261 ف حرارية ديناميكا

Thermodynamics األول القانون: الثالث الفصل الحرارية الديناميكا في

The First Law of Thermodynamics

3: المسائل

36 و 26 و 17 و 14 و 7 و 2

نضال. الرشيد'ات د للمؤلف محفوظة الحقوق جميع

والـطاقة الـشغل قانـون- مقـدمة1-3

الـثيرموديـناميكا في األول القانونرة القـوى محصـلة شغل أن عـلى والطاقة الشغل قانـون ينصـ عـلى المـؤث

= W النظام حركة ـطاقة في التغير يساوي ميكانيكي نظام K ، نتيجة وهذه

إذا. نيـوتن قانـون من مشتقة منطقية هذا فإن محافظة القـوة كانـت الثاني

- = W النظام، وضـع ـطاقة في التغير يساوي الشغل U . تغيير ال أنظـمة هناك

حالة في بقيـت لو حتى عـليها شغل بذل يـلزم حركتها ـطاقة أو وضعها ـطاقة في

عند أو وتـفريغها إلكتروليتية خـلية كشحن تمدده، أو غاز ضغـط كعمـلية سكوـن،

مغنطته. وإفقاده بارامغناـطيسية مادة من قضيب مغنطة مسافة فتزيحه نظام عـلى قـوة تبذله الذي الشغل يعرف الديناميكا في

بالعالقة: (1-3)

التعريف يعدل الحرارية الديناميكا في سوف ،1سالبة إشارة بإضافة قـليالالتالية. الفقرة في منها الهدف نرى

(2-3) الشغل ربـط يمكن فإنه ثيرمـوديناميكي نظام لها يخضـع عـملية دراسة عند

الثيرمـوديناميكية بالمتغيرات الشغل هذا عن التعبير األنسـب من لكن ما، بقـوة

للنظام. PVT مثلWork in a volume changeحجم تغيير عملية في الـشغل2-3

مقدمة 1-2-3 لنعتبر ل حيثـ( 3-1 الشكل )V حجمه نظاما النظام، حدود المتصل الخـط يمث

ضد يتمدد النظام أن ولنفرـض. Pe ومنتظم خارجي هيدروستاتيكي بضغـط يتأثر

ل الذي الشكل إلى الضغـط هذا حدوده. المنقـط الخـط يمثرة الخارجية القـوة إن dFe = Peهي: الحد من dA مساحة عنصر عـلى المـؤث

dA .الناتجة اإلزاحة فإن اـعتبرناها التي التمدد حالة في ds اتجاه عكس فـي

يساوي: الناتج الشغـل فإن ولذا القوة(3-3)

الحرارية، الديناميكا كتب بعض في نجد، قد 1 للشغل تعريفا النيوتونية. الديناميكا لتعريف مطابقاالذكر. اآلنف السالبة اإلشارة إصطالح هنا نتبع سوف

1- الثالـث الفصل

الـثيرموديـناميكا في األول القانون أو الحدين بين الحجم في الفرق يساوي السابـقة المعادلة في التكامل

: أي ،dV النظام حجم في الزيادة أن

خارجي هيدروستاتيكي ضغـط ضد يتمدد ثيرمـوديناميكي نظام: 3-1 الشكلPe ومنتظم

(4-3)

موجـب والـشغل مـوجبة dV فإن خارجي ضغـط ضد جسم يتمدد عندما وـعـلى. بذل النظام أن عندها ونـقول أيضا تقـلـص إذا أي هذا من العكس الشغل

ـسالـب الـشغل ـفإن ـسالبة dV ـكانـت إذا أي النـظام حجم ا عـندها ونـقول أيـض

أن وحدة. عـلى بذل شغال والتي N.m 1 أي N.m-2 m-3 1 هي الشغل النظام

(. Joule 1 تساوي يسمـى ) الشغل ما نظام حدود عـلى الخارجية القـوى شغل جـول

الخارجي الحجم فيها يتغير عـملية في الخارجي الشغل فإن العـملية نـوع كان وأيا

.3-4 بالعالقة تعطى أـعاله أية في ميكانيكي اتزان حالة في النظام فإن منعكسة العـملية كانـت إذا

ولهذا حدوده عـلى النظام به يـؤثر الذي الضغـط يساوي الخارجي والضغـط لحظة

ه ( النظام بضغط Pe استبدال يمكن منعكسة عـملية في فإن وتكتـب) خاصيته

التالـي: الشكـل علـى 3-4 المعادلة(5-3)

منتهية منعكـسة عملية في الـشغل حـساب2-2-3 لنعتبر منتهية منعكسة لعمـلية يخضـع Va هـو االبتدائي حجـمه PVT نظاما

ن. Vb النهائي حجمه يصبح بحيث في b و a النقطتين مـوقـع( 3-2 الشكل) يبي.PV المستـوى في PVT سطح مسقـطهو: العملية هذه في المبذول الشغـل إن

2- الثالـث الفصل

الـثيرموديـناميكا في األول القانون(6-3)

ل المنحنى تحت المحصـورة المساحة مـع يتناسب والذي بين لـلعمـلية الممث

> b (Va النقطة إلى a النقطة من النظام تنقل العـملية كانـت إذا. b و a النقطتين

V b) وبالعكس. الذي هـو النظام أن أي موجـب فالشغل الشغل فإن يبذله

يبذل الشغل أن أي سالـب a النقطة إلى b النقطة من النظام نقل في المبذول

النظام. عـلى

الشغل: 3-2 الشكل( أيزوحرارية أيزوبارية،) محددة العـملية كانـت إذا فإن… الحالة معادلة الخ

.W الشغل حساب ويمكن V بداللة P تعطي T و V و P بين تربط التي

المنعكسة العمليات لبعـض حـساب 3-2-3i.أيزوحجمية: عـمليةdV = 0 :صفرا. يساوي هنا الشغلii.أيزوبارية: عـمليةP=constant : عـملية في النظام ينتقل 3-3 الشكل في

.b (Va < V b) النقطة إلى a النقطة من أيزوبارية

(7-3)

3- الثالـث الفصل

الـثيرموديـناميكا في األول القانون

منتهية منعكسة أيزوبارية عـملية في الشغل: 3-3 الشكل وارتـفاعه V=(Vb-Va) قاـعدته الذي المستطيل مساحة يساوي هنا والـشغل

P.

iii.إذا: لغاز منعكسة أيزوحرارية عـملية الضغـط يكن لم مثالي فيجـب ثابتا

في. معادلة باستخدـام V بداللة P عن التعبير يكتـب المثالي الغاز حالة الحالة

التالية: الصيغة على للشغـل الرياضي التعبير

(8-3)

:T=constant-: 3-4 الشكل- أيزوحرارية عـملية وفي فإن

(9-3)

مثالي لغاز منتهية منعكسة أيزوحرارية عـملية في الشغل: 3-4 الشكل في فالس در فان لغاز كيـلـومول لكل لـلشغل العامة العالقة اشتقاق: 3-1 مثال

