قانون اول ترمودینامیک چه می گوید ؟

[vc_row tlg_text_align=”text-center”][vc_column][vc_column_text css_animation=”fadeIn”]

ترمودینامیک به طور کلی درباره انرژی, انتقالات و تحولات آن صحبت می کند و این انرژی می تواند به صورت انرژی درونی یا انرژی گرمایی و … باشد .

در ترمودینامیک ما چهار قانون اصلی و اساسی داریم که به ترتیب با قانون صفرم (تعادل گرمایی) و قانون اول (بقای انرژی) و قانون دوم (آنتروپی فزاینده جهان) و قانون سوم (رسیدن به نظم 100% غیر ممکن) هر کدام بیانگر ویژگی یا ویژگی هایی از جهان ما هستند .

ما در اینجا قصد داریم درباره قانون اول صحبت کنیم :

به طور کلی و در زبان عامیانه, قانون اول ترمودینامیک همان اصل بقای انرژی است و بیان می کند انرژی که درون یک سیستم (u) است اگر بخواهد از آن خارج شود یا مقداری انرژی به سامانه وارد شود, دو راه دارد؛ یا به صورت گرما باشد یا به صورت کار . در یک فرمول بندی کلی داریم :

u=q+w∆

اصلا گرما (q) چیست و چگونه می تواند به سامانه وارد یا خارج شود ؟

یک ملکول آب را در نظر بگیرید؛ این ملکول ساخته شده از دو اتم هیدروژن است که به یک اتم اکسیژن وصل شده؛ اتم های هیدروژن سر جایشان ثابت نیستند و دایم در حال ارتعاش در یک محدوده معین اند؛ یعنی در امتداد محور وصل کننده این دو اتم جلو و عقب می شوند و یا به جهت های دیگر کمی منحرف شده و دوباره به سر جایشان برمیگردند . درست مثل این که دو وزنه به دو سر یک فنر وصل کرده باشید و سپس آن را روی زمین بیندازید؛ وزنه ها و فنر ها به شدت به ارتعاش و جنبش در می آیند و پس از مدتی به تعادل بر میگردند .

این اتم ها در ارتعاش و حرکت اند اما از یک محدوده معین فراتر نمی روند مگر این که نیرویی بسیار زیاد به آن ها وارد شود که منجر به شکست پیوند شان شود؛ در این صورت اتم ها از هم خیلی دور می شوند و ملکول از بین می رود . میزان شدت و تعداد این نوسانات در بازه زمانی معین, وابسته به میزان انرژی است که در ملکول وجود دارد؛ هر چه ملکول انرژی بیشتری داشته باشد این نوسانات شدیدتر و به تعداد بیشتری انجام می شوند .

حالا یک لیوان آب را فرض کنید؛ تعداد بسیار بسیار زیادی از این ملکول های آب در آن وجود دارد که هر کدام در حال نوسان است . مجموع انرژی نوسان این ملکول ها خودش را در قالب انرژی گرمایی (مجموع انرژی جنبش های نامنظم ملکول ها) لیوان آب نشان می دهد . هر چه لیوان گرم تر باشد این انرژی گرمایی بیشتر است .

خب حالا اگر یک لیوان آب داغ داشته باشیم برای این که در تعادل گرمایی با محیط اطرافش قرار گیرد, شروع به از دست دادن انرژی گرمایی اش در قالب حرارت می کند و اگر دستتان را نزدیک آن ببرید گرما به دست شما منتقل خواهد شد . خب این یک روش بود تا سامانه ما (لیوان آب داغ) با محیطش تبادل انرژی کند .

اما راه دیگری هم وجود دارد؛ لیوان آب داغ را درون یک لوله آزمایش بریزید و به سر آن یک بادکنک وصل کنید و آن را گرم کنید؛ مشاهده می کنید که بادکنک توسط بخار آب باد می شود و حجمش بزرگ می شود . خب بیایید دقیق تر نگاه کنیم؛ برای اینکه حجم بادکنک زیاد شود لازم است تا هوای اطراف آن کنار زده شود؛ به عبارت دیگر بادکنک وقتی بزرگ می شود که بتواند به فشار هوای اطرافش غلبه کند .

خب در این صورت مقداری از انرژی سامانه (لوله حاوی آب داغ) طی فشار آوردن به هوای اطرافش از آن خارج می شود؛ این شکل تبادل انرژی به انجام کار معروف است . اما واقعا کار یعنی چی ؟

در تعریف کتابی باید بگوییم : کار (w) یعنی انجام یک عمل با صرف انرژی .

مثلا شما با بلند کردن کتاب دارید با مصرف انرژی بر نیروی گرانش غلبه می کنید؛ پس بدن شما دارد کار انجام می دهد؛ یا همین بادکنک دارد بر فشار هوایی که از اطراف بر آن وارد می شود غلبه می کند و این یعنی کار .

به طور کلی, یا سامانه روی محیط کار انجام می دهد؛ یعنی وقتی که سامانه با اعمال یک نیرو باعث تغییر در محیط شود . یا محیط روی سامانه کار انجام می دهد؛ یعنی وقتی که محیط با اعمال نیرو, تغییری در سامانه به وجود می آورد . مثلا اگر این بادکنک کوچک شود, فقط به این معنی است که فشار هوای محیطش بیش از فشار داخل بادکنک بوده پس می توان گفت محیط روی سامانه کار انجام داده .

جمع بندی : قانون اول ترمودینامیک قانون بقای انرژی است؛ به این معنی که انرژی در جعان ما از بین نمی رود یا خود به خود به وجود نمی آید بلکه مدام در حال تغییر از صورتی به صورت دیگر و از جسمی به جسم دیگر است . انرژی که در درون هر سامانه ای انباشته شده فقط به دو صورت می تواند از آن خارج شود یا به مقدار بیشتری وارد آن شود؛ یکی انجام کار و دیگری گرما است (از دیدگاه ترمودینامیک) .

نکته : انجام کار فقط تغییر حجم نیست و این می تواند کار الیکتریکی و کار گرانشی و هر نوع کاری را شامل شود .

[/vc_column_text][/vc_column][/vc_row][vc_row][vc_column width=”1/3″][/vc_column][vc_column width=”1/3″][tlg_button title=”از ما حمایت کنید .” btn_link=”url:https%3A%2F%2Fidpay.ir%2Fshimidoon|||” btn_size=”btn-block” layout=”btn btn-filled btn-light btn-rounded” hover=”hvr-pop” icon=”ti-money” button_icon_hover=”yes” css_animation=”fadeIn” customize_button=”yes” btn_custom_layout=”btn btn-rounded” btn_color=”#ffffff” btn_bg_gradient=”#870501″ btn_bg_gradient_hover=”#eded00″ btn_bg_hover=”#d80700″ btn_border_hover=”#43c100″ btn_bg=”#1e0000″][/vc_column][vc_column width=”1/3″][/vc_column][/vc_row]