hotchpotch/wikipedia-multilingual-ir-pairs huggingface dataset:
ديناميكا حرارية التاريخ
وسميت العلاقة معادلة جيبس-هلمهولتز تكريما لهذاين العالمين. وبواسطتها يمكن للكيميائي معرفة إمكانية سير تفاعل وتكوين جزيئات جديدة. كما يمكنه معرفة درجة الحرارة وتركيز المواد الداخلة في التفاعل والخارجة منه.
بالإضافة إلى الترموديناميكا الكلاسيكية ابتكرت نظرية الحركة الحرارية. وطبقا لهذه النظرية يتكون الغاز من جسيمات - ذرات وجزيئات - تتحرك حرة وعشوائيا وتتصادم ببعضها البعض في فراغ بينها. وعند ارتفاع درجة الحرارة تزداد سرعة حركة الجسيمات وتكثر اصطداماتها وكذلك اصداماتها بجدار الوعاء وتمارس عليه ضغطا.
بجانب الترموديناميكا الكلاسيكية فقد تطورت نظرية الحركة الحرارية للغازات. ويتكون الغاز من جسيمات مثل الذرات أو الجزيئات تتحرك عشوائيا في فراغ وتحدث بينها اصطدامات. وعندما نرفع درجة حرارة الغاز تتحرك الجسيمات بسرعات أكبر ويزيد معدل اصطدامها بعضها البعض، كما تمارس ضغطا على جدار الوعاء الموجودة فيه.
من العلماء الذين ساهموا في صياغة تلك النظرية رودولف كلاوسيوس، وجيمس ماكسويل، ولودفيغ بولتزمان. واستخدم كل من بولتزمان وماكسويل طرق حساب الاحتمالات (الطرق الإحصائية) بغرض تفسير الكميات الترموديناميكية التي نراها ونقيسها معمليا واعتمادها على خصائص الجزيئات.
قام الفيزيائي «إليوت ليب» عام 1999 بتقديم منظومة للترموديناميكا محاولا تفسير الإنتروبيا بطريقة جديدة، ولكن محاولته هذه لا تغير من نتائج الترموديناميكا الكلاسيكية.
ونظرا للتاريخ الطويل والمراحل العديدة التي تتطورت فيها الترموديناميكا واتساع تطبيقاتها في وصف «الحركة الحرارية التقنية»، (مثل وصف عمل محرك الاحتراق الداخلي أو عمل الثلاجة)، والترموديناميكا الكيميائية (مثل وصف سرعة التفاعلات الكيميائية)، و «الترموديناميكا الإحصائية» (التي تصف مستويات الطاقة الكمومية في الجوامد) نظرا لهذا التاريخ الطويل فكل من تلك الفروع له طريقته في صياغة المعادلات.
ديناميكا حرارية تطور الديناميكا الحرارية وفروعها
ساهم في تطور هذا العلم رودولف كلوسيوس وويليام طمسون وهرمان فون هلمهولتز، جوزيه غيبس، وسادي كارنو، وويليم رانكين وغيرهم. وقد تفرع من دراسة الأنظمة الترموديناميكية في عدة فروع، يستخدم كل فرع منها نموذجا خاصا للمعاملة، مثل الاعتماد على تحليل نتائج التجارب أو التحليل الرياضي، أو تطبيق مبادئ خاصة على نظمها المختلفة. من أهم تلك الفروع نذكر:
ديناميكا حرارية تطور الديناميكا الحرارية وفروعها
في الترموديناميكا الكلاسيكية نقوم بوصف حالة نظام (وعلى الأخص في حالة توازنه) وعمليات الأنظمة الحركية الحرارية «أنظمة ترموديناميكية». ويقوم الوصف على استخدام الخواص العينية الكبيرة للنظام التي يسهل قياسها كالحرارة والضغط والحجم، وكذلك وصفها بصياغة معادلات مناسبة للنتائج التجريبية. وفي هذا الإطار تقوم الترموديناميكا الكلاسيكية (أي التقليدية) بدراسة تغيرات الطاقة والشغل والحرارة وتغير المادة على أساس قوانين الديناميكا الحرارية. ويعبر التعبير «الكلاسيكية» عن أن الوصف الذي تقوم به لنظام يعتمد على متغيرات معملية يمكن قياسها بالمختبرات، فكانت هي أول سبل تفهمنا خلال القرن التاسع عشر. ثم تبع ذلك محاولات وصف النظام الصغري (أي دراسة كياناته الصغرى) وتمثل ذلك في تطور «الترموديناميكا الإحصائية».
