PRINCIPLES OF THERMODYNAMICS مرجع.pdf
Transcript
Abdulatif Alhamad University – Merowe, Sudan College of Engineering Mechanical Engineering Department Associate Professor Dr. Eng. Osama Mohammed Elmardi Suleiman Khayal, Department of Mechanical Engineeri...
Abdulatif Alhamad University – Merowe, Sudan College of Engineering Mechanical Engineering Department Associate Professor Dr. Eng. Osama Mohammed Elmardi Suleiman Khayal, Department of Mechanical Engineering, College of Engineering and Technology, Nile Valley University - Atbara – Sudan Email address: [email protected] Google scholar citation link: https://scholar.google.com/citations?user=-k9zOxAAAAAJ&hl=ar ResearchGate link: https://www.researchgate.net/profile/Osama-Khayal Mobile phone number: Sudan, Atbara | 00249919305570 AUGUST 2024 PRINCIPLES OF THERMODYNAMICS مبادئ أو أساسيات الديناميكا الحرارية 1. INTRODUCTION AND BASIC CONCEPTS مقدمة ومفاهيم أساسية 1.1 Introduction مدخل Thermodynamics deals with the concepts of heat and temperature and the inter-conversion of heat and other forms of energy. The four laws of thermodynamics govern the behavior of these quantities and provide a quantitative description. William Thomson, in 1749, coined the term thermodynamics. Thermodynamics in physics is a branch that deals with heat, work and temperature, and their relation to energy, radiation and physical properties of matter. To be specific, it explains how thermal energy is converted to or from other forms of energy and how matter is affected by this process. Thermal energy is the energy that comes from heat. This heat is generated by the movement of tiny particles within an object, and the faster these particles move, the more heat is generated. Thermodynamics is not concerned about how and at what rate these energy transformations are carried out. It is based on the initial and final states undergoing the change. It should also be noted that Thermodynamics is a microscopic science. This means that it deals with the bulk system and does not deal with the molecular constitution of matter. ن القواني ن تحكم.البين للحرارة وأشكال الطاقة األخرى تتعامل الديناميكا الحرارية مع مفاهيم الحرارة ودرجة الحرارة والتحويل ن ي ً صاغ ويليام طومسون مصطلح الديناميكا الحرارية يف عام.كميا ً وصفا األربعة للديناميكا الحرارية سلوك هذه الكميات وتقدم.م1749 ن ن ن الديناميكا الحرارية يف الفيياء هو فرع يتعامل مع الحرارة والشغل ودرجة الحرارة وعالقتها بالطاقة واإلشعاع والخواص الفييائية.للمادة ر. فهو يشح كيفية تحويل الطاقة الحرارية من أو إىل أشكال أخرى من الطاقة وكيف تتأثر المادة بهذه العملية،عىل وجه التحديد وكلما تحركت، تتولد هذه الحرارة عن طريق حركة جزيئات صغية داخل الجسم.تأت من الحرارة الن ي ه الطاقة ي الطاقة الحرارية ي. تم توليد المزيد من الحرارة،هذه الجزيئات بشكل أرسع الن تخضع يعتمد عىل الحاالت األولية والنهائية ي.ال تهتم الديناميكا الحراريةً بكيفية وبأي معدل يتم به تنفيذ تحوالت الطاقة ن وهذا ي.ه علم ال مجهري يعن أنه يتعامل مع النظام السائب وال يتعامل وتجدر اإلشارة أيضا إىل أن الديناميكا الحرارية ي.للتغيي.