مفهوم الحرارة

يعلم الإنسان منذ زمن طويل أنه من الممكن استخدام الأجسام الساكنة لتسخين الاجسام الباردة. ولكن فهم العمليات المتعلقة بهذا الموضوع فهماً حقيقياً لم تحقق بالفعل إلا في منتصف القرن العشرين. وليس من الغريب أن فهمنا لطبيعة الحرارة قد تطور بصورة سريعة مع ظهور نظرية الحركة للغازات. ان نظرية الحركة تؤدي مباشرة إلى معنى فيزيائي محدد لدرجة الحرارة، ذلك أن درجة الحرارة المطلقة T لغاز تتناسب طردياً مع متوسط طاقة الحركة الانتقالية للجزئ في الغاز. وقد استنتجنا كذلك أن متوسط طاقة الحركة الانتقالية لجزئ في الغاز كتلته m₀ يمكن إيجادها من العلاقة:

حيث   k =1.38×10^-23 هو ثابت بولتزمان.

الشكل (1): عندما يتلامس الغازان أحدهما مع الآخر، تسبب التصادمات بين الجزيئات ذات الطاقة العالية (ودرجة حرارتها T₁) والجزيئات ذات الطاقة المنخفضة (ودرجة حرارتها T₂) تغير متوسط طاقة الحركة الجزيئية في الأسطوانتين باستمرار إلى أن تثبت درجة الحرارة.

لنفرض الآن أننا قد سمحنا لغازين في  إنائين درجتا حرارتهما الأصليتان T₁ و T₂ (T₁ > T₂) بالاختلاط أحدهما مع الآخر، كما هو مبين بالشكل (1). تبين التجربة أن درجة حرارة الخليط تتغير مع الزمن، ولكن بعد مرور زمن معين سوف تصل درجة حرارة الخليط إلى قيمة نهائية T تقع بين T₁ و T₂. ويمكن تفسير هذا السلوك بدلالة متوسط اقة حركة الجزيئات طبقاً لنظرية الحركة كالتالي. بعد اختلاط الغازين تصادم جزيئات الغاز 1 ذات الطاقة العالية بجزيئات الغاز 2 ذات الطاقة المنخفضة وفي هذه التصادمات تفقد الجزيئات عالية الطاقة بعض طاقتها (مع انخفاض درجة حرارتها) وتكسب الجزيئات منخفضة الطاقة تلك الطاقة ( وبذلك ترتفع درجة حرارتها ). ويستمر هذا التبادل في الطاقة بين الغازين حتى يتساوى متوسط طاقة حركتهما ويصل الخليط إلى حالة تثبت فيها درجة الحرارة عند T حيث T₁ > T > T₂، وفي هذه الحالة لن تسبب التصادمات جزيئات الغازين أي فقد أو كسب في متوسط طاقة الحركة. هذا أيضاً هو نفس ما يحدث عند تلامس السوائل أو الجوامد المختلفة في درجة الحرارة.

بناء على ذلك وغيره من الاعتبارات الأخرى يستنتج أنه إذا تلامس جسمان مختلفين في درجة الحرارة فإن الطاقة تنتقل، أو تسرى، من الجسم الأسخن إلى السجم الأبرد. هذه الطاقة المتبادلة  في مثل هذا الموقف هي ما يعرف بالحرارة.

الطاقة الحرارية هي الطاقة التي تنتقل من جسم ساخن إلى جسم بارد نتيجة للاختلاف بين درجتي حرارة الجسمين.

ويترتب على ذلك أنه:

إذا تساوت درجتا حرارة جسمين المتلامسين فلن يحدث بينهما أي تبادل للطاقة.

هذه الحالة التي لا يحدث فيها تبادل للطاقة بين جسمين متساويين في درجة الحرارة هي ما يعرف باسم الاتزان الحراري. ويعتبر مفهوم الاتزان الحراري أساس ما يسمى بالقانون للديناميكا الحرارية.

إذا وجد جسمان كل على حدة في حالة اتزان حراري  مع جسم ثالث فإنهما يكونان في حالة اتزان حراري أحدهما مع الآخر.

___________________________________

مواضيع ذات صلة

الديناميكا الحرارية الجزيئية

توزيع بولتزمان

العلاقات بين الخواص

القانون الثالث للديناميكا الحرارية

الطاقة الحرة

القانون الثاني للديناميكا الحرارية

القانون الأول للديناميكا الحرارية

Order and entropy

Irreversibility

The Clausius-Clapeyron equation

Internal energy

Entropy