تسمى الترموديناميكا الإحصائية أيضا «ميكانيكا إحصائية»، وقد نشأت هذه بتقدم معرفتنا عن النظرية الذرية وتكوين الجزيئات من الذرات خلال النصف الثاني من القرن التاسع عشر ومطلع القرن العشرين. زودت تلك المعرفة الترموديناميكا بتفسيرات مبنية على التآثر بين الذرات والجزيئات ومبنية على حالات كمومية في نظام ذرات أو جزيئات وتوزيعها (إحصائيا). ويهتم هذا الفرع بالربط بين الخواص الصغرية لنظام أي في حيز الذرات والجزيئات، وخواصه الشمولية العينية (التي يمكن مشاهدتها معمليا). وتفسير الحركية الحرارية كنتيجة طبيعية لإحصاءات الميكانيكا التقليدية ونظرية الكم في النطاق الصغري. يعود الفضل الأكبر في تفسيرها إلى عالم الفيزياء النمساوي لودفيغ بولتزمان.
تهتم الترموديناميكا الكيميائية (أو الحركية الحرارية الكيميائية) بدراسة العلاقة بين الطاقة والتفاعلات الكيميائية والتحول الكيميائي وكذلك بالتغيرات الفيزيائية المتعلقة بحالة نظام ترموديناميكي من وجهة قوانين الترموديناميكا. يعود الفضل الكبير في تطور فهمنا للترموديناميكا الحرارية إلى اكتشافات ويلارد غيبس 1876.
ديناميكا حرارية المفاهيم الأساسية
المفاهيم الأساسية في الديناميكا الحرارية هي كمية الحرارة ودرجة الحرارة والحرارة النوعية والسعة الحرارية.
وتعد مختلف أشكال الجمل الديناميكة الحرارية موضوع الدراسة الذي تتعرض له الديناميكا الحرارية.
هي جسم أو مجموعة من الأجسام المادية التي تتبادل الطاقة والمادة فيما بينها، أو مع الوسط المحيط بها (الأجسام الواقعة خارج حدود النظام الدينامي الحراري، والمسماة بالوسط المحيط أو الوسط الخارجي).
مثال: الغاز المحصور في أسطوانة والمكبس يشكل نظاما ديناميكيا حراريا، حيث يمثل الهواء الجوي المحيط بالاسطوانة من الخارج «الوسط المحيط»، وتشكل جدران الاسطوانة مع سطح المكبس حدود النظام ويشكل الغاز المحصور «الجسم العامل».
وتصنف الأنظمة الدينامية الحرارية (بعض البلاد العربية تستخدم تعبير «جملة» بدلا عن «نظام») حسب شروط التبادل للطاقة والمادة مع الوسط الخارجي إلى ما يلي:
ديناميكا حرارية المفاهيم الأساسية
ويطلق على مجموعة الخواص الفيزيائية للجملة عند ظروف العمل بالحالة الدينامية الحرارية للجملة، فهناك الحالة المتوازنة (المستقرة)، والحالة غير المتوازنة (غير المستقرة) للجملة الدينامية الحرارية. فالحالة المتوازنة (المستقرة) للجملة الدينامية الحرارية تتميز بأن عناصر الحالة للجملة لا تتغير مع مرور الزمن تحت تأثير الظروف الخارجية الثابتة للوسط المحيط، كما يطلق على حالة الجملة الدينامية الحرارية بأنها متوازنة حراريا عندما تحافظ جميع نقاط الجملة على درجة حرارة ثابتة. وتدعى حالة الجملة الدينامية الحرارية بالمستقرة إذا حافظت عناصر الحالة للجملة في جميع نقاطها على قيم ثابتة تحت تأثير القوى الخارجية ومع مرور الزمن. أما إذا تغيرت قيمة أحد عناصر الحالة تحت تأثير الشروط الخارجية ومع مرور الزمن فتدعى حينئذ الجملة الدينامية الحرارية بغير المستقرة.
الحرارة هي إحدى صور الطاقة وتنتقل من نقطة لأخرى أو من جسم لآخر نتيجة للاختلاف في درجة حرارة الجسمين، وتقاس كمية الحرارة بوحدة الطاقة وهي الجول.
ديناميكا حرارية المفاهيم الأساسية
إذا قمنا بتسخين 1 كيلوجرام من الماء من درجة حرارة 15 درجة مئوية إلى 20 درجة مئوية، يكتسب الماء كمية من الحرارة تساوي:
كمية الحرارة المكتسبة = الحرارة النوعية للماء. 5 درجات حرارة =
هذه هي كمية الحرارة التي يكتسبها 1 كيلوجرام ماء عند تسخينه ورفع درجة حرارته 5 درجات.
وهذا المثال يوضح أيضا الفرق بين الحرارة التي هي طاقة حرارية وتقاس بالجول، وبين درجة الحرارة التي قد نقيسها «بدرجة سيلزيوس» أو كلفن.
يمكن تحويل الحرارة (الطاقة الحرارية) إلى أنواع أخرى من الطاقة مثل طاقة كهربائية ويتم ذلك في محطات القوى، أو تحويل الحرارة إلى طاقة حركية مثل عمل آلة بخارية أو محرك احتراق داخلي وغيرها.