الجزين للمادة ي مع اليكيب 1.2 History of thermodynamics تاري خ الديناميكا الحرارية The history of thermodynamics is fundamentally interwoven with the history of physics and the history of chemistry, and ultimately dates back to theories of heat in antiquity. The laws of thermodynamics are the result of progress made in this field over the nineteenth and early twentieth centuries. The first established thermodynamic principle, which eventually became the second law of thermodynamics, was formulated by Sadi Carnot in 1824 in his book Reflections on the Motive 1 Power of Fire. By 1860, as formalized in the works of scientists such as Rudolf Clausius and William Thomson, what are now known as the first and second laws were established. Later, Nernst's theorem (or Nernst's postulate), which is now known as the third law, was formulated by Walther Nernst over the period 1906–1912. While the numbering of the laws is universal today, various textbooks throughout the 20th century have numbered the laws differently. In some fields, the second law was considered to deal with the efficiency of heat engines only, whereas what was called the third law dealt with entropy increases. Gradually, this resolved itself and a zeroth law was later added to allow for a self-consistent definition of temperature. Additional laws have been suggested, but have not achieved the generality of the four accepted laws, and are generally not discussed in standard textbooks. الفيياء وتاري خ الكيمياء ،ويعود ن يف النهاية إىل نظريات الحرارة ن يف العصور يتشابك تاري خ الديناميكا الحرارية بشكل أساس مع تاري خ ن ي عش وأوائل القرن ر العشين. ن قواني الديناميكا الحرارية ه نتيجة التقدم الذي تم إحرازه ف هذا المجال خالل القرن التاسع ر ن القديمة. الثات للديناميكا الحرارية ،صاغه سادي كارنو نف عام 1824م فن والذي أصبح نف النهاية القانون ي ني ثابت، اري ر ح ديناميك دأ أول مب ي ي ن ي ي ن ي الرسم عليه يف أعمال العلماء مثل رودولف ي كتابه تأمالت يف القوة الدافعة للنار.بحلول عام 1860م ،كما تم إضفاء الطابع ُ ً ن ن والن تعرف اآلن والثات.الحقا ،تم صياغة نظرية نينست ،ي كالوسيوس وويليام طومسون ،تم إنشاء ما يعرف اآلن بالقانوني األول ن ي ً القواني أصبح عالميا اليوم ،فقد قامت ن حي أن ترقيم بالقانون الثالث ،عىل يد فالي نينست خالل الفية 1906م1912-م.ف ن ن ن ي الثات يتعامل القانون اعتي ر المجاالت، بعض وف .مختلف ن القواني بشكل العشين بيقيم العديد من الكتب المدرسية طوال القرن ر ي ي تدريجيا ،تم حل هذه المشكلة ً مع كفاءة المحركات الحرارية فقط ،بينما كان ما يسم بالقانون الثالث يتعامل مع زيادة اإلنيوبيا. ن الحقا للسماح بتعريف متسق ذ ً ً قواني إضافية ،لكنها لم اتيا لدرجة الحرارة.تم اقياح من تلقاء نفسها وأضيف القانون الصفري ن القواني األربعة المقبولة ،وال يتم مناقشتها بشكل عام يف الكتب المدرسية القياسية. ن تحقق عمومية 1.2 Distinction Between Mechanics and Thermodynamics بي الميكانيكا والديناميكا الحرارية ز التميي ز The distinction between mechanics and thermodynamics is worth noting. In mechanics, we solely concentrate on the motion of particles or bodies under the action of forces and torques. On the other hand, thermodynamics is not concerned with the motion of the system as a whole. It is only concerned with the internal macroscopic state of the body. بي الميكانيكا والديناميكا الحرارية.ن يف الميكانيكا ،نركز فقط عىل حركة الجسيمات أو األجسام تحت تأثي ن التميي ن تجدر اإلشارة إىل القوى وعزم الدوران.ومن ناحية أخرى ،فإن الديناميكا الحرارية ال تهتم بحركة النظام ككل.إنه يهتم فقط بالحالة العيانية أو الالمجهرية الداخلية للجسم. 1.3 Different Branches of Thermodynamics الفروع المختلفة للديناميكا الحرارية Thermodynamics is classified into the following four branches: Classical Thermodynamics. Statistical Thermodynamics. Chemical Thermodynamics. Equilibrium Thermodynamics. تنقسم الديناميكا الحرارية إىل الفروع األربعة التالية: الديناميكا الحرارية الكالسيكية. الديناميكا الحرارية اإلحصائية. الديناميكا الحرارية الكيميائية. الديناميكا الحرارية المتوازنة. 