حالة ترموديناميكية

من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
اذهب إلى: تصفح، ‏ ابحث

حالة ترموديناميكية في الكيمياء (بالإنجليزية:thermodynamic state ) (أو حالة حركة حرارية) هي عدة خواص نظام ترمويناميكي يجب تعيينها في صيغة قيم محددة وصف النظام بدقة . وتسمى أي من تلك الكميات "متغير للحالة " أو "أحداثية للحالة " أو "متغير ترموديناميكي ". مثال على ذلك تغير درجة حرارة النظام أو تغيير حجمه أو تغيير ضغطة : كل تلك الإحداثيات هي متغيرات لحالة النظام ، ومعترفتها بالضبط يتيح لنا معرفة "حالة النظام " بدقة .

بتعيين عدد معين من المتغيرات الترموديناميكية لنظام تساعدنا على تعيين جميع خواصه الأخرى . وهذا العدد للخواص أو المتغيرات الواجب تعيينها للنظام لوصف حالته بدقة يعتمد على نوع النظام .

دالة حالة[عدل]

تسمى دالة الحالة لنظام أيضا "متغير ترموديناميكي " أو "كمية للحالة" وهي تصف الحالة اللحظية لنظام حركة حرارية (ترموديناميكي). وهذا بصرف النظر عن خط السير الذي يتحول النظام خلاله من حالة إلى حالة أخرى ، أي لا يعتمد على أسبقية التغييرات وتتابع المراحل الوسطية ، أي يعتمد فقط على "الحالة الابتدائية" و "الحالة النهائية" للنظام بصرف النظر عن الطريق والحالات الوسطية بينهما . وهذ معناه أن أي تغير صغير جدا يحدث للنظام يشكل رياضيا تفاضل كامل.

أمثلة على تلك المتغيرات : الضغط و درجة الحرارة , حجم الغاز و إنتروبيا ، وغيرها .

وتوجد عدة رسوم بيانية توضح اعتماد متغيران على بعضهما البعض ، مثل تغير الضغط بتغير الحجم (مخطط الضغط والحجم) أو تغير الإنتروبيا بتغير درجة الحرارة (مخطط درجة الحرارة والإنتروبي) .

حالة التوازن[عدل]

من طبيعة الأنظمة في الطبيعة أن نجدها متغيرة ومعقدة ، ولكن أحيانا نستطيع وصف نظام ما عن طريق تقريبه إلى حالة مثاليةأو شبه مثالية بحيث تستطيع وصفه بدرجة معينة من الدقة ولكن لا يصل هذا الوصف إلى الوصف التام الكامل . ومن تلك الحالات هي حالة نظام في حالة توازن حيث يكون فيها النظام مستقرا . وتدلنا المشاهدة على أن الحركة الحرارية في نظام تصل إلى حالة توازن تستقر فيها عندما تترك لحالها ولا يؤثر عليها مؤثر من الخارج .

مثال على ذلك عندما نصب ماء ساخنا في قارورة تحتوي على ماء بارد تحدث عملية خلط بين الماء الساخن والبارد وتتكون في النظام أجزاء ساخنة وأجزاء لا زالت باردة ، ولكن بعد فترة من الزمن يكتمل الاختلاط ويستقر النظام في "حالة توازن " تكون فيها جميع أجزاء السائل (النظام) في درجة حرارة متساوية.

النظام المغلق البسيط[عدل]

من امثلة إمكانية وصف نظام بدقة حالة نظام مغلق بسيط يوجد في حالة توازن . فالنظام المغلق البسيط يشكل حالة مثالية للنظام لا يحجث فيه تبادل داخلي للحرارة ولا توجد به موانع تفصل أجزاءة عن بعضها البعض ، وفي نفس الوقت لا تؤثر عليه أي قوى أو حرارة من الخارج .

وبالمشاهدة يستطيع العلماء وصف حالة النظام المستقر في حالة توازن بدقة عن طريق تعيين متغيرين اثنين مثل درجة الحرارة و الضغط ، وكمية المواد في النظام . وبناءا على ذلك فيمكن تعيين صفات للنظام مثل الكثافة و الحرارة النوعية ، و التوصيل الحراري ، و اللزوجة و إنثالبي و إنتروبيا بدقة كاملة وبطريقة متكررة لا تختلف نتائج تجربة عن تجربة تالية على أساس ثبات درجة الحرارة وثبات الضغط.

كميات وخواص[عدل]

تغير الحجم بتغير الضغط ، (أو العكس).

لوصف حالة نظام وصفا تاما لا بد من تعيين عدة حواص أو كميات أو متغيرات له . أمثلة لتلك الكميات أو المتغيرات هثل الضغط و الحجم أو درجة الحرارة أو كميات المواد . وتنقسم تلك الكميات بين خاصية مكثفة (لا تعتمد على كمية المادة) و خاصية شمولية (تعتمد على كمية المادة) . هذا التقسيم يعتبر أساسيا في الترموديناميكا .

في الرموديناميكا تقوم عادة برسم تغير كميتين بتغير أحدهما في رسم بياني تشكل فيه كل مزدوج من تلك القيم نقطة على الرسم البياني (مثل تغير حجم الغاز بتغير درجة الحرارة ) . تشكل كل نقطة على الرسم البياني هذا ما يسمى "فضاء الحالة" ، وتشكل مجموع النقاط لمثل هذا الرسم البياني ما يسمى "خط الطور" .

نفرق في الميكانيكا الإحصائية أو الترموديناميكا الإحصائية بين الحالة العينية (تُرى بالعين macroscopic ) والحالة الصغرية (حالة ميكرومترية microscopic ) . في الحالة العينية (الكبيرة ) نقوم بتعيين مكان كل جسيم في الغاز مثلا وكذلك سرعته (أو زخم حركته) وتمثل كل حالة ميكرونية نقطة في "فضاء الطور". وتمثل الحالة العينية لنظام ببساطة " الحالة" وما نقصده بهذه الكلمة ، فهي تعطي متوسط لقيم مثل : درجة الحرارة ، و الضغط و الكثافة. وتنتمي جميع الحالات الصغرية والكميات التي تصفها إلى "الحالة العينية".

مثال بالعملة المعدنية 

نجري التجربة التالية : 8 قروش ، كل قرش له وجه K ووجهه الآخر Z ، نلقي بهم على المنضده ونعد كم K وكم Z ؟

KZKKZZKK هي إحدى الحالات الصغرية (الممكنة) ل 5x K و 3x Z وعلى ذلك توجد بالكامل عدد {8 \choose 3}=56 من الحالات الصغرية التي تنتمي إلى هذه الحالة العينية المكونة من 8 قروش . ويمكن الحصول على تلك النتيجة بإجراء التباديل والتوافيق للقرش التي لها وجهين مع الأخذ في الحسبان تتابع "نسر و كتابة" و "كتابة و نسر" .

المراجع[عدل]

  • Modell، Michael؛ Robert C. Reid (1974). Thermodynamics and Its Applications. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall. ISBN 0-13-914861-2. 

انظر أيضا[عدل]

Science.jpg هذه بذرة مقالة عن الفيزياء تحتاج للنمو والتحسين. ساهم في إثرائها بالمشاركة في تحريرها.