ة منعكسة تمدد عـملية .v2 نـوعي حجم إلى v1 نـوعي حجم من ( T ) وأيزوحراري

4- الثالـث الفصل

الـثيرموديـناميكا في األول القانون الشغل احسـب لـلماء فالس در فان ثابتي ،b و a من كل قيمة باستخدام عند m3 60 حجم إلى m3 30 حجم من بخار kilomole 2 تمدد عـملية في المبذول

.T=100 0C حرارة درجة الماـء بخار اـعتبرنا لو غازا المرادف؟ الشغل هـو فما مثاليا

( الحل تكتـب: باستخدام فالس در فان لغاز النـوعي والحجم الضغـط بين العالقة أالتالية: الصيغة عـلى الحالة معادلة

(10-3)

الشغل نجد 3-6 المعادلة في v الحجم بداللة P لـلضغـط الرياضي التعبير وبـوضـع: كيـلـومول لكل الشغل يساوي والذي المرادف النـوعي

(11-3)

نا أيزوحرارية عـملية وفي : نجد فإن أن(12-3)

باستخدام( الماـء: لبخار b و a من كل قيمة بb(H2O) = 0.0319 m3 kilomole-2 و a(H2O) = 580 J kilomole-2 m3

:8.3141103 J kilomole-1K-1 تساوي التي R وقيمة فإن

WVan der Waals=2 w=4307599 J هـو: المطـلـوب الشغل ويكوـن

لو( الماـء بخار كان ج غازا هـو: ،3-9 المرادف الشغل فإن مثاليا

WVan بين البسيـط والـفرق der Waals و WIdeal gas 6674 يساوي والذي J ز من يعز الغاز هذا اـعتبار إمكانية جدا. كبير خطأ ارتكاب دون مثاليا

5- الثالـث الفصل

الـثيرموديـناميكا في األول القانونللـشغل أـخرى أـشكال3-3

النوع: من بعالقة منعكسة عملية في الشغـل يعطـى عام بشكـل(13-3)

ل Y حيث تمث متغيرا في. الممتد المتغير X و مركزا 3-1 الجدول المرادفسابقا. بعضها رأينا التي األنظمة لبعـض الشغل تعبير نـلخـص التالي

المتغيرالنظامالمركز

المتغير الممتد

الشغلPVTPV

FLمشدود سـلك

الكهربائي المجال شدة تغيرعازلة مادة في

Ep

األنظمة لبعـض الشغل: 3-1 الجدولالتالية: الصيغة على يكتـب الشغـل فإن العامة الحالة وفـي

(14-3)

ما السالبة اإلشارات مرـاعاة مـع لذلك. الحاجة دعت كل

بع المـسار علـى يعتمد الـشغل4-3 المت

أن لنفرـض نهائية اتزان حالة إلى a ابتدائية اتزان حالة من ينتـقل PVT نظاما

b المسار بين الضغـط يختـلف. 3-5 الشكل في كما I والمـسار II أن يعني وهذا

ـعـلى II والمسار I بالمسار والـمعرفة المنحنى تحت المحصـورة المساحة الشغل،

ل حتما، المسارين في يختـلف التـوالي، بين الفرق وهي) المظـلـلة المساحة وتـمث

الفرق( المساحتين الشغلين. بين السابـقتين

مثالي لغاز منتهية منعكسة أيزوحرارية عـملية في الشغل: 3-5 الشكل الشغل يعتـمد والنهاية. البداية نقطتي عـلى فقـط وليس المسار عـلى إذا

ليس الـشغل ـفإن ولـهذا تفاـضال المـسار عـلى يعتـمد ال اـلذي الحجم مـثل تامـا

6- الثالـث الفصل

الـثيرموديـناميكا في األول القانون خواـص من خاصيتين بين الفرق يساوي أن يمكن ال الشغل فإن ولهذا المتبـع

ذا. ولـه ير في الفتحـة اسـتعمـلنا السـبـب النظـام ليس الشـغل أن عن لـلتعـب تفاضال ذلك. ولتأكيد تاما يخضـع النظام فإن a إلى b من ثانية به وـعدنا b إلى a من النظام نقـلنا إذا

أكبر I المسار في المبذول الشغل أن الـواضح من(. cyclic process) دورية لعمـلية

الدورة في( Net work) الصافي الشغل فإن ولذا II المسار في المبذول ذلك من

مـوجب( المسار) وإذا. الذي هـو النظام أن أي المغلق دورية عـملية اـعتبرنا بذله

،b إلى a من ثانية به وـعدنا a إلى bمن النظام نقـلنا إذا أي المعاكس، االتجاه فيوفي. على بذـل الشغـل أن أي سالـب الدورة في الصافـي الشغـل فإن النظام

: األحوـال جميع فإن (15-3)

وهذـا. يساوي ال وهذا ليس الشغـل أن على آخر دليل صفرـا تفاضال إذ تاما

صفرـا. يساوي مغلق مسار في التام التفاضل تكامل أنConfiguration work and dissipative workالمبدد الـشغل و الهيئة شغل5-3

تعريفات 1-5-3) 3-14 العالقة في = Y dX = Y1 dX1 + Y2 dX2 + Y3 dX3 + …) تحدد

… X1، X2 ، X3 المتغيرات شغل المرادف الشغل ويـسمى النظام هيئة الخ

يـسمى. الشغل R مقاومة في i التيار شدة عـلى لـلحـفاظ المبذول الشغل الهيئة

ـهذا. عـلى يعتـمد ال بالعالـقة: يعطى واـلذي الكهرـبائي الـشغل المـبدد

التيار. اتجاهنا الهيئة شغل من العكس عـلى المبدد الشغل عن التعبير نستطيـع ال فإن

سـوف. عـليه يبذل الذي النظام خواـص إحدى في التغير بداللة نرـى الشغل الحقا

هناـك أن ارتباطا وفي. وانسياب المبدد الشغل بين وثيـقا العامة الحالة الحرارة

المجمـوع هـو الكـلي الشغل ويكوـن مبدد وشغل هيئة شغل هناـك يكـون أن يمكن

الشغلين. لهذين الجبرـي

7- الثالـث الفصل

الـثيرموديـناميكا في األول القانونFree expansion of a gasالحر الغاز تمدد2-5-3

لنعتبر. قد هيئة شغل أن بالضرورة يعني ال الهيئة تغير وـعاء بذل مقسـوما

ـغ العـلـوي ،3-6 الشكل جدا، رقيق غـشاء يفصلهـما جزأين إلى والـسفـلي مفر

إذا. ممـلوـء كل ويـمأل العـلـوي الجزـء في ينتشر سـوف الغاز فإن الغـشاء ثقـب بغاز

مى. تـس اء ـة ـهذه الـوـع دد" العـملي از" الـحر التـم ا. 2لـلـغ راـغ أن وبـم اء ـفوق الـف الغـش