1.3.1 Classical Thermodynamics الديناميكا الحرارية الكالسيكية In classical thermodynamics, the behavior of matter is analyzed with a macroscopic approach. Units such as temperature and pressure are taken into consideration, which helps the individuals calculate other properties and predict the characteristics of the matter undergoing the process. ن يف الديناميكا الحرارية الكالسيكية ،يتم تحليل سلوك المادة بطريقة ال مجهرية.ويتم أخذ وحدات مثل درجة الحرارة والضغط الن تخضع للعملية. ن بعي االعتبار ،مما يساعد األفراد عىل حساب الخواص األخرى والتنبؤ بخصائص المادة ي 1.3.2 Statistical Thermodynamics 2 الديناميكا الحرارية اإلحصائية In statistical thermodynamics, every molecule is under the spotlight, i.e. the properties of every molecule and how they interact are taken into consideration to characterize the behavior of a group of molecules. أي أن خصائص كل جزيء وكيفية تفاعله تؤخذ ن، يكون كل جزيء تحت دائرة الضوء،نف الديناميكا الحرارية اإلحصائية بعي االعتبار ي.لتوصيف سلوك مجموعة من الجزيئات 1.3.3 Chemical Thermodynamics الديناميكا الحرارية الكيميائية Chemical thermodynamics is the study of how work and heat relate to each other in chemical reactions and in changes of states. ن ن وف تغيات ه دراسة كيفية ارتباط الشغل والحرارة ببعضهما البعض يف التفاعالت الكيميائية ي الديناميكا الحرارية الكيميائية ي.الحاالت 1.3.4 Equilibrium Thermodynamics الديناميكا الحرارية المتوازنة Equilibrium thermodynamics is the study of transformations of energy and matter as they approach the state of equilibrium..ه دراسة تحوالت الطاقة والمادة عندما تقيب من حالة التوازن الديناميكا الحرارية المتوازنة ي 1.4 Basic Concepts of Thermodynamics – Thermodynamic Terms المفاهيم األساسية للديناميكا الحرارية – مصطلحات الديناميكا الحرارية Thermodynamics has its own unique vocabulary associated with it. A good understanding of the basic concepts forms a sound understanding of various topics discussed in thermodynamics preventing possible misunderstandings. سليما لمختلف المواضيع ً ً إن الفهم الجيد للمفاهيم األساسية يشكل.الديناميكا الحرارية لها مفرداتها الفريدة المرتبطة بها فهما.الن تمت مناقشتها ن يف الديناميكا الحرارية مما يمنع سوء الفهم المحتمل ي 1.4.1 Thermodynamic Systems األنظمة الديناميكية الحرارية A thermodynamic system is a specific portion of matter with a definite boundary on which our attention is focused. The system boundary may be real or imaginary, fixed or deformable. There are three types of systems: قد تكون حدود النظام حقيقية أو.الديناميك الحراري هو جزء محدد من المادة له حدود محددة ييكز عليها اهتمامنا ي النظام : هناك ثالثة أنواع من األنظمة. ثابتة أو قابلة للتشوه،خيالية 1/ Isolated System – An isolated system cannot exchange energy and mass with its surroundings. The universe is considered an isolated system..يعتي الكون نظاما معزوال ر.النظام المعزول – ال يستطيع النظام المعزول تبادل الطاقة والكتلة مع البيئة المحيطة به 2/ Closed System – Across the boundary of the closed system, the transfer of energy takes place but the transfer of mass doesn’t take place. Refrigerator, compression of gas in the piston-cylinder assembly are examples of closed systems. تعتي الثالجة وضغط الغاز ن يف مجموعة ر. يحدث نقل الطاقة ولكن ال يحدث نقل الكتلة،عي حدود النظام المغلق النظام المغلق – ر.