درجة الحرارة هي مقياس الاتزان الحراري ونعني بهذا الحالة التي عندها لا تنتقل الحرارة من نقطة لأخرى وذلك لعدم وجود فارق في درجات الحرارة. وتقاس الحرارة بوحدات مئوية أو فهرنهتية أو مطلقة. وتقاس درجات الحرارة بأنواع مختلفة من مقاييس الحرارة أهمها مقياس الحرارة السائلي، ومقياس الحرارة الغازي، ومقياس الحرارة البلاتيني، ومقياس الحرارة ذو المزدوجة الحرارية، وأخيراً مقياس الحرارة المسمى بالبيومتر الضوئي.
ديناميكا حرارية المفاهيم الأساسية
هي كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة 1 كيلوجرام من المادة درجة مئوية واحدة (أو مطلقة) وبذلك تكون وحدتها هي جول لكل كيلوجرام لكل درجة.
وحدة قياسها هي: جول / (كجم. ْم) أو جول / (كجم. كلفن)
(ملحوظة: طبقا للتعريف القديم كانت الحرارة النوعية لمادة هي كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة 1 جرام من المادة درجة مئوية واحدة. فكانت وحدتها سعرة/جرام/درجة).
والجدول أدناه يبين الحرارة النوعية لبعض المواد:
وسبب اختلاف الحرارة النوعية  من مادة إلى أخرى يعود إلى مدى تراص وترابط ذرات المادة ومن ثم قدرتها على احتواء للحرارة.
هي كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة كمية معينة من مادة ما درجة مئوية واحدة.
يمكن حساب كمية الحرارة Q التي يكتسبها جسم كتلته M وارتفعت درجة حرارته مقدار dT من العلاقة:
أي أن «كمية الحرارة» اللازمة لرفع درجة حرارة كتلة معينة M من المادة إلى فرق في درجة الحرارة dT، هو حاصل ضرب الكتلة M في الحرارة النوعية C للمادة في فرق درجات الحرارة. تقاس كمية الحرارة بوحدة الجول.
كل معادلة في الفيزياء والكيمياء لا بد وأن تكون متجانسة الوحدات، بمعنى:
كمية الحرارة M = Q كيلوجرام. C جول/(كيلوجرام.كلفن). dT كلفن
ديناميكا حرارية قوانين الديناميكا الحرارية الأربعة
إذا كانت حرارة الجسم أ تساوي حرارة الجسم ب وحرارة ب تساوي حرارة ج فإن حرارة أ تساوي حرارة ج.
ينص على أن الطاقة في النظام تساوي العمل المبذول (المضاف أو المنتزع) يضاف إليها الطاقة الداخلية (المضافة أو المنتزعة).
حيث (dQ)هي كمية الحرارة التي تخرج من أو تنتقل إلى النظام.
و (dU)هو التغير في الطاقة الداخلية للنظام (وتعتمد على درجة الحرارة)،
و (dW) هو الشغل المبذول على أو من النظام.
نفترض آلة مكونة من توربين غازي يدخلها البخار ساخنا ويخرج منها باردا مع اكتسابنا لشعل ميكانيكي منه. ثم نقوم بتسخين البخار من جديد لأداء دورة ثانية. يعود الوسط الفعال (البخار) إلى نقطة البداية بعد أداء دورة كاملة في الدورة الحرارية. هذا يسهل حساب الطاقة ولا نحتاج إلى حساب التغيرات في دوال الحالة للنظام، ويبقى فقط حساب الحرارة والشغل المؤدى من النظام خلال الدورة. وسوف نري عندما نتعرض إلى القانون الثاني للديناميكا الحرارية أنه لا يمكن تحويل الطاقة الحرارية بالكامل إلى شغل (طاقة حركية أو طاقة كهربائية)، حيث لا بد من خروج جزء من الحرارة من النظام في صورة عادم ينتشر في الوسط المحيط (الهواء مثلا).
ديناميكا حرارية قوانين الديناميكا الحرارية الأربعة
ويمكن كتابة معادلة التوازن للدورة كالآتي حيث 
الشغل المكتسب من النظام:
تجمع تلك المعادلة التكامل الدائري لجميع التيارات الحرارية في الدائرة. ويكون هذا المجموع ذو إشارة موجبة إذا دخلت الحرارة من خارج النظام إليه، وتكون أشارة المجموع سلبة الإشارة إذا خرجت الحرارة من النظام إلى الوسط المحيط. وتكون
 هي الشغل الذي أداه النظام (محرك مثلا أو كما هو مثالنا هنا في حالة توربين غازي) خلال دورة واحدة. ونعطي للشغل إشار سالبة عندما نكتسب من النظام شغلا (هذا ما اصطلح عليه العلماء، أن تكون الحرارة أو الشغل الخارج من النظام ذو إشارة سالبة، ويكون ذو إشارة موجبة إذا أدينا نحن شغلا على النظام أو أمددنا النظام بحرارة من الخارج).