ـغ يساوي الغـشاء عـلى الخارجي الضغـط فإن مفر هذه في الشغل ويكوـن صفرا

صفرا. يـساوي 3-4 المعادلة حسـب الحجم، تغير من الرغم وـعـلى الحالة،

للغاز الحر ـالتمدد: 3-6 الشكل المنعكسة غير العمليات في الـشغل3-5-3

مبدـد إن تغيرا كهربائية مقاومة في الشغل يبذل الذي المصدر جهد في صغيرا

ينتج لن المارة التيار شدة نفس عـلى لـلحـفاظ حسـب. يبذله شغال تعريفنا النظام

قابـلة غير أو منعكسة، غير العـملية هذه فإن المنعكسة لـلعمـليات السابق في

وبعبارة. عـملية لتحقيق األساسي الشرط أن القـول نستطيـع مكافئة لـلعكـس

ه هـو منعكسة نعيد. يساوي المبدد الشغل يكـون أن يجب أن تعريف هنا صفرا

ها بالقـول المنعكسة العـملية يساوي فيها المبدد والـشغل ساكنة شبه عـملية أن الهيئة. شغل يساوي الكـلي الشغل أن أي ،صفرا

The First Law of Thermodynamicsالثيرموديناميكا في األول القانوـن6-3

خفيف بمكبس الرقيق الغشاء استبدلنا لو 2 " جدا في" ة الحالة مضغوط " ثم االبتدائي أرخيناه"الغشاء. حالة في لتلك مماثلة ستكون النهائية الحالة فإن

8- الثالـث الفصل

الـثيرموديـناميكا في األول القانونة العمليات في الـشغل1-6-3 األدياباتي

إلى بإخضاـعه اتزان حالتي بين ثيرمـوديناميكي نظام ينتقل أن يمكن

ـطبيعة حسـب رأينا، كما مختلـفا، الحالة هذه في الشغل ويكوـن مختلـفة عـمليات

لنأخذ. لها يخضـع التي العـملية النظام نـوعا بالنظام لالنتقال العـمليات من خاصا

ر. ـعمـلية: b االتزان حالة إلى a االتزان حالة من نذك أن يعني هذا بأن أدياباتية

المحيـط. حرارة درجة عن مستقـلة حرارته درجة وأنـ أدياباتي بحد محاط النظام

نا نفترـض سـوف اخترنا أن حدا منه. أو النظام عـلى هيئة شغل يبذل بحيث أدياباتيا

نفترـض وسوف في التغير وأنـ العـملية، في مبدد شغل بذل باإلمكان أن أيضا

معدوم. لـلنظام والحركة الـوضـع ـطاقتينا مـع أدياباتية، عـملية افترضنا أن حالتي بين لالنتقال العـملية هذه أنـواـع أن إال

ن. اتزان نبي التالي 3-7 الشكل في عديدة الممكنة. العـمليات هذه من بعضا

b و a االتزان حالتي بين نظام انتقال عـمليات بعـض: 3-7 الشكل عبر b االتزان حالة إلى a االتزان حالة من النظام ينتقل األولى ففي

. b c a المسار

الخـط- تمدد عـملية في c إلى a من النظام ينتقل ال-. حر هنا يـوجد المهشر

ه كذلك نفترـض وسوف هيئة شغل ومن. شغل هناـك ليس أن يتمدد ثم مبدد

ل. b الحالة إلى يصل حتى منعكسة أدياباتية عـملية في النظام المساحة تمث

،( عـلى) المظـلـلة شغل ،b و c النقطتين بين المنحنى تحت المحصـورة اليمين

9- الثالـث الفصل

الـثيرموديـناميكا في األول القانون يساوي المنعكسة العـملية في المبدد الشغل أن وبـما الهيئة هذه فإن صفرا

ل نفسها المساحة .b c a العـملية في الكـلي الشغل تمث

a النقطة في المـوجود النظام يتمدد البداية في. b d a المسار اآلن لنأخذ

ى منعكسة أدياباتية عـملية في بحيث d النقطة لنختر. d الحالة إلى يصل حت

الخـط- تمدد عـملية في b النقطة إلى منها الـوصول نستطيـع ودوـن- حر المهشر

ل. شغل وجـود تـمث ،( عـلى) المظـلـلة المساحة مبدد تحت المحصـورة اليسار

العـملية في المبدد الشغل أن وبـما الهيئة شغل النقطتين بين المنحنى

يساوي المنعكسة ل نفسها المساحة هذه فإن صفرا في الكـلي الشغل تمث

. bd a العـملية

مختلـفان السابـقين المسارين أن مـع الشغل أن حقيقة تثبـت التجربة أن إال

يتم التمدد أن نفترـض وفيه ،b e a المسار اآلن اـعتبرنا إذا. واحد الحالتين في

( الهيئة حيث ،e و a النقطتين بين ـعند) e من لالنتقال. b عند نفسها هي e الحجم

نا b إلى نبذل أن يجب فإن شغال مبددا ال. ) النظام عـلى أدياباتيا ل لذلك الشغل يمث

الـشغل(. في بمساحة المبدد شغل يساوـي b e a العـملية في الكـلي الشكل

e a المسار في الهيئة . b e المسار في المبدد الشغل ناقصا

وجد وهذا السابـقتين، الحالتين في الشغل يساوي الشغل هذا أن مخبريا

الشغل يـساوي e (Wde) و d النقطتين بين النظام يبذله الذي الشغل أن يعني

.b (Web) و e بين النظام عـلى المبذول

2-6-3

الثيرموديناميكا في األول القانوـن نصـ

ة التجارب أن االدـعاء نستطيـع ال واحد الشغل أن عالية وبدقة تثبـت المخبري

وa الممكنة االتزان حاالت من زوج كل بين الممكنة األدياباتية العـمليات كل فيb، التالية: الحقيقة عـلى قائم ككل الحرارية الديناميكا بناء فإن ذلك ومـع

حالتي أي بين الممكنة األدياباتية العمليات جميع في الكلي الـشغل" هـو وهذا. نفـسه" هـو 3 الحركة طاقة ونفس الوـضع طاقة نفـس لهما اتزان

الثيرمـوديناميكا في األول القانـون نناقش سوف 3 الحركة. وطاقة الوضع طاقة فيها تتغير التي العمليات الحقا

10- الثالـث الفصل

الـثيرموديـناميكا في األول القانونInternal Energyالداخلية الـطاقة7-3

الداخلية الـطاقة تعريف1-7-3التالية: بالعالقة أدياباتية عملية في الكلي الشغـل يعطـى

(16-3)

إن. من مرحـلة كل في الشغل هـو حيث نتيجة أول العـملية

ة الديناميكا في األول لـلقانـون لالنتقال الكـلي الشغل أن عـلى ينصـ الذي الحراري

العـمليات جميـع في الحركة وـطاقة الـوضـع ـطاقة نفس لهما اتزان حالتي بين

ـة و األدياباتي أـي. تفاضـل أن هي نفسـه ـه ام ـه ـت باإلمكـان أن

وبعبارة أو، اتزان حالتي بين لـلنظام ما خاصية قيمة بين كفرق عنه التعبير

ل لـلنظام، خاصية تعريف يمكن مكافئة، بين الفرق أن بحيث ،U بالحرف تمث

أية في النظام يبذله الذي الشغل يـساوي b و a النقطتين عند الخاصية هذه قيمة

ة عـملية ة: هذه تسمـى. b إلى a من ممكنة أدياباتي الداخـلية الطاقةالخاصي

. للنظام

2-7-3 dU تام تفاـضل ولكن التكامل عند يظهر ثابـت هناـك) فقـط النظام حالة ـعـلى U قيمة تعتـمد