أسطوانة المكبس أمثلة عىل األنظمة المغلقة 3/ Open System – In an open system, the mass and energy both may be transferred between the system and surroundings. A steam turbine is an example of an open system. ن ن ه مثال عىل التوربينات البخارية ي. يمكن نقل الكتلة والطاقة بي النظام والمناطق المحيطة،النظام المفتوح – يف النظام المفتوح.النظام المفتوح ديناميك حراري لنظام معزول ي ) أدناه يوضح نظام1( الشكل Figure 1 below shows a thermodynamic system for an isolated system 3 ديناميك حراري لنظام معزول ي ) نظام1( شكل Figure 1. A thermodynamic system for an isolated system 1.4.2 Surrounding Environment البيئة المحيطة Everything outside the system that has a direct influence on the behavior of the system is known as a surrounding. Surroundings refer to the area that surrounds a physical or geographical point or location. The precise term varies by field. Surroundings can be employed in geography (when it is more precisely known as proximity, or vicinage), mathematics, and philosophy, with a literal or symbolically extended definition. The term (and its synonym, environment) is used in thermodynamics in a more limited sense, referring to anything outside the thermodynamic system. The simplifying assumptions are frequently that energy and matter can freely travel within the environment and that the environment has a homogenous composition..مبارس عىل سلوك النظام يعرف بالمحيط كل رسء خارج النظام له تأثي ر ن ي يمكن. يختلف المصطلح الدقيق حسب المجال.اف ي تشي المناطق المحيطة إىل المنطقة المحيطة بنقطة أو موقع مادي أو جغر حرفن بتعريف، والفلسفة، والرياضيات،)أكي دقة بالقرب أو الجوار استخدام البيئة المحيطة نف الجغرافيا (عندما ُتعرف بشكل ر ي ي سء خارج النظام نف إشارة إىل أي ر،أكي محدودية بمعن ر ن اريةر الح ناميكا الدي ف المصطلح (ومرادفه البيئة) ن ُيستخدم.رمزيا ً أو موسع ي ي ي تتمثل االفياضات المبسطة ن يف كثي من األحيان ن يف أن الطاقة والمادة يمكن أن تنتقال بحرية داخل البيئة وأن.الديناميك الحراري ي.البيئة لها تكوين متجانس 1.4.3 Thermodynamic Process االجراء أو العملية الديناميكا الحرارية A system undergoes a thermodynamic process when there is some energetic change within the system that is associated with changes in pressure, volume and internal energy. There are four types of thermodynamic processes that have their unique properties, and they are: Adiabatic Process – A process where no heat transfer into or out of the system occurs. Isochoric Process – A process where no change in volume occurs and the system does no work. Isobaric Process – A process in which no change in pressure occurs. Isothermal Process – A process in which no change in temperature occurs. A thermodynamic cycle is a process or a combination of processes conducted such that the initial and final states of the system are the same. A thermodynamic cycle is also known as cyclic operation or cyclic processes. يخضع النظام لعملية ديناميكية حرارية عندما يكون هناك بعض التغيي النشط داخل النظام المرتبط بالتغيات ن يف الضغط.والحجم والطاقة الداخلية :وه ي،الن لها خصائصها الفريدة هناك أربعة أنواع من العمليات الديناميكية الحرارية ي. عملية ال يحدث فيها أي انتقال للحرارة داخل النظام أو خارجه- العملية األديباتية. عملية ال يحدث فيها أي تغيي ن يف الحجم وال يكون هنالك شغل ن يف النظام- عملية متساوية الحجم. عملية ال يحدث فيها أي تغيي ن يف الضغط- عملية متساوية الضغط. عملية ال يحدث فيها أي تغيي ن يف درجة الحرارة- عملية متساوية الحرارة.