تكتب هذه المعادلة أيضا كدالة لمقادير الحرارة:
حيث توضح الحرارة المفقودة من النظام والتي اعطاها النظام غلى الوسط المحيط.
وبالتالي يمكننا حساب الكفاءة الحرارية للآلة:
ديناميكا حرارية قوانين الديناميكا الحرارية الأربعة
وتعطينا الكفاءة الحرارية لآلة ما الشغل الناتج من دورتها الحرارية ونسبتها إلى مقدار الحرارة الذي أمددنا الآلة به (وهي تكون عادة في صورة الوقود الذي تحرقة الآلة ولا بد لنا أن ندفع له ثمنا بالدولار أو الجنيهات). وأما جزء الحرارة الذي لم يتحول غلى شغل يستفاد منه فهو يخرج من النظام كعادم وينتشر في الوسط المحيط.
يتعلق القانون الثاني بالاعتلاج أو الأنتروبية وينص على مبدأ أساسي يقول بأن تغيرًا تلقائيًا في نظام فيزيائي لا بد وأن يترافق بازدياد في مقدار اعتلاج هذا النظام.
صاغ العالم الألماني رودولف كلاوسيوس القانون الثاني أثناء محاضرته امام الجمعية الفلسفية في زيوريخ في 24 أبريل 1865 قائلا:
«تميل 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.
ديناميكا حرارية قوانين الديناميكا الحرارية الأربعة
وبمرور السنين اتخذت الصيغة الرياضية للقانون الثاني للديناميكا الحرارية في حالة نظام معزول تجري فيه تحولات معينة الشكل التالي:
والإنتروبية هي مقياس لعدم النظام في نظام، أي زيادة الهرجلة. والقانون يقول أن الهرجلة تسير تلقائيا وطبيعيا في اتجاه زيادة الهرجلة أو بقائها ثابتة. فمثلا إذا أذبنا قليل من ملح الطعام في كوب من الماء انتشرت جزيئات الملح وتوزعت توزيعا متساويا في الماء. هذه عملية طبيعية تسير من ذاتها، ونقول أن انتروبية النظام قد ازدادت. إذ أن مجموع إنتروبية ملح الطعام «النقي» + إنتروبية الماء النقي يكون أصغر من إنتروبية المخلوط. أي تزداد إنتروبية النظام بأكمله (الماء النقي + الملح) بمرور الزمن بعد الخلط.
«من المستحيل تبريد نظام إلى درجة الصفر المطلق».
هذا القانون يحدد درجة الصفر المطلق كحد طبيعي لا يمكن تعديها إلى أقل منها. حقيقة أنه يمكن بأداء عمل كبير الاقتراب من درجة الصفر المطلقة، مثلما يحدث عند دراسة الميوعة الفائقة للهيليوم-3 حيث تصل درجته الحرجة للميوعة الفائقة عند 0.0026 كلفن، إلا أنه من المستحيل التبريد حتى درجة الصفر.
ديناميكا حرارية الكمونات الدينامية الحرارية
الطاقة الداخلية  لنظام (وهي دالة للإنتروبيا S والحجم V وكمية المادة N) وجميع مشتقاتها بواسطة تحويل ليجاندر تعتبر كمونات دينامية حرارية للنظام. وتحول معادلات ليجاندر كمون الانتروبيا  بالنسبة إلى تغير درجة الحرارة  ، وكمون الحجم  بالنسبة إلى تغير الضغط، وتغير كمية المادة  بالنسبة إلى تغير الكمون الكيميائي .
تستنبط منها 3 أزواج من المتغيرات   وينشأ منها بالتالي    كمونات ترموديناميكية.
أهم تلك الكمونات والشائعة استعمالا هي (كدوال للمتغيرات فيها):
الثلاثة كمونات الباقية (ويقل استعمالها) هي:
ديناميكا حرارية العمليات الدينامية الحرارية
العملية الترموديناميكية هي تغير نظام من حالة إلى حالة أخرى، مثل رفع درجة حرارة النظام (غلاية مثلا). وفي حالة تواجد النظام في حالة توازن ترموديناميكي فيمكن تغير تلك الحالة عن طريق تغيير أحد دوال الحالة أو عدة منها، مثل تغيير درجة الحرارة أو تغيير الضغط والحجم وغيرها.
بدأت دراسة «عمليات التحريك الحراري» مع اختراع الآلة البخارية، ثم امتدت بعد ذلك وصاغت قوانينا تنطبق أيضا على جميع المحركات. وكذلك تنطبق قوانين الحرارة على تحول الطاقة من صورة إلى أخرى مثل تحويل طاقة الحركة إلى طاقة كهربائية (كما هو في إنتاج الكهرباء من سدود الأنهار) أو تحويل طاقة كيميائية إلى طاقة حركة كما هو مسلك محرك الاحتراق الداخلي مثلا أو تحويل طاقة كيميائية إلى طاقة كهربائية مثلما يجري في البطارية وفي خلية الوقود.