نا نرـى سـوف ،( بشكل dU مـع نتعامل أن تعرف. تفاضل dU فإن ولذا عام dU تام

هـا اصـطالحا من المبـذول الشـغل سـالـب تســاوي dU- . ) تسـاوي بأن

ـأي( على المبذول الشغـل تساوي dU و النظام : النظام أن(17-3)dU = -

( سالبة dU أن أي ـإذـا) الشغـل كان تتناقص وموجبة النظام من مبذوال

) إذـا) الشغـل كان تزدـاد ولهذـا. على مبذوال تختلفان اتزان فلحالتي النظام

: ومنته محسوـس بشكـل فإن

(18-3)

11- الثالـث الفصل

الـثيرموديـناميكا في األول القانونHeat Flowالحرارة سرياـن8-3

الحراري الـسريان تعريف1-8-3ـى اعتبرنا لقد ة عمليات اآلن حت الطاقة مفهوم إلـى للتوصـل أدياباتي

سوف. في األوـل القانون طريـق عن الدـاخلية هنا نعتبر الثيرموديناميكا

ة غير عمليات ليس النظام أن أي اتزان، حالتـي بين أدياباتي معزوال عن حرـاريا

تختلف أكثر أو نظام مـع أدياباتـي غير حد عبر تماـس في موجود وإنما محيطه

نقول. النظام حرـارة درجة عن حرـارتها درجات أن الحالة هذه في المدروس

بين" سريان" هناك ومحيطه. النظام حرـارة بداللة الحراري الـسريان تعريف2-8-3

الـشغلة عـملية في الكـلي الشغل يختـلف حسـب االتزان حاالت من زوج بين أدياباتي

ويختـلف العـملية ـطبيعة ة غير عـملية أية في الكـلي الشغل عن أيضا بين أدياباتي

إذا. نفس النظام تنقل أدياباتية غير عـملية في المبذول الكـلي الشغل كان الزوج

ة عـملية في المبذول الكـلي الشغل كان و W هـو اتزان حالتي بين مكافئة أدياباتي

نا Wadiabatic هـو االتزان حالتي نفس بين النظام تنقل الحراري السريان نعرف فإن

.Wadiabatic و W بين بالفرق ،Q النظام، إلى (18-3)Q = W - Wadiabatic

الشغل بداللة معرفة الداخـلية، الطاقة في التغير U مثل ،Q أن أي

ووحدة. الجول. هي ،U مثل ،Q الميكانيكيالنـظاـم وإلى من الحرارة سرياـن3-8-3 العـمليات ـطبيعة حسب Wadiabatic من أقل أو أكبر W الشغل يكـون قد

> W) سالبة أو (W > Wadiabatic) موجبة تكـون قد Q إشارة فإن ولذا المستخدمة،

Wadiabatic) .األولى الحالة في نقـول Q>0، هناـك أن سريانا وفي النظام إلى حراريا

هناـك أن ،Q<0 الثانية الحالة سريانا قد. قد النظام من حراريا Q تكـون حصل

ة أجزاء بعـض في موجبة أخرـى أجزاء في وسالبة النظام لها يخضـع التي العـملي

لـلسريانات الجبرـي المجمـوع هـو الكـلي الحراري السريان يكـون وهنا منها

الجزئية.

12- الثالـث الفصل

الـثيرموديـناميكا في األول القانون تنتقل الحرارة أن قـلنا حين الحرارة درجات لقيم تعريفنا مـع هذا يتـوافق

حرارته درجة بارد، جسم إلى عالية، حرارته درجة ساخن، جسم من بالتـوصيل

فالحرارة. (.Q>0) الثاني النظام إلى( Q<0) األول النظام من تسري منخفضة

" لدرجة المنعكس التغيير" مفهـوم ويصبح منطقيا نعكس أن يكـفي إذ الحرارة

" انـسياب" إذا. اتجاه في المتناهية بقيمة ما نظام حرارة درجة اختـلفـت الحرارة

أن يمكن الحرارة سريان اتجاه فإن النظام محيط حرارة درجة عن الصغر

الحرارة سريان أن نقـول وهنا النظام حرارة درجة في المنته بتغير يعكس

(reversible لـلعكـس قابل) منعكس

األدياباتي والحد الحرارة سرياـن4-8-3ة الحالة في Wالشغل يكـون االدياباتي = W أن أي األدياباتي، لـلشغل مساويا

Wadiabatic و Q=0 .أن قلنا إذ األدياباتـي الحد لتعريف الحقيقة هذه استخدمنا لقد

النظام وإلـى من عبره الحرـارة سريان يكون الذي الحد هو األدياباتـي الحد

ـى صفرـا، يساوي الحد: سطوح حرـارة درجات في فرق هناك كان ولو حت

الحد. الدـاخلية للحرارة. مثاليـ عازل حد هو األدياباتيـ والخارجيةاألول للقانـون الرياـضية الصيغة5-8-3

ينتقل لكي ثيرمـوديناميكي نظام يبذله الذي األدياباتي لـلشغل تعريفنا من

ه b أخرـى اتزان حالة إلى ،a اتزان، حالة من الطاقة في التناقـص يساوي بأن

ة أي: الحالتين بين U لـلنظام الداخـلي(19-3)Wadiabatic = Ua - Ub

الصيغة على يكتب( 3-18 المعادلة) الحرارة لسريان الرياضي التعبير فإنالتالية:

(a-20-3)

Q = W - Wadiabatic = W - (Ua - Ub)

ة، الطاقة في الزيادة بين نربط أن نستطيـع السابقة العالقة ومن الدـاخليبالعالقة: عليه المبذول والشغل للنظام الحرـاري السريان

(b-20-3)

Ub - Ua = Q - W

ة الطاقة في الزيادة أن تعنـي والتـي الحرـاري السريان يساوي الدـاخلي

للنظام ولتغيرات. المبذول الشغـل منه مطروحا ة عليه هذه في تفاضلي

يلـي: كما تكتـب السابقة العالقة فإن المتغيرات13- الثالـث الفصل

الـثيرموديـناميكا في األول القانون(21-3) dU = -

ل ة ومكافئتها( b-20-3) السابـقتان المعادلتان تمث الصيغة( 3-21) التفاضـلي

( الرياضية لـلقانـون) ة ة، الديناميكا في األول التحليـلي هما مـع الحراري ليستا أن إال

ة في الحرارة سريان تعريف الن وال ما عـملي تشك فيزيائيا. قانـونا صالحة 3-21 المعادلة ا ة ـطبيعة كانـت أي إذا. لها أخضـع التي العـملي النظام