ه نفسهاالن تتم بحيث تكون الحاالت األولية والنهائية للنظام ي عملية أو مجموعة من العمليات ي ه ُالدورة الديناميكية الحرارية ي ً.تعرف الدورة الديناميكية الحرارية أيضا بالتشغيل الدوري أو العمليات الدورية 1.4.4 Thermodynamic Equilibrium 4 الديناميك الحراري ي االتزان أو التوازن At a given state, all properties of a system have fixed values. Thus, if the value of even one property changes, the system’s state changes to a different one. In a system that is in equilibrium, no changes in the value of properties occur when it is isolated from its surroundings. When the temperature is the same throughout the entire system, we consider the system to be in thermal equilibrium. When there is no change in pressure at any point of the system, we consider the system to be in mechanical equilibrium. When the chemical composition of a system does not vary with time, we consider the system to be in chemical equilibrium. Phase equilibrium in a two-phase system is when the mass of each phase reaches an equilibrium level. A thermodynamic system is said to be in thermodynamic equilibrium if it is in chemical equilibrium, mechanical equilibrium and thermal equilibrium and the relevant parameters cease to vary with time. تتغي حالة النظام إىل خاصية، إذا تغيت قيمة خاصية واحدة،وبالتاىل ي. جميع خصائص النظام لها قيم ثابتة،ن يف حالة معينة ً. ال تحدث أي تغييات ن يف قيمة الخصائص عندما يكون معزوال عن محيطه، ن يف النظام الذي يكون ن يف حالة توازن.مختلفة.نعتي النظام ن يف حالة توازن حراري فإننا ر،ه نفسها يف جميع أنحاء النظام بأكمله ن عندما تكون درجة الحرارة.ميكانيك توازن حالة ف فإننا نعتي النظام ن،عندما ال يكون هناك تغي نف ي الضغط نف أي نقطة من النظام ي ن ي ر ي ي.كيميات ي توازن حالة في النظام نعتي ر فإننا ،الوقت مرور مع للنظام الكيميات ي عندما ال يتغي اليكيب.ثنات الطور عندما تصل كتلة كل مرحلة إىل مستوى التوازن ي يحدث توازن الطور ن يف نظام ميكانيك وتوازن ي كيميات وتوازن ي ديناميك حراري إذا كان ن يف حالة توازن ي الديناميك الحراري يكون ن يف حالة توازني يقال إن النظام.حراري وتتوقف المتغيات ذات الصلة عن التغي مع مرور الوقت 1.4.5 Thermodynamic Properties الخواص أو الخصائص الديناميكية الحرارية Thermodynamic properties are defined as characteristic features of a system, capable of specifying the system’s state. Thermodynamic properties may be extensive or intensive. Intensive properties are properties that do not depend on the quantity of matter. Pressure and temperature are intensive properties. In the case of extensive properties, their values depend on the mass of the system. Volume, energy, and enthalpy are extensive properties. Enthalpy Enthalpy is the measurement of energy in a thermodynamic system. The quantity of enthalpy equals the total heat content of a system, equivalent to the system’s internal energy plus the product of volume and pressure. Entropy Entropy is a thermodynamic quantity whose value depends on the physical state or condition of a system. In other words, it is a thermodynamic function used to measure the randomness or disorder. For example, the entropy of a solid, where the particles are not free to move, is less than the entropy of a gas, where the particles will fill the container. قد تكون الخصائص. قادرة عىل تحديد حالة النظام،ممية للنظام يتم تعريف الخصائص الديناميكية الحرارية عىل أنها سمات ن.الديناميكية الحرارية واسعة النطاق أو مكثفة. الضغط ودرجة الحرارة خصائص مكثفة.ه خصائص ال تعتمد عىل كمية المادة نالخصائص المكثفة ي.