ديناميكا حرارية العمليات الدينامية الحرارية
يتغير حالة نظام حركة حرارية بتغير العديد من المتغيرات مثل درجة الحرارة، والضغط والحجم والإنتروبيا وغيرها. ولدراسة العمليات نسهل على أنفسنا فهمها بجعل أحد تلك المتغيرات ثابتا وملاحظة تغير العوامل الأخرى. من هنا نشأت بعض العمليات التي تهمنا بصفة خاصة نظرا لتطبيقاتها العملية، وخصوصا في دراسة عمل المحركات وتحويل الطاقة إلى صور مختلفة.
وتنقسم العمليات الترموديناميكية إلى عدة أنواع:
ديناميكا حرارية الخصائص الحرارية
حالية (أي أنها تعبر عن حالة للمادة أو حالة نظام وهي كل الخصائص المذكورة أعلاه، وتسمى دوال الحالة)، أو عملياتية (دوال عملية، أي أنها لا توجد إلا بوجود عملية كعملية انتقال الحرارة من جسم لآخر، وعلى ذلك فهي تمثل «تغير» حالة المادة. ومن هذه الخصائص التي تعتمد على الدوال العملية الشغل المكتسب من نظام: فقد يكون شغلا ميكانيكيا، مثل محرك احتراق داخلي أو محرك أوتو أو آلة بخارية...وغيرها، أو شغل كهربائي مثل البطارية وخلية الوقود وبطارية ليثيوم أيون الشائع استخدامها في هاتف المحمول.)
من أهم القوانين التي تصف العلاقة بين الضغط P ودرجة الحرارة T والحجم V وعدد المولات n في غاز مثالي:
ديناميكا حرارية الخصائص الحرارية
حيث R هو ثابت الغازات العام ولكن هذه العلاقة ليست الوحيدة وهي كذلك ليست صحيحة صحة مطلقة حيث أنه اعتمد في اشتقاقها على بعض الافتراضات المبسطة. افتراض غاز مثالي أن ذرات أو جزيئات الغاز ليس لها حجم ولا توجد قوى بين الجزيئات. كذلك افتراض أن تصادم الجزيئات يكون تصادما مرنا، أي أن الجزيئات لا تغير شكلها عند الاصتدام.
معادلة فان دير فالس هي أيضا معادلة حرارية وهي تصف حالة غاز حقيقي حيث تأخذ حجم جسيمات الغاز (الذرات أو الجزيئات) والتآثر بينهم (من قوى جذب أو تنافر) في الحسبان :
حيث a تأخذ قوي التجاذب أو التنافر بين جسيمات الغاز في الحسبان و b تأخذ حجم وشكل الجسيمات في الحسبان.
ديناميكا حرارية حساب الطاقة في الترموديناميكا
تعيين توازن الطاقة من المبادئ الرئيسية في الثرموديناميكا
يحتاج تغير طور المادة - مادة صلبة إلى حالة سائلة إلى حالة غازية - وكذلك عمليات الخلط (مثل خلط الملح مع الماء، أو خلط مواد مختلفة) يحتاج إلى «طاقة تحول» مثل حرارة انصهار، وحرارة تبخر، وانثالبي التسامي، أو ما يسمى «إنثالبي التحول»، وبالتالي فإن تلك الطاقة تتحرر خلال سير العملية في الاتجاه العكسي.
وفي حالة تغير كيميائي للمادة يمكن أن تصدر عنها «حرارة تفاعل» أو ما يسمى إنثالبي التفاعل، أو بالعكس يمكن أن يحتاج التفاعل الكيميائي لحرارة من الخارج لكي يسير ويتم.
وبغرض حساب الحرارة الناشئة عن تفاعل كيميائي نقوم أولا بكتابة معادلة التفاعل مزودة بنسب المواد المختلفة الداخلة والخارجة من التفاعل. انثالبي قياسي للتكوين لكل مادة نقية مشتركة في التفاعل سواء الداخلة في التفاعل والناتجة من التفاعل نجدها في جداول خاصة عند 25 درجة مئوية كدرجة حرارة قياسية. ونقوم بجمع إنثالبي المواد الناتجة من التفاعل بنسبها ونطرح منها مجموع إنثالبي المواد الداخلة في التفاعل (قانون هس).
ديناميكا حرارية حساب الطاقة في الترموديناميكا
حرارة التفاعل أو «إنثالبي التحول» التي تنتج من تفاعل كيميائي أو من تحول لطور المادة وتنتشر (الحرارة الناتجة) في الوسط المحيط نعطيها إشارة سالبة. وفي حالة تزويدنا للنظام طاقة (حرارة) من الخارج لإتمام التفاعل الكيميائي أو إتمام تحول الطور (مثل تسخين الماء (طور سائل) ليتحول إلى بخار [طور غازي])، فنعطي تلك الحرارة إشارة موجبة.