ـة اـعتبرـنا ) PVT لنـظام وبالـتالي الهيـئة ـشغل ـهـو الـوحـيد الـشغل ـفإن منعكـسة عـملي

= PdV) ه التالـي: النحو على السابقة المعادلة تكتـب منعكسة ولعملية فإن(22-3) dU = - P dV

ز متغيره لنظام عام وبـشكل :X هـو الممتد ومتغيره Y المرك(23-3) dU = - Y dX

9-3 ليس - المتبع المـسار علـى يعتمد الحرارة سرياـن تفاضال

تاما عـليه المبذول الشغل بداللة يعطى ما نظام إلى الحرارة سريان أن رأينا

ة بالعالقة الداخـلية ـطاقته في وبالزيادة التفاضل أن أي ، + dU= التفاضـلي

( ) تام غير تفاضل مـع( dU) تام تفاضل جمـع حاصل هـو

ليس أن يعني وهذا تفاضال الحرارة سريان أن وبالتالي مثل تاما

ة ليس الحرارة سريان وأنـ المتبـع المسار عـلى يعتـمد النظام. خواـص من خاصي" عـلى تعتـمد دالة ليسـت الشغل، مثل الحرارة، سريان أو" النقطة الحالة

point function معنى لها وليس يعطى. بعـملية ربطت إذا إال الحرارة سريان ما

: b و a الحالتين بين ما نظام إلى الكـلي بالعالقة

ه لـلشغل بالنسبة وكما هي التكامل نتيجة أن القـول باإلمكان ليس فإن

ة قيمتي بين الفرق ى. b و a النقطتين بين لـلنظام خاصي ما نقطة افترضنا لو وحت

ـعند" حرارة" تمثل والتي )Q0=Q(a) مرجـع ه( a النقطة النظام هناـك وألن فإن عددا

ات من محدود غير الحالة إلى االبتدائية الحالة من بالنظام لـلوصـول العـملي

باإلمكان ليس وحيدة، ليسـت المرادف الحراري السريان قيمة أن أي النهائية،

حرارة" قيمة تعيين ـعند" لـ .b النظام

14- الثالـث الفصل

الـثيرموديـناميكا في األول القانونة عملية في الصافـي الشغـل أن وذكرنا سبـق يساوي ال دوري صفرـا

ة عملية في الحرـاري السريان فإن وبالتالـي بالضرورة يساوي ال دوري صفرـا

: أي أيضا، بالضرورة أن

15- الثالـث الفصل

الـثيرموديـناميكا في األول القانونللحرارة الميكانيكي المكافئ10-3

The Mechanical Equivalent of Heatحرارة" إلى الـشغل تحـويل"1-10-3

اـعتبر نظاما ا في التغير وأن b الحالة إلى a الحالة من ينتقل ثيرمـوديناميكي

ة الطاقة عن: نتج( U = Ub - Ua) الداخـليI)مبدد شغل Wd ة في النظام عـلى مبذول ة عـملي بهيئة( 0 = ) أدياباتي

(. Wconfiguration= 0) ثابتة

ة هذه مثل عـلى مثال أفضل جهاز" عـلى المبذول الشغل مثال هـو العـملي

مغمور" في. ومعزول ثابـت حجم في محصـور مائـع في احتكاـك ا هذه حراري

ة الطاقة في التغير مقدار يكـون الحالة الداخـلي األول القانـون حسـب مساويا

: Wd الكـلي لـلشغل أي Ub - Ua = |Wd|

II)والـشغل الهيئة شغل من كل يكـون بحيث النظام إلى حراري سريان

أفضل. يساوي المبدد ة هذه مثل عـلى مثال صفرا المائـع تسخين هـو العـملي

في. حجم في المحصـور السابق الطاقة في التغير مقدار يكـون الحالة هذه ثابـت

ة الداخـلي أي: الحراري لـلسرياـن األول القانـون حسـب مساوياUb - Ua = Q

ة ـطاقته تغير عن المسـؤول كان إذا لـلنظام بالنسبة فرق ال شغل هـو الداخـلي

ـل. في له مساو حرـاري سريان ـأو Wd مبدد تمث تان المقدار السابقتان العملي

ـالشغل: " وغير المعروفة بالعبارة المقصود ،" إلـى تحول الدقيقة والتـي حرـارة

" الذي هو المبدد الشغـل أن منها يفهـم ـالسريان" ب النظام. من الحرـاري سب

أن األوـل القانون حسـب قوله نستطيـع ما كل ة الطاقة في تغيرـا الدـاخلي

ة في لنظام لو، نفسه هو مبددة عملي حرـارة النظام من سرى ذلك، عن بدال

المبدد. الشغـل يساوي سريانها مقدار2-10-3U = 0 " تحويل حرارة" إلى الـشغل و

ة الديناميكا في األول القانـون استخدام يمكن السريان لقياس الحراري

لنعتبر. ه تيار بها يمر R قيمتها مقاومة من المكون النظام الحراري وأنـ ،i شدت

16- الثالـث الفصل

الـثيرموديـناميكا في األول القانون يعطى والذي W هـو المقاومة في التيار شدة عـلى لـلحـفاظ المبدد الشغل

من حـرارـي سـرياـن ذلـك عن وينتج المقاومـة تسـخن. بالعالقـة:

إذا. فإن ما حرارة درجة عند ماء به يمر بأنبـوب المقاومة بإحاـطة قمنا النظام

حرارته. درجة وترتفـع الماـء يسخن سـوف المقاومة من الحرارة سريان

ة الطاقة أن هي المحصـلة من.Q = Wd ألن ثابتة تبقى U = Q - W لـلنظام الداخـلي

المعتاد الشغل: " هنا نقوـل أن أيضا ،" إلـى تحول أن هو القوـل والصحيح حرـارة

ة الطاقة أن يساوي عليه المبذول المبدد الشغـل ألن تتغير لـم للنظام الدـاخلي

منه. الحرـاري السريان بالضبطالكالوري: الـسريان وحدة3-10-3 الحراري

ى الحراري السريان وحدة اسم هـو calorie الكالـورـي كان قريب وقت حت

فة الماـء من واحد غرام حرارة درجة لرفـع الالزم الحراري السريان بأنها والمـعر

ولكن. مئوية درجة " ألن واحدة الحرارة" نبدأ أين من عـلى تعتـمد هذه كمية

فال( 0C 51 إلى 0C 50 من أو 0C 1 إلى 0C 0 من) التسخين تعريف من بد

وـعرف البداية نقطة هي لتكـون 0C 14.5 الحرارة درجة واختيرت اصطالحي

ه( degree calorie - 15 1 ) درجة 15 عند الكالـورـي لتسخين الالزم الحرارة سريان بأن

. C 0 15.5 إلى C 0 14.5 من واحدة مئوية درجة الماـء من واحد غرام

وجد من واحد غرام حرارة درجة لزيادة الالزم المبدد الشغل أن مخبريا

(0C 15.5 إلى 0C 14.5 من واحدة مئوية درجة) السابق المقدار نفس الماـء

لـلحرارة: الميكانيكي بالمكافئ يسمى ما وهـو J 4.1858 يساوي1 15-degree calorie = 4.1858 J