ه خصائص واسعة النطاق الحجم والطاقة والمحتوى الحراري ي. تعتمد قيمها عىل كتلة النظام،يف حالة الخصائص الشاملة )(اإلنثالب ي المحتوى الحراري. قياس الطاقة ن إجماىل المحتوى الحراري ي تساوي اري ر الح المحتوى كمية اري ر الح الديناميك ي النظام في هو المحتوى الحراري ن ن. أي ما يعادل الطاقة الداخلية للنظام باإلضافة إىل حاصل ضب الحجم يف الضغط،للنظام )القصور الحراري (اإل رنيوبيا 5 بمعن آخر ،إنها دالة ديناميكية حرارية ن اإلنيوبيا ه كمية ديناميكية حرارية تعتمد قيمتها عىل الحالة ن الفييائية أو حالة النظام. ي تستخدم لقياس العشوائية أو االضطراب. عىل سبيل المثال ،إنيوبيا المادة الصلبة ،حيث ال تكون الجسيمات حرة ن يف الحركة ،أقل من إنيوبيا الغاز ،حيث تمأل الجسيمات الحاوية. 1.4.6 Thermodynamic Potentials اإلمكانات الديناميكية الحرارية Thermodynamic potentials are quantitative measures of the stored energy in a system. Potentials measure the energy changes in a system as they evolve from the initial state to the final state. Different potentials are used based on the system constraints, such as temperature and pressure. ه مقاييس كمية للطاقة المخزنة ن يف النظام.تقيس اإلمكانات تغيات الطاقة ن يف النظام أثناء تطورها اإلمكانات الديناميكية الحرارية ي من الحالة األولية إىل الحالة النهائية.يتم استخدام إمكانات مختلفة عىل أساس قيود النظام ،مثل درجة الحرارة والضغط. 1.5 Laws of Thermodynamics ز قواني الديناميكا الحرارية Thermodynamics laws define the fundamental physical quantities like energy, temperature and entropy that characterize thermodynamic systems at thermal equilibrium. These thermodynamics laws represent how these quantities behave under various circumstances. The laws of thermodynamics are a set of scientific laws which define a group of physical quantities, such as temperature, energy, and entropy, that characterize thermodynamic systems in thermodynamic equilibrium. The laws also use various parameters for thermodynamic processes, such as thermodynamic work and heat, and establish relationships between them. They state empirical facts that form a basis of precluding the possibility of certain phenomena, such as perpetual motion. In addition to their use in thermodynamics, they are important fundamental laws of physics in general and are applicable in other natural sciences. Traditionally, thermodynamics has recognized three fundamental laws, simply named by an ordinal identification, the first law, the second law, and the third law. A more fundamental statement was later labelled as the zeroth law after the first three laws had been established. There are four laws of thermodynamics and are given below: Zeroth law of thermodynamics. First law of thermodynamics. Second law of thermodynamics. Third law of thermodynamics. الفييائية األساسية مثل الطاقة ودرجة الحرارة واإلنيوبيا (القصور الحراري) الن ن تمي قواني الديناميكا الحرارية الكميات ن ن تحدد ي ن ن . األنظمة الديناميكية الحرارية عند التوازن الحراري تمثل قواني الديناميكا الحرارية هذه كيف تترصف هذه الكميات يف ظل ظروف مختلفة. ن الن تحدد مجموعة من الكميات الفييائية ،مثل درجة الحرارة والطاقة ن ن ن ً العلمية ي ن ه مجموعة من القواني قواني الديناميكا الحرارية ي الديناميك الحراري.تستخدم القواني أيضا معامالت مختلفة تمي األنظمة الديناميكية الحرارية يف التوازن واإلنيوبيا ،الن ن ي ي فه تذكر حقائق تجريبية تشكل بينهما.ي ن الديناميك الحراري والحرارة ،وتقيم العالقات ي للعمليات الديناميكية الحرارية ،مثل الشغل ن ن ً قواني الحركة الدائمة.