خواص المادة (ترموديناميك)

من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
اذهب إلى: تصفح، ‏ ابحث
معادلات دينامية حرارية
قوانين الديناميكا الحرارية
متغيرات مترافقة
كمونات دينامية حرارية
خواص المادة
علاقات ماكسويل
معادلات بريدجمان
تفاضل تام


خواص المادة في الكيمياء والهندسة الميكانيكية (بالإنجليزية: properties of materials) هي خواص نوعية تختص بمادة معينة ، مثل الحرارة النوعية وقابلية الانضغاط. مثل تلك الخواص تسمى في علم الحركة الحرارية (الترموديناميكا) خاصية مكثفة. وكل منها يشتق بإجراء التفاضل مرتين لأحد الكمونات الترموديناميكية للمادة. والأمثلة الآتية تبين أمثلة للمشتقة الأولى لنظام (الخواص التي تهم هنا تتعلق بخواص الغازات التي تجد تطبيقات كثيرة في الآلة البخارية ومحرك الاحتراق الداخلي والتوربين البخاري)  :


\beta_T=-\frac{1}{V}\left(\frac{\partial V}{\partial P}\right)_T
\quad = -\frac{1}{V}\,\frac{\partial^2 G}{\partial P^2}
    • قابلية انضغاط عند اعتلاج ثابت (إنتروبيا ثابتة) :
\beta_S=-\frac{1}{V}\left(\frac{\partial V}{\partial P}\right)_S
\quad = -\frac{1}{V}\,\frac{\partial^2 H}{\partial P^2}
    • الحرارة النوعية تحت ضغط ثابت
c_P=\frac{T}{N}\left(\frac{\partial S}{\partial T}\right)_P
\quad = -\frac{T}{N}\,\frac{\partial^2 G}{\partial T^2}
    • الحرارة النوعية عند ثبات الحجم
c_V=\frac{T}{N}\left(\frac{\partial S}{\partial T}\right)_V
\quad = -\frac{T}{N}\,\frac{\partial^2 A}{\partial T^2}
\alpha=\frac{1}{V}\left(\frac{\partial V}{\partial T}\right)_P
\quad = \frac{1}{V}\,\frac{\partial^2 G}{\partial P\partial T}

حيث:

P  الضغط,
V  الحجم,
T  درجة الحرارة,
S  الإنتروبيا,
N  عدد الجسيمات.

إذا كان النظام مكون من مادة واحدة فيمكننا عن طريق حساب ثلاثة "مشتقات ثانية " الحصول على جميع الخواص الأخرى ، وبالتالي نحتاج لمعرفة ثلاثة خصائص فقط للمادة لاستنتاج باقي الخواص. وبالنسبة إلى نظام مكون من مادة واحدة تكون الثلاثة كميات "قياسية " هي  : قابلية الانضغاط عند درجة حرارة ثابتة \beta_T, والحرارة النوعية عند ضغط ثابت c_P, ومعامل التمدد الحراري \alpha.

وعلى سبيل المثال ، تنطبق العلاقات التالية :

c_P=c_V+\frac{TV\alpha^2}{N\beta_T}
\beta_T=\beta_S+\frac{TV\alpha^2}{Nc_P}

تلك الثلاثة خواص "القياسية" هي في الواقع ثلاثة مشتقات ثانية ل طاقة غيبس الحرة بالنسبة إلى درجة الحرارة والضغط.

المصادر[عدل]

  • The Dortmund Data Bank is a factual data bank for thermodynamic and thermophysical data*.
  • | Herbert B. Callen | year = 1985

| title == Thermodynamics and an Introduction to Thermostatistics | edition == 2nd Ed. publisher = John Wiley & Sons , New York , isbn 0-471-86256-8

اقرأ أيضا[عدل]