ة أخطاـء تحـوي 4.1858 القيمة ألن ى إهمالها يمكن ال مخبري يكـون ال وحت

الحراري السريان وحدة تعريف اصطـلح فقد غيرها دون ما بمادة مرتبطا ا دولي

(:IT = International Table) الـوحدة تعريف عـلى1 IT calorie= 4.1860 J

ة الـوحدة تكـون بحيـث 860 المعنوية األرقام واختيرت أقرب الجديدة الدولي

ة القيمة إلى يمكن ما .15 عند لـلكالـوري المخبري درجة

الحرارة: برسكوت جيمـس4-10-3 ليسـت جول عديم مرئـي غير مائعاالوزـن

17- الثالـث الفصل

الـثيرموديـناميكا في األول القانون. اإلنجـليزي إلى الفضل يعـود جول. ب الميكانيكي المكافئ قياس في ج

القرن منتصف في عـملها والتي الدقيقة التجارب من سـلسـلة في لـلحرارة

وأدت. بشكل مرتبطان والحرارة الشغل أن وإثبات عـشر التاسـع تجارب مباشر

مائـع الحرارة أن تقـول والتي آنذاـك سائدة كانـت التي بالفكرة اإلـطاحة إلى جول

(caloric الكالـوريك اسمه كان) مرئي وغير الـوزن عديم

18- الثالـث الفصل

الـثيرموديـناميكا في األول القانونة الـسعة11-3 Heat Capacityالحراري

تعريف 1-11-3ر ه بافترـاض إليه الحرـارة تسري عندما نظام حرـارة درجة تتغي تحدث ال أن

يعرف. في تغيرـات ة السعة متوسط الطور التالية: بالعالقة الحرـاري(23-3)

(22-3)

J K-1 هي C وحدة

ة ليسـت Q ألن فإن لـلحرارة دالة وليسـت النظام خواـص من خاصي

ليسـت ألن أخرـى وبعبارة مشتقة، ليسـت تفاضال . تاما

" حراري سريان عن عبارة أن اـعتبار يجب مرادف" لـلتغير صغير

T ال. درجة في ودرجة االبتدائية الحرارة درجة نعرف أن يكـفي الحرارة

ة لتعريف النهائية الحرارة وبـما ما، ثيرمـوديناميكي نظام لها يخضـع التي العـملي

أو( إلى تـسري الـحرارة) موجـبة تـكـون ـقد أن تـسري الـحرارة) ـسالبة النـظام

أو( من ى النظام حت إلى أو من العـملية في حراري سريان يـوجد ال) صفرا

فإن( ة وـعـلى النظام ـطبيعة عـلى تعتمد C النظام قيمتها تتغير وقد نفسها، العـملي

لهذا. لنظام + إلى - من ة السعة نعرف السبـب ما CP الضغـط بتثبيـت الحراري

ة والـسعة .Cv الحجم بتثبيـت الحراري

ة الـسعة 2-11-3 ة والـسعة CP الضغط بتثبيت الحراري بتثبيت الحراريCv الحجم

ة السعة تسمى ة في الحراري ( الضغـط فيها يكـون عـملي الهيدروستاتيكي)

الخارجي ة السعة ثابتا heat capacity at constant pressure الضغـط بتثبيـت الحراري

وتسمى. درجة وـعـلى الضغـط عـلى وتعتمد CP ورمزها ة السعة الحرارة الحراري

ة في النظام حجم ويكوـن النظام إلى أو من حراري سريان يتخـللها عـملي ثابتا

ة السعة .CV ورمزها heat capacity at constant volume الحجم بتثبيـت الحراري

CV تحديد يكـون صعبا تسخينها ألن الصـلبة واألجسام السـوائل حالة في جداـب حجمها تثبيـت مـع يتطـل عالية ضغـوـطا ا. سهل CP قياس أن حين في جدا نسبي

19- الثالـث الفصل

الـثيرموديـناميكا في األول القانون نرـى سـوف CP قياس أن الحقا ا قيمة إليجاد كاف الحالة معادلة ومعرفة مخبرية السعة ة الحراري أخرـى. عـملية ألي

ة الـسعة قياس 3-11-3 الحرارية السعة لقياس الحراري ا إلى الحراري السريان نقيس أن يجب مخبري

يمكن. درـجة في الـمرادف والتـغير ـما عـملـية في النـظام اـستخدام الـحرارة

ة الديناميكا في األول القانـون لهذا. السريان لقياس الحراري الغرـض الحراري

( بمـلف النظام يحاط أو النظام في R مقاومة تغـمر مقاومته) تيار بها يمر Rسـلك

ه رة أنـظر) ،i ـشدت دد الـشغل قـياس إن(. 3-10-3 الفـق اظ الالزم المـب لـلحـف

ـطاقتها أن يعني وهذا) تتغير ال المقاومة حالة أن وباـعتبار ، i التيار شدة عـلى

ـة ،( تبقى الداخـلي ألن المقاوـمة إلى النـظام من الـحرارـي لـلـسريان قـياس ـهو ثابـتة

= .

ة الـسعة 4-11-3 ة الحراري النـوعي نستخدم ة السعة لـلحجم، بالنسبة كما غالبا ة الحراري specific النـوعي heat

capacity، ة القيمة أي النظام، كتـلة عـلى تعتـمد ال والتي الحرارية، لـلسعة النـوعي

ة السعة ونعرف موالته، عدد أو ة الحراري = cP: بالعالقة الضغـط بتثبيـت النـوعي

CP /m ة والسعة ة الحراري J هي ووحدتها cv = CV /mبالعالقة: الحجم بتثبيـت النـوعي

K-1 kg-1( أو J K-1 mole-1 الكتـلة استبدلنا إذا m المـوالت بعدد n التعريفين في

وتدـعى( ة السعة الحالة هذه في cv و cP السابـقين ة الحراري ة النـوعي بتثبيـت المـولي

ة والـسعة الضغـط ة الحراري ة النـوعي التـوالي. عـلى الحجم بتثبيـت المـولين ة السعة تغير التالي 3-8 الشكل يبي ة الحراري ة النـوعي الضغـط بتثبيـت المـولي

ة والـسعة ة الحراري ة النـوعي بداللة P = 1 atm عند لـلنحاس الحجم بتثبيـت المـولي

الحرارة. درجةDulong and Petit value بتي و دولوـن قيمة : 3-8 الـشكل ـدراـسة-

( 0C 250 لغاية) مرتـفعة غير حرارة لدرجات- تتساوـى ة cv و cP تـقريبا عند المـولي

P = 1atm. لـلنحاس

20- الثالـث الفصل

الـثيرموديـناميكا في األول القانون وتشترك الصفر، إلـى بسرعة السعتان تؤوـل المطلق الصفر من بالقرب -

