

السياق التاريخي

القانون الثاني للديناميكا الحرارية

1845
1850
1850
1850
1850
1850
1851
1842
1847
1850
1850
1850
1850
1850
1851

(إذا كان التاريخ غير معروف أو غير ذي صلة، على سبيل المثال "ميكانيكا الموائع"، يتم توفير تقدير تقريبي لظهوره الملحوظ)

أحدث الإضافات

أهم المنشورات والمقالات

أفضل الأدوات الأصلية

السنة العاشرة عيد

الصور والتنزيلات بالحجم الكامل متاحة فقط، ومجانية تمامًا، للأعضاء المسجلين.