| الديناميكا الحرارية |
| --- |
| محرك كارنو الحراري الكلاسيكي |
| فروع
* كلاسيكية
* إحصائية
* كيميائية
* ديناميكا حرارية كمومية

* التوازن / اللاتوازن
 |
| قوانين
* الصفري
* الأول
* الثاني
* الثالث

 |
| أنظمة
* نظام مغلق
* نظام مفتوح
* نظام معزول

| حالة |
| --- |
| * معادلة حالة
* غاز مثالي
* غاز حقيقي
* حالة المادة
* طور
* توازن
* حجم دراسي
* أدوات
 |
| عملية |
| * متساوية الضغط
* متساوية الحجم
* متساوية درجة الحرارة
* كظومة
* متساوية الاعتلاج
* متساوية السخانة
* شبه ساكنة
* إجراء عام
* تمدد حر
* عكوسية
* غير عكوسة
* منتبذة غير عكوسة
 |
| دورة |
| * محرك حراري
* مضخة الحرارة
* كفاءة حرارية
 |

 |
| خصائص النظامملاحظة: المتغيرات المقترنة *بخط مائل*

|  |
| --- |
| * الرسوم البيانية
* خاصية مكثفة وخاصية شمولية
 |
| دالة عملية |
| 
* شغل
* حرارة

 |
| دالة حالة |
| * درجة حرارة / *إنتروبيا* (مقدمة)
* ضغط / *حجم*
* جهد كيميائي / *عدد جسيمات*
* جودة البخار
* خصائص مخفضة
 |

 |
| خواص المادة
* قواعد بيانات

---


|  |
| --- |
| الحرارة النوعية **c = {\displaystyle T}/{\displaystyle N} {\displaystyle \partial S}/{\displaystyle \partial T}**
  |
| قابلية الانضغاط **{\displaystyle \beta } = {\displaystyle -} {\displaystyle 1}/{\displaystyle V} {\displaystyle \partial V}/{\displaystyle \partial p}**
  |
| التمدد الحراري **\alpha  = {\displaystyle 1}/{\displaystyle V} {\displaystyle \partial V}/{\displaystyle \partial T}**
  |

 |
| معادلات
* مبرهنة كارنو
* نظرية كلاوسيوس
* المعادلة الأساسية
* قانون الغازات المثالية

* علاقات ماكسويل
* علاقات أونساغر التبادلية
* معادلات بريدجمان
* *جدول معادلات الديناميكية الحرارية*
 |
| كمون
* طاقة حرة
* إنتروبيا حرة

* طاقة داخلية{\displaystyle U(S,V)}
محتوى حراري{\displaystyle H(S,p)=U+pV}

طاقة هلمهولتز الحرة{\displaystyle A(T,V)=U-TS}

طاقة غيبس الحرة{\displaystyle G(T,p)=H-TS}
 |
| * تاريخ
* ثقافة

| 
تاريخ |
| --- |
| 
* عام
* إنتروبيا
* قوانين الغازات

* آلات الحركة الدائمة
 |
| فلسفة |
| 
* إنتروبيا وسهم الزمن
* إنتروبيا والحياة
* سقاطة براونية
* عفريت ماكسويل
* مفارقة الموت الحراري
* مفارقة لوشميت
* تآزر

 |
| 
نظريات |
| 
* نظرية السيال الحراري

* قوة حية
* مكافئ ميكانيكي للحرارة
* قدرة محركة
 |
| المطبوعات الرئيسية |
| * *استعلام تجريبي عن مصدر الحرارة الذي يثيره الاحتكاك*
* *حول توازن المواد غير المتجانسة*
* *تأملات في القدرة الدافعة للنار*
 |
| 
الجداول الزمنية |
| 
* الديناميكا الحرارية
* المحرك الحراري

 |
| * فن
* تعليم
 |
| * سطح ماكسويل الديناميكي الحراري
* الإنتروبيا كتشتت الطاقة
 |

 |
| علماء
* برنولي
* بولتزمان
* بريجمان
* كاراثيودوري
* كارنو
* كلابيرون
* كلاوزيوس
* دو دوندر
* دويم
* غيبس
* فون هلمهولتز
* جول
* لويس
* ماسيو
* ماكسويل
* ماير
* نيرنست
* أونساغر
* بلانك
* رانكين
* سمتون
* شتال
* تيت
* طومسون
* كلفن
* فان دير فالس
* ووترستون

 |
| أخرى
* تنوي
* تجميع ذاتي
* تنظيم ذاتي
* نظام ولا نظام
 |
| * ع
* ن
* ت
 |

**الحجم الدراسي** في علم الديناميكا الحرارية وكذلك ميكانيكا الأوساط المتصلة هو تمثيل أو تقريب رياضي وذلك لتسهيل إنشاء النماذج الرياضية الخاصة بالإجراءات الفيزيائية، ويتم تعريفه في نظام الإحداثيات بأنه حجم ثابت في الفراغ أو متحرك بسرعة سريان ثابتة خلال سريان الوسط (غاز أو سائل أو صلب)، ويتم الإشارة لمساحة الحجم الدراسي بالمساحة الدراسية.

وفي الحالة الثابتة للنظام يمكن اعتبار الحجم الدراسي بأنه اعتباطي أو كيفي والذي تظل فيه كتلة الوسط ثابتة، وبتحرك الوسط خلال الحجم الدراسي فإن الكتلة التي تدخل الحجم الدراسي تعادل الكتلة التي تخرج منه، وفي الحالة الثابتة أيضًا يتم اعتبار أن الطاقة بداخل الحجم الدراسي تظل ثابتة ولا يحدث أي انتقال للحرارة ولا تواجد لشغل، ويُشبه في فكرته مخطط الجسم الحر في الميكانيكا الكلاسيكية.