درجة قيمة اختالف من الرغـم على الخاصية بهذه الصلبة األجسام معظـم

الصفر. نحو فجأة بالهبوط السعتين قيمة عندها تبدـأ التـي الحرـارة

ة cv و cP تغير: 3-8 الشكل P = 1atm عند لـلنحاس المـولي

ـعند cv أن حين في تزايدها cP تـواصل أـعلى حرارة لدرجات- ثابتة تقريبا تصبح

) 3Rالقيمة KJ kilomole-1 25تقريبا K-1 )حيثـ R المثالي. الغاز ثابـت هو

ـعند 3R إلى لها cvقيمة وتـؤول الطريقة بنفس الصـلبة األجسام معظم تتصرف

تـسمى. حرارة درجات Dulong and Petit بتي و دولوـن قيمة" القيمة هذه عالية

value " بتي والـفيزيائي دولوـن الكيـميائي إلى نسبة ) الـلذين) اكتـشفا الفرنسيين

مـع. هذه فإن والغازات الصـلبة األجسام بين ضعيفة صـلة هناـك أن النتيجة

ة النظرية ة لـلسعة القيمة هذه تتـوقـع الحركي ة الحراري الصـلبة لألجـسام النـوعي

ن. حرارة درجات عند يبي T = 0 عند للزئبق cv و cP تغير التالي 3-9 الشكل عالية

0C 0 من لـلضغـط لقيم atm ى : الشكل هذا من نالحـظ. atm 7000 وحت أنفي cv و cP تغير- الحرارة درجة مـع بتغيرهما مقارنة جدا صغير الضغط مـع

. لـلنحاس السابق الشكل KJ kilomole-1 K-1 28 تساوي وقيمتها الثابـت الضغـط قيمة ـعـلى cP تعتـمد ال-

القيمة cv قيمة وتكوـن ـعند العالية للضغـوط .3Rثابتة

21- الثالـث الفصل

الـثيرموديـناميكا في األول القانونن ـات األحادية الغازـات من لعدد cv/R و cP/R قيم التالي 3-2 الجدول يبي الذر

ـات والثنائية واألرغون والنيون الهيليوم مثـل واألكسجين الهيدروجين) الذر

وـالثالثية( ـات والنيتروجين واألمونيا(. الكربون أكسيد ثاني) الذرcP/Rcv/Rالغاز

الهيـليومHe

2.501.5060.991

النيـونNe

2.501.5020.975

األرغوـنA

2.511.5071.005

الهيدروجينH2

3.472.471.00

األكسجينO2

3.532.521.01

النيتروجينN2

3.52.501.00

الكربـون أكـسيد ثانيCO2

4.473.471.00

األمونياNH3

4.413.321.10

حرارة cv و cP قيم: 3-2 الجدول درجة من قريبة حرارة درجة عند الغازات لبعـض

الغرفةوهي: السابق لـلجدول قراءتنا عند تظهر هامة مالحظات ثالث هناـك

ة لـلغازات.1 ات أحادي cP/R 5/2=2.50 و cv/R 3/2=1.50 الذرة لـلغازات.2 ات ثنائي cP/R 7/2=3.50 و cv/R 5/2=2.50 الذرالحقا. العالقة هذه نجد وسوف ، -cv = R cP الغازات لجميـع.3

ان5-11-3 Heat Reservoirالحراري الخزة الحرـارة كمية تعطـى ما عملية في ما نظام إلـى تسري التـي الكلي

بالعالقة: (23-3)

ة السعة اـعتبار يمكن حيث الحرارة درجات من لمدى : ثابتة C الحراري فإن(24-3)Q = C (T2 - T1) = n c (T2 - T1)

22- الثالـث الفصل

الـثيرموديـناميكا في األول القانونه السابـقة العالقة تنبئنا ة عالقة هناـك فإن محدد حراري لسريان أن عكسي

ة السعة بين ه وبالتحديد الحرارة، درجة في والتغير الحراري حراري لسريان أن

يكـون النظام حرارة درجة في التغير فإن محدد صغيرا السعة كانـت إذا جدا

ة يسمى. كبيرة الحراري ة سعة يمتـلك الذي النظام جدا أن بحيث عالية حراري

الحرارة درجة في محسوس تغير إلى يـؤدـي ال إليه أو منه الحرارة سريان

اـن ه ولهذا. الحراري الخز في نظام لها يخضع عملية كل اعتبار يمكن فإن

ـان مـع تماـس ة. عملية حرـاري خز أيزوحراريHeat of Transformation - Enthalpyاإلنثالبي- التحـول حرارة12-3

شرحنا ة بطريقة لـلمادة الطـور تغيرات سابقا الشغل إلى نتطرق ولم وصفي

سوف. هذه تصاحـب التي الحرارة أو هذه في المـوضوـع هذا نعالج التغيرات

اـعتبر. الفقرة - التالية المناـطق إحدى في أيزوحرارية عـملية من جزـءا صـلـب: بخار- سائل، بخار،- و سائل صلـب من m لكتـلة يحدث التحول أن ولنفترـض صـلب

يمتص. إلـى صلـب من أو بخار إلـى سائل من سائل، إلـى هذه في النظام بخار

: بالنسبة النوعية التحول حرـارة وتعرف حرـارة الحالة(25-3)

يمكن. )J/kg هي l وحدة ة التحول حرارة تعريف أيضا بـ m باستبدال المـولي

nيصاحـب( التعريف في الطور تغير السابق فإن وبالتالـي الحجـم في تغير دوما

هناك دوما تتساوى حيثـ الحرجة النقطة عدا ما) عليه أو النظام من يتمـ شغال

إذـا(. للسائـل النوعية الحجوم التغير كان والبخار ا ثابت فالضغط أيزوحراري بالعالقة: النظام من المبذول الشغـل يعطـى و أيضا

(26-3)w = P (vf - vi): األوـل القانون ومن فإن

(27-3)uf - uI = l - P (vf - vi) أو

(28-3)l (uf - ui) + P (vf - vi) = (uf + P vf) - (ui + P vi)

P، v أن وبـما الثيرمـوديناميكا، في عدة مواضـع في u + P v المجمـوع يظهر

ها u و لـلنظام خاصية السابق الجمـع حاصل فإن لـلنظام خواـص كـل وتـسمى أيضا

23- الثالـث الفصل

الـثيرموديـناميكا في األول القانون " وتكتـب" = h: الصـورة عـلى إنثالبي u + P v هي ووحدتها J/kg( ،(J/Kilomole أو وبالتالـي:

(29-3)l h = hf - hi

واإلنثالبي النهائية اإلنثالبي بين الفرق تساوي التحول حرارة أن أي

سـوف. في التغير أو االبتدائية نرـى اإلنثالبي خاصية من خاصة حالة هذه أن الحقا

ة في الحرارة سريان أن وهي لإلنثالبي عامة ة عـملية أي يساوي منعكسة أيزوباري

لنـسم. في التغير من سائل، إلى صـلب من التحول حرارة lsv و lsl ، llv اإلنثالبي

تسمى. عـلى بخار إلى صـلب ومن بخار إلى سائل حرارة الكـميات هذه التـوالي

التـوالي. عـلى (sublimation) والتسامي (vaporization)التبخير ،( fusion)االنصهار

نميز سـوف) '' ، ' بـوضـع الخصائـص لبعـض والغازية السيـولة الصالبة، أـطوار الحقا

الترتيب.( عـلى ''' أوحرارة: 3-2مثاـل درجة عند بخار ـإلى سائل من للماـء الطور تغير 0 100ـاعتبر

C وعندP = 1 atm.الظروف ) هذه (v''' = 1.8 m-3 و v'' = 10-3 m-3في

x 105 22.6 تساوي وهذه ''llv = h''' - hتساوي: هنا التبخير حرارة إن J/kg.