ويعطى الإنثالبي الحر G بالمعادلة، وهي معروفة بطاقة جيبس الحرة:
وبإجراء التفاضل الكامل لمعادلة الإمثالبي الحر، ثم إجراء التكامل على المعادلة يمكن معرفة عما إذا كان التفاعل الكيميائي ممكنا (ذاتيا) أم غير ممكنا :
فإذا كان «فرق الإنثالبيات الحرة» G لنواتج التفاعل مطروحا منها الإنثالبيات الحرة للمواد الداخلة في التفاعل ذات إشارة سالبة، يكون التفاعل أو تحول الطور ممكنا.وعندما يكون فرق الإمثالبي الحر للتفاعل أو لتحول الطور سالبا الإشارة، ينتج عن ذلك سير التفاعل - طالما لا يوجد ما يعطله - حتى نقطة معينة تصبح عندها
.
ويعتبر
قانون فاعلية الكتلة حالة خاصة لمثل هذا التوازن، فإذا كان الفرق في الإنثالبيات الحرة ذو إشارة موجبة، فمعنى ذلك أن التفاعل أو تحول الطور غير ممكن.
ديناميكا حرارية حساب الطاقة في الترموديناميكا
في عام 1869 كان مارسلين بيرثولد يعتقد أن التفاعلات الكيميائية التي تنشر حرارة هي وحدها الممكنة. وشمل اعتقاده هذا أي تحول أو أي تفاعل كيميائي أنه ممكنا سواء نشر حرارة أم لم تصدر منه حرارة. وكان ذلك بأخذه في الاعتبار شق المعادلة المعبر عن تغير الإنتروبيا (T*S).
عند إذابة سلفات الصوديوم في الماء تنخفض درجة حرارة المحلول عن درجة حرارة الغرفة. فيكون شق الإمنتروبيا في المعادلة ذو إشارة موجبة، وعلي الرغم من ذلك تتزايد درجة عدم الانتظام في المحلول، أي تزداد انتروبية النظام بذوبان السلفات.
تحول الكربون في وجود ثاني أكسيد الكربون لإنتاج أول أكسيد الكربون هو تفاعل كيميائي يتميز بإنثالبية تفاعل موجبة الإشارة. وعن طريق «إنتروبية التفاعل» يمكن إزاحة توازن التفاعل (انظر توازن بودوارد) في اتجاه إنتاج أول أكسيد الكربون برفع درجة الحرارة.
ديناميكا حرارية أنواع تغير الحالة
تحول عكوس: تحول يتم ببطء شديد، يمكن للنظام الحراري في أي نقطة منه العودة في الاتجاه المعاكس معيداً وبدقة تامة جميع الشروط التي قد مرت به في التحول الأصلي المباشر، ويسمى هذا التحول بالتحول الفيزيائي.
تحول لاعكوس: تحول سريع غير قابل للعكس. وتتصف جميع التحولات الطبيعية بأنها لاعكوسية؛ ويسمى هذا التحول بالتحول الكيميائي والسبب تكون ماده جديده.
الدورة المغلقة: تحول يعود فيه النظام إلى نقطة البدء بعد أن يكون قد مر بعدة مراحل مختلفة.
ديناميكا حرارية متغيرات مترافقة
الفكرة الأساسية في الترموديناميكا هي الطاقة. يقول القانون الأول للديناميكا الحرارية أن الطاقة الكلية في نظام والوسط المحيط بالنظام تكون ثابتة لا تتغير. فيمكن للطاقة الانتقال إلى النظام عن طريق التسخين أو زيادة الضغط، أو زيادة كمية المادة فيه، كذلك يمكن استخراج طاقة من النظام بالتبريد أو بالتمدد في حجم النظام أو استخراج جزء من مادته.
وفي الميكانيكا نحسب التغير في طاقة جسم كحاصل ضرب القوة المؤثرة (ق) على الجسم في المسافة (س) التي انزاحها الجسم.
والمتغيرات المترافقة في الترموديناميكا هي أزواج من المتغيرات ينتمي أحدهما إلى قوة تؤثر على نظام (ترموديناميكي)، والمتغير المرافق يكون بمثابة «الإزاحة» الناتجة، وجداء الإثنين يعطينا كمية الطاقة التي انتقلت إلى الجسم.
من المتغيرات المترافقة التي تهمنا في الأنظمة الترموديناميكية الثلاثة حالات الاتية:
فيزياء ذرية
الفيزياء الذرية هي مجال الفيزياء الذي يهتم بدراسة الذرّة من نواة والغلاف الإلكتروني. تشير الفيزياء الذرية عادةً إلى دراسة البنية الذرية والتفاعل بين الذرات. وتهتم بشكل أساسي بكيفية ترتيب الإلكترونات حول النواة. يشمل علي ذلك الأيونات والذرات المتعادلة.
