توزيع بولتزمان

بطارية الرصاص الحمضية هي أول بطارية قابلة لإعادة الشحن، اخترعها غاستون بلانتيه عام ١٨٥٩. تعمل باستخدام قطب موجب من الرصاص (Pb) وقطب سالب من ثاني أكسيد الرصاص (PbO₂) مغمورين في إلكتروليت حمض الكبريتيك (H₂SO₄). أثناء التفريغ، يتحول القطبان إلى كبريتات الرصاص (PbSO₄)، وهي عملية تُعكس أثناء الشحن، مما يسمح بتخزين الطاقة وإعادة استخدامها.

هذه هي الصورة التفاضلية لقانون فاراداي للحث، وهي إحدى معادلات ماكسويل الأربع. وينص هذا القانون على أن المجال المغناطيسي المتغير زمنيًّا ([latex]\mathbf{B}[/latex]) يصاحب دائمًا مجالًا كهربيًّا متغيرًا مكانيًّا وغير محافظ ([latex]\mathbf{E}[/latex]). يتم التعبير عن العلاقة على النحو التالي: [latex] \nنبلا \times \mathbf{E} = -\frac{\partial \mathbf{B}}{\partial t}[/latex]. تتحكم هذه المعادلة في كيفية توليد المجالات المغناطيسية المتغيرة لمجالات كهربائية عند نقطة محددة في الفضاء.

معادلات ماكسويل هي مجموعة من أربع معادلات تفاضلية جزئية مقترنة تُشكل أساس الكهرومغناطيسية الكلاسيكية. تصف هذه المعادلات كيفية توليد المجالات الكهربائية والمغناطيسية وتغيرها بفعل بعضها البعض، وبفعل الشحنات والتيارات. وهي: قانون غاوس، وقانون غاوس للمغناطيسية، وقانون فاراداي للحث، وقانون أمبير-ماكسويل.

القوة الدافعة الكهربائية (EMF) وفرق الجهد الكهربائي (الجهد) مفهومان مختلفان، على الرغم من أن كليهما يُقاس بالفولت. القوة الدافعة الكهربائية هي الشغل المبذول لكل وحدة شحنة بواسطة قوة غير محافظة (مثل التفاعل الكيميائي أو المجال المغناطيسي المتغير) لتحريك الشحنة داخل مصدر. أما فرق الجهد فهو الشغل المبذول لكل وحدة شحنة بواسطة المجال الكهروستاتيكي المحافظ بين نقطتين.

تربط هذه الصيغة التأسيسية بين الكمية الديناميكية الحرارية العيانية للانتروبي (S) وعدد الترتيبات الميكروسكوبية الممكنة، أو الحالات الميكروية (W)، المناظرة للحالة العيانية للنظام. تكشف المعادلة، [latex]TS = k_B \n W[/latex]، أن الإنتروبيا هي مقياس للاضطراب الإحصائي أو العشوائية. والثابت [latex]k_B[/latex] هو ثابت بولتزمان الذي يربط الطاقة على مستوى الجسيمات بدرجة الحرارة.

أول بطارية قابلة لإعادة الشحن ناجحة تجاريًا. تستخدم أنودًا من الرصاص (Pb)، وكاثودًا من ثاني أكسيد الرصاص (PbO₂)، وإلكتروليتًا من حمض الكبريتيك (H₂SO₄). أثناء التفريغ، يتحول كلا القطبين إلى كبريتات الرصاص (PbSO₄)، ويُستهلك حمض الكبريتيك. هذه العملية عكسية كيميائيًا بتطبيق تيار خارجي، مما يجعلها نظامًا عمليًا ومتينًا لتخزين الطاقة.

تنص إحدى معادلات ماكسويل الأربع، وهي قانون جاوس للمغناطيسية على أن التدفق المغناطيسي الكلي الخارج من أي سطح مغلق يساوي صفرًا. ويُعبَّر عن ذلك رياضيًّا على الصورة [latex]\oint_S \vec{B} \cdot d\vec{A} = 0[/latex]. هذا القانون هو بيان للملاحظة التجريبية التي تفيد بأن الأقطاب الأحادية المغناطيسية (الأقطاب الشمالية أو الجنوبية المعزولة) لم تُكتشَف أبدًا. تشكل خطوط المجال المغناطيسي دائمًا حلقات مغلقة.

الموجات الكهرومغناطيسية هي اضطرابات المجال الكهرومغناطيسي التي تنتشر عبر الفضاء حاملة الطاقة. وهي تنشأ عن طريق تسارع الشحنات الكهربائية وتتكون من تذبذبات متزامنة ومتعامدة للمجالات الكهربية والمغناطيسية. وفي الفراغ، تنتقل بسرعة الضوء، [latex]c[/latex]. يشمل الطيف الكهرومغناطيسي موجات الراديو والموجات الدقيقة والأشعة تحت الحمراء والضوء المرئي والأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية وأشعة جاما.

درجة الحرارة الحرجة هي درجة الحرارة التي لا يمكن بعدها تكوين طور سائل مميز، بغض النظر عن الضغط المطبق. لكل غاز درجة حرارة حرجة فريدة. لتسييل غاز، يجب تبريده أولًا إلى ما دون هذه الدرجة. يُعد هذا المفهوم، الذي وضعه توماس أندروز، أساسيًا لفهم الشروط اللازمة لأي عملية تسييل.

تشتت رايلي هو التشتت المرن للضوء بواسطة جسيمات أصغر بكثير من طول موجة الضوء. هذه الظاهرة مسؤولة عن اللون الأزرق لسماء النهار. تتشتت الأطوال الموجية الزرقاء الأقصر من ضوء الشمس بفعالية أكبر بواسطة جزيئات النيتروجين والأكسجين في الغلاف الجوي مقارنةً بالأطوال الموجية الحمراء الأطول، مما يجعل السماء تبدو زرقاء من منظور الراصد.

دورة أوتو المثالية هي نموذج ترموديناميكي لمحركات الاشتعال بالشرارة. تتكون من أربع عمليات عكسية داخليًا: الانضغاط الأيزنتروبي (1-2)، وإضافة الحرارة ذات الحجم الثابت (المتساوية) (2-3)، والتمدد الأيزنتروبي (3-4)، وطرد الحرارة ذات الحجم الثابت (المتساوية) (4-1). تُشكل هذه الدورة الأساس النظري لتحليل أداء محركات البنزين، بافتراض استخدام الغاز المثالي كسائل عامل.

هذه العملية، التي ابتكرها راؤول بيكتيه، تُسيّل الغاز باستخدام سلسلة من الغازات الأخرى ذات درجات غليان منخفضة تدريجيًا. يُسيّل الغاز الأول تحت الضغط عند درجة حرارة الغرفة. ثم يُستخدم تبخره لتبريد وتسييل غاز ثانٍ أكثر تطايرًا، والذي بدوره يُستخدم لتبريد وتسييل الغاز المستهدف، مما يُنشئ سلسلة من مراحل التبريد.