: وبالتالي w = P (v''' - v'') = 1.013 x 105 (18-0.001) = 1.7 x 105فإن

J kg-1

ة الطاقة في التغير ويكوـن -u = u''' - u'' = llv - w = 20.9 x 105 J kgهـو: الداخـلي

1 = 2.1 MJ kg-1

عن %8 و الداخـلية الطاقة زيادة عن ناتجة التحول حرارة من %92 أن أي الضغـط عـلى لـلمحافظة عـمله الالزم الشغل باالنتشار. لـلبخار لـلسماح ثابتا

ن llv تتناقـص. الحرارة درجة بداللة لـلماء التبخير حرارة 3-10 الشكل يبي

وتصبح الحرارة درجة بازدياد تصبح حيث الحرجة الحرارة درجة عند صفراحيـث. والبخار السائل خواـص تعتـمد قيمتها فإن حالة دالة h اإلنثالبي أن متشابهة باستخدـام يمكن. h=0 فإن دورية عـملية في وبالتالي النظام، حالة عـلى فقـطالثالثية. النقطة عند الثالث التحول حرـارـات بين عالقة إيجاد الحقيقة هذه

24- الثالـث الفصل

الـثيرموديـناميكا في األول القانون

الحرارة درجة بداللة لـلماء التبخير حرارة: 3-10 الشكل وقريبة الثالثية النقطة حول دورية عـملية اـعتبر h تغير أن بحيث منها جدا

لندع. عمليات أثناـء يحدث التحول إلـى تتحول الصلبة الحالة في المادة أوال سائل إلـى ثمـ بخار هناك. الصلبة الحالة إلـى وتعود ثانيا في حرـارة سريان ثالثا

اإلنثالبـي: في وزيادة األولـى العملية في النظام(30-3)h1 = l13 = lsv

ولدينا: النظام من الحرـارة تسري التاليتين العمليتين في(31-3)h3 = - l12 = - lsl و h2 = - l23 = -

llv : h = h1 + h2 + h3 = 0 أن وبـما فإن

(32-3)l13 - l23 - l12 = 0

أو(33-3)l13= l23 + l12 = 0

حرـارة جمع حاصل تساوي الثالثية النقطة عند التسامي حرـارة أن أي

االنصهار. وحرارة التبخيروالـطاقة الـشغل قانوـن تعميم- األول للقانـون العامة الصيغة13-3

ى تعامـلنا أن بعد ة ـطاقتها تتغير ال أنظـمة مـع اآلن حت الـوضـع ـطاقة وال الحركي

ة الطاقة تغير االعتبار بعين نأخذ سـوف لها ة الطاقة) الميكانيكي وـطاقة الحركي

ألنظمة( ة الـوضـع الفقرة. هذه في ثيرمـوديناميكي حركة ـطاقة في التغير أن عـلى الميكانيكا في والطاقة الشغل قانـون ينصـ

، ـأي. W النظام عـلى المبذول الكـلي الشغل يـساوي EK ما نظام وباستخدام أن

الثيرموديناميكا: في السالبة اإلشارة اصطالح(34-3)EK = - W

25- الثالـث الفصل

الـثيرموديـناميكا في األول القانونة الطاقة تتغير عام بشكل ة ـطاقته وكذلك ما لنظام الداخـلي في الحركي

ة أي عليه، W شغل لبذل ونتيجة النظام إلى Q حراري لسريان كنتيجة ما عـملي

: أن(35-3)U + EK = Q - W

النظام كان وإذا خاضعا ة محافظة لقـوة أيضا تبذله الذي الشغل فإن خارجي

اصطالح وباستخدام. Ep لـلنظام الـوضـع ـطاقة في التغير يساوـي Wc القـوة هذه

الثيرموديناميكا: في السالبة اإلشارة(36-3)Ep = + Wc

ة نعرف سـوف 3-35 العالقة فإن عندها ،W- Wc الشغل تساوي والتي *W الكـميالتالية: الصيغة على تكتـب السابقة

(37-3)U + EK = Q - W = Q - (W* + Wc) = Q - W* - Wc

أو(38-3)U + EK + Ep= Q - W*

فنا إذـا ة الطاقة عر بالعالقة: للنظام الكلي(39-3)E = U + EK + Ep

: فإن(40-3)E = U + EK + Ep

ة ـطاقته والتي a الحالة من النظام فيها ينتقل عـملية وفي Ea هي فيها الكـلي

ة ـطاقته والتي b الحالة إلى : Eb هي فيها الكـلي فإن (41-3)E = Eb - Ea = Q - W*

:dE التفاضـلي التغير فإن و تفاضـلي ولتغير هو

(42-3)dE = -

السابـقتان العالقتاـن تعتبر ة الديناميكا في األول لـلقانـون تعـميما الحراري

أن حيث من الديناميكا في والطاقة الشغل لقانـون كتعميم إليهما وينظر

ة الديناميكا ة الطاقة تدخل الحراري ة النظام ـطاقة ضمن الداخـلي والـسريان الكـلي

. *W والـشغل ومحيطه النظام بين يتم أن يمكن الذي الحراري

الـطاقة حفظ وقانـون األول القانـون- ة الطاقة مفهـوم إدخال إن ة النظام ـطاقة ضمن الداخـلي لنا سـمح الذي الكـلي

صالح األخير ألن الطاقة، حفـظ قانـون يمس ال والطاقة الشغل قانـون بتعـميم

26- الثالـث الفصل

الـثيرموديـناميكا في األول القانونلقد. مـع الطاقة تتبادل ال التي تـلك أي المعزولة، األنظمة حالة في محيطها

هناـك أن السابـقة الفقرة في اـعتبرنا سريانا ا النظام أن يعني وهذا لـلنظام حراري

ه وبالتالي محيطه مـع يتفاـعل معزوال. ليس فإن النظام كان إذا ه يعني هذا فإن معزوال النظام إلى حراري سريان يـوجد ال أن

حسـب E = 0 أن وبالتالي W* = 0 و Q = 0 أن أي عـليه مبذول شغل يـوجد وال

ة النظام ـطاقة أن أي ،3-41 العالقة حفـظ قانـون يتحقق وهكذا ثابتة تبقى الكـلي

وفي. وـطاقة ثابتة لـلنظام الحركة ـطاقة فيها تكـون التي الخاصة الحالة الطاقة

ة الطاقة فإن سكوـن حالة في موجـود معزول نظام كحالة ثابتة، وضعه الداخـلي

أيضا. ثابتة تكـون

27- الثالـث الفصل