نظرة عامة
---------

ولكي نفهم بشكل أوضح كيفية تطبيق قانون فيزيائي علي نظام تحت الدراسة فإننا أولًا نبدأ بتخيل كيف يتم تطبيقه علي حجم دراسي صغير مماثل للنظام تحت الدراسة، حيث أنه ليس هناك شئ مميز بخصوصه حيث أنه يمثل النظام تحت الدراسة بشكل بسيط وبالتالي يكون تطبيق القوانين الفيزيائية عليه سهلة واستنباط معادلات وصيغ رياضية كنموذج رياضي للنظام تحت الدراسة.

ومن ثم يُمكننا الزعم بأن القوانين الفيزيائية تلك التي تم تطبيقها علي الحجم الدراسي تسلك نفس المسار إذا تم تطبيقها علي كل الحجوم الدراسية المختلفة، وبالتالي فإن الحجم الدراسي ليس مميز بشكل أو بآخر عن حجم آخر، وبالتالي فإن الصيغة الرياضية التي تُمثل الحجم الدراسي للنموذج الرياضي يُمكن تطويعها لكي تصف السلوك الفيزيائي للنظام ككل و يُمكن تطبيقها علي النظام الدراسي.

وتكون قوانين حفظ الطاقة مثل معادلات نافييه-ستوكس في ميكانيكا الأوساط المتصلة تكون في الصيغة التكاملية، ومن ثم يُمكن تطبيقها علي الحجوم الدراسية، لإيجاد الصيغة المناسبة للمعادلة والتي تكون مستقلة عن الحجم الدراسي مما يسمح بإزالة إشارة التكامل.

اشتقاق تعويضي
-------------

تطلب الحسابات ميكانيكا الأوساط المتصلة عادة أن يتم استبدال معامل الاشتقاق العادي {\displaystyle d/dt\;} بالمعامل الخاص بالاشتقاق التعويضي {\displaystyle D/Dt}، ويُمكن تحقيق ذلك من خلال التالي

بفرض أن لدينا حشرة تتحرك خلال الحجم الدراسي حيث الحقل المقياسي ويختلف لضغط باختلاف المكان والزمن فبالتالي {\displaystyle p=p(t,x,y,z)\;}.
وإذا قامت الحشرة خلال الفترة الزمنية
{\displaystyle t\;} 
إلى
{\displaystyle t+dt\;}
بالتحرك من

{\displaystyle (x,y,z)\;} 
إلى:
{\displaystyle (x+dx,y+dy,z+dz),\;}
إذن فإن الحشرة حدث لها تغير {\displaystyle dp\;} في القيمة القياسية

{\displaystyle dp={\frac {\partial p}{\partial t}}dt+{\frac {\partial p}{\partial x}}dx+{\frac {\partial p}{\partial y}}dy+{\frac {\partial p}{\partial z}}dz}
(المشتقة الكاملة)

وإذا تحركت الحشرة بسرعة
{\displaystyle \mathbf {v} =(v\_{x},v\_{y},v\_{z}),} 
فإن التغير في موضع الجزيء
{\displaystyle \mathbf {v} dt=(v\_{x}dt,v\_{y}dt,v\_{z}dt),} 
ويُمكننا أن نُصيغها

{\displaystyle {\begin{alignedat}{2}dp&={\frac {\partial p}{\partial t}}dt+{\frac {\partial p}{\partial x}}v\_{x}dt+{\frac {\partial p}{\partial y}}v\_{y}dt+{\frac {\partial p}{\partial z}}v\_{z}dt\\&=\left({\frac {\partial p}{\partial t}}+{\frac {\partial p}{\partial x}}v\_{x}+{\frac {\partial p}{\partial y}}v\_{y}+{\frac {\partial p}{\partial z}}v\_{z}\right)dt\\&=\left({\frac {\partial p}{\partial t}}+\mathbf {v} \cdot \nabla p\right)dt.\\\end{alignedat}}}
حيث {\displaystyle \nabla p} هي تدرج الحقل القياسي *p* لذا

{\displaystyle {\frac {d}{dt}}={\frac {\partial }{\partial t}}+\mathbf {v} \cdot \nabla .}
وإذا قامت الحشرة بالتحرك مع السريان فيمكن تطبيق نفس الصيغة لكن سرعة السريان للحشرة *v* هي نفسها سرعة المائع *u*.
والصيغة السابقة هي المشتقة التعويضية للضغط القياسي، فيُمكننا اختصار وكتابة معامل المشتقة التعويضية علي الهيئة

{\displaystyle {\frac {D}{Dt}}={\frac {\partial }{\partial t}}+\mathbf {u} \cdot \nabla .}

انظر أيضًا
----------

* النسبية الخاصة
* ميكانيكا المتصل

مراجع
-----

1. ↑  G.J. Van Wylen and R.E. Sonntag (1985), *Fundamentals of Classical Thermodynamics*, Section 2.1 (3rd edition), John Wiley & Sons, Inc. New York ISBN 0-471-82933-1

مصادر خارجية
------------

* Integral Approach to the Control Volume analysis of Fluid Flow

ملاحظات
-------

* James R. Welty, Charles E. Wicks, Robert E. Wilson & Gregory Rorrer *Fundamentals of Momentum, Heat, and Mass Transfer* ISBN 0-471-38149-7

  

* أيقونة بوابةبوابة الفيزياء