يمكن ربط مصطلح الفيزياء الذرية بالطاقة النووية والأسلحة النووية. يُميز الفيزيائيون بين الفيزياء الذرية - التي تُعنى بالذرة كنظام يتكون من نواة وإلكترونات - والفيزياء النووية ، التي تدرس التفاعلات النووية والخصائص الخاصة لنوى الذرات.
فيزياء ذرية الذرات المعزولة
تدرس الفيزياء الذرية الذرات بشكل أساسي بمعزل عن بعضها. تتكون النماذج الذرية من نواة واحدة قد تكون محاطة بإلكترون واحد أو أكثر. لا تهتم هذه الفيزياء بتكوين الجزيئات، كما أنها لا تدرس الذرات في الحالة الصلبة كمادة مكثفة. بل تهتم بعمليات مثل التأين والإثارة بواسطة الفوتونات أو التصادمات مع الجسيمات الذرية.
فيزياء ذرية التكوين الإلكتروني
تُشكّل الإلكترونات أغلفة افتراضية حول النواة. تكون هذه الأغلفة عادةً في حالة أرضية، ولكن يُمكن إثارتها بامتصاص طاقة الضوء ( الفوتونات )، أو المجالات المغناطيسية، أو التفاعل مع جسيم مُتصادم.
تُعتبر الإلكترونات التي تملأ غلافًا ذريًا في حالة ارتباط. وتُسمى الطاقة اللازمة لإخراج إلكترون من غلافه طاقة الارتباط. و المقصود بطاقة الارتبط هي كمية الطاقة التي يمتصها الإلكترون لإخراجة من الذرة و تُحوّل هذه الطاقة إلي طاقة حركية وفقًا لمبدأ حفظ الطاقة.
إذا امتص الإلكترون طاقة أقل من طاقة الربط، فإنه ينتقل إلى حالة مثارة. وبعد فترة زمنية معينة ينتقل الإلكترون المثار إلى حالة الاستقرار وأثناء رجوعه يُصدر فوتونًا يساوي فرق الطاقة بيم المستويين، وفقًا لمبدأ حفظ الطاقة.
إذا امتصّ إلكترون داخلي طاقة ربط أكبر من طاقة أعلي مستوى (بحيث تتأين الذرة). في هذه الحالة، ينبعث فوتون مرئي أو أشعة سينية مميزة أو قد تحدث ظاهرة تُعرف باسم تأثير أوجيه، حيث تنتقل الطاقة المنبعثة إلى إلكترون مرتبط آخر.
فيزياء ذرية نموذج بور
نموذج بور، الذي اقترحه نيلز بور عام 1913، هو نظرية ثورية تصف بنية ذرة الهيدروجين.
كمية الزخم الزاوي:
يتم تحديد الزخم الزاوي للإلكترون ويتم تحديده بواسطة:  حيث:
 : كتلة الإلكترون
 :سرعة الإلكترون
 : نصف قطر المدار
 : ثابت بلانك المخفض (  )
 :العدد الكمي الرئيسي، الذي يمثل المدار
انبعاث أو امتصاص الطاقة
يمكن للإلكترونات الانتقال بين المدارات عن طريق امتصاص أو إصدار طاقة تساوي الفرق بين مستويات الطاقة:  حيث:
 :ثابت بلانك.
 : تردد الإشعاع المنبعث/الممتص.
 : مستويات الطاقة النهائية والابتدائية.
معاهدة باريس
معاهدة باريس (بالفرنسية: Traité de Paris)‏، اسم أطلق على عدد من المعاهدات الدولية التي وقعت بالعاصمة الفرنسية باريس أو في إحدى ضواحيها. وهذه المعاهدات هي:
فيزياء جزيئية
الفيزياء الجزيئية هي دراسة الخواص الفيزيائية للجزيئات ودراسة الروابط الكيميائية التي تربط الذرات المختلفة مكونة الجزيئات. وبالتالي يشكل هذا العلم فرعا أساسيا في فهم أسس الكيمياء ودراسة المطيافيات (أطياف الأشعة تحت الحمراء ومطيافية الرنين النووي المغناطيسي (NMR).
يعتبر هذا العلم وثيق الصلة بالفيزياء الذرية ويتقاطع بشكل كبير مع الكيمياء النظرية والكيمياء الفيزيائية والفيزياء الكيميائية .
روتون
الروتون هو حالة مستثارة من السائل الفائق ل الهليوم-4.
إن رسم مخطط لقيم الطاقة في مقابل العزم يظهر ازديادا خطيا ويمر من مبدأ الإحداثيات ليصل إلى نهاية عظمى ثم نهاية صغرى مع ازدياد قيم العزم.
لذا تميز حالات الاستثارة المترافقة بعزوم قريبة من القيمة العظمى فتدعى ماكسون(حالة كمومية).
فوتون
الفوتون (ملاحظة 1) هو جسيم أولي والكم للضوء وجميع الأشكال الأخرى للإشعاع الكهرومغناطيسي،  والحامل للقوة الكهرومغناطيسية. تسهل ملاحظة تأثيرات هذه القوة في كلا المستويين الميكروسكوبي والماكروسكوبي، بسبب انعدام الكتلة الساكنة للفوتون الذي يسمح بالتآثر والتفاعل في المسافات الطويلة. كما هو حال كل الجسيمات الأولية، تقدم ميكانيكا الكم حالياً أفضل تفسير للفوتونات، وللفوتونات خاصية ازدواجية الموجة والجسيم، مظهرة خصائص كلًا من الموجات والجسيمات حيث يمكن للفوتون الواحد الانكسار بواسطة العدسات والتداخل، ومن الممكن تصرفه كجسيم معطياً نتيجة محددة عند قياس وتحديد موضعه، ويختص بكونه معدوم كتلة السكون، ومعدوم الشحنة الكهربائية، بالإضافة لكونه يتنقل في الفراغ بسرعة الضوء.
فوتون
طور ألبرت أينشتاين تدريجياً المفهوم الحديث للفوتون لتفسير الملاحظات التجريبية غير المطابقة لنموذج موجة الضوء التقليدي، حيث علل نموذج الفوتون على وجه الخصوص اعتماد طاقة الضوء على تردده، وفسر قابلية المادة والإشعاع ليكونا في حالة توازن حراري. كما علل النموذج الحديث للفوتون الملاحظات الشاذة لخصائص إشعاع الجسم الأسود، التي سعى العديد من الفيزيائيين وعلى الأخص ماكس بلانك إلى تفسيرها باستخدام نماذج شبه تقليدية تصف الضوء بمعادلات ماكسويل وتكمم الأجسام المادية المشعة والماصة للضوء. بالرغم من مساهمة هذه النماذج الشبه تقليدية في تطوير ميكانيكا الكم، فإن التجارب اللاحقة تحققت من صحة فرضية أينشتاين بأن الضوء هو نفسه مكمم وأن الفوتونات هي كم الضوء.
في النموذج العياري لفيزياء الجسيمات، وصفت الفوتونات كنتيجة ضرورية للتماثل التام لقوانين الفيزياء في كل نقطة من الزمكان. خصائص التناظر القياسي هذا تحدد الخصائص الجوهرية للفوتونات كالشحنة والكتلة واللف المغزلي. وقد أدى نموذج الفوتون إلى تقدم هائل في مجال الفيزياء النظرية والتجريبية، كالكالليزر،  وتكاثف بوز وأينشتاين، ونظرية الحقل الكمومي، ومطال الاحتمال لميكانيكا الكم، وقد تم تطبيقه على الكيمياء الضوئية، والمجاهر عالية الوضوح، وقياسات المسافات الجزيئية. حديثاً تم دراسة الفوتونات بوصفها عناصر من أجهزة الحاسوب الكمومي والتطبيقات المتطورة في الاتصالات البصرية مثل التشفير الكمومي.
يختزن الفوتون كمًا محددًا من الطاقة حسب المعادلة:
،
حيث  هو ثابت بلانك،  و سرعة الضوء، و طول الموجة.
فوتون تطور تاريخي
كانت أغلب النظريات حتى القرن الثامن عشر تصف الضوء على أنه ناشئ عن جسيمات. أحد هذه النظريات المبكرة كانت قد وصفت في كتاب البصريات (1021) لابن الهيثم، الذي اعتبر أن أشعة الضوء عبارة عن تيارات من جسيمات صغيرة جداً والتي تفتقر لكل المؤهلات الحسية عدا الطاقة. كان هذا رأي إسحاق نيوتن أيضًا في طبيعة الضوء. لما كانت نماذج الجسيم غير قادرة على تفسير الانكسار والحيود والانكسار المزدوج للضوء،  فقد اقتراح نظريات الموجة للضوء رينيه ديكارت (1637)،  روبرت هوك (1665)،  وكريستيان هايغنز (1678);، بالرغم من ذلك، ظلت نماذج الجسيم هي الغالبة، بشكل رئيسي لتأثير إسحاق نيوتن. في أوائل القرن التاسع عشر، شرح كل من توماس يونغ وفرسنل أوغست بوضوح عملية تداخل وانكسار الضوء ومع العام 1850 تم قبول نماذج الموجة عمومًا. في 1865، تنبؤات جيمس كلرك ماكسويل بأن الضوء عبارة عن موجة كهرومغناطيسية والذي تأكد تقريبًا في 1888 بواسطة تحسس موجات الراديو من قبل هنريك هيرتز'—بدا أنها آخر صيحة لنماذج الضوء الجسيمية.