باإلضافة إىل استخدامها يف الديناميكا الحرارية ،ي فه ن لنف إمكانية حدوث بعض الظواهر ،مثل ن أساسا ي الفيياء بشكل عام وقابلة للتطبيق يف العلوم الطبيعية األخرى. أساسية مهمة ف ن ي تين ،القانون األول ،والقانون ن قواني أساسيةً ،تم تسميتها ببساطة من خالل التعريف الي ر ي تقليديا ،اعيفت الديناميكا الحرارية بثالثة الثات ،والقانون الثالث.تم تسمية قانون ر ن ن القواني الثالثة األوىل. أكي جوهرية الحقا باسم القانون الصفري بعد إنشاء ي وه مذكورة أدناه: ن هناك أربعة قواني للديناميكا الحرارية ي القانون الصفري للديناميكا الحرارية. القانون األول للديناميكا الحرارية. الثات للديناميكا الحرارية. القانون ن ي القانون الثالث للديناميكا الحرارية. 1.5.1 Zeroth Law of Thermodynamics القانون الصفري للديناميكا الحرارية 6 The Zeroth law of thermodynamics states that if two bodies are individually in equilibrium with a separate third body, then the first two bodies are also in thermal equilibrium with each other. This means that if system A is in thermal equilibrium with system C and system B is also in equilibrium with system C, then system A and B are also in thermal equilibrium. فإن،ينص القانون الصفري للديناميكا الحرارية عىل أنه إذا كان هناك جسمان ن يف حالة توازن فردي مع جسم ثالث منفصل.أيضا ن يف حالة توازن حراري مع بعضهما البعض ً ن ن األولي يكونان الجسمي ً ن ن ن فإن، C يف حالة توازن حراري أيضا مع النظامB وكان النظامC يف حالة توازن حراري مع النظامA يعن أنه إذا كان النظام وهذا ي ً ن ن. يف حالة توازن حراري أيضاB وA النظامي An Example Demonstrating the Zeroth Law: Two cups measuring 100 °𝐶 are in equilibrium with each other: Consider two cups A and B, with boiling water. When a thermometer is placed in cup A, it gets warmed up by the water until it reads 100 °C. When it reads 100 °C, we say that the thermometer is in equilibrium with cup A. When we move the thermometer to cup B to read the temperature, it continues to read 100 °C. The thermometer is also in equilibrium with cup B. By keeping in mind the zeroth law of thermodynamics, we can conclude that cup A and cup B are in equilibrium with each other. The zeroth law of thermodynamics enables us to use thermometers to compare the temperature of any two objects that we like. :مثال يوضح القانون الصفري عند وضع مقياس.المغىل الماء مع ، Bو A ن كوبي خذ : البعض بعضهما مع توازن حالة ف درجة مئوية ن100 كوبان درجة حرارتهما ي ي نقول إن مقياس، درجة مئوية100 عندما يقرأ. درجة مئوية100 يتم تسخينه بواسطة الماء حن يصل إىل،A الحرارة ن يف الكوب 100 فإنه يستمر ن يف قراءة، لقراءة درجة الحرارةB عندما ننقل مقياس الحرارة إىل الكوب.A الحرارة ن يف حالة توازن مع الكوب ً يمكننا، وبأخذ القانون الصفري للديناميكا الحرارية ن يف االعتبار.B يكون مقياس الحرارة أيضا ن يف حالة توازن مع الكأس.درجة مئوية. ن يف حالة توازن مع بعضهما البعضB والكوبA استنتاج أن الكوب ن ّ.جسمي يمكننا القانون الصفري للديناميكا الحرارية من استخدام موازين الحرارة لمقارنة درجة حرارة أي 1.5.2 First Law of Thermodynamics القانون األول للديناميكا الحرارية First law of thermodynamics, also known as the law of conservation of energy, states that energy can neither be created nor destroyed, but it can be changed from one form to another. The first law of thermodynamics may seem abstract, but we will get a clearer idea if we look at a few examples of the first law of thermodynamics. تفن وال ن ينص عىل أن الطاقة ال ن،أيضا باسم قانون حفظ الطاقة ً ولكن يمكن أن،تفن المعروف،القانون األول للديناميكا الحرارية.تتغي من شكل إىل آخر ً لكننا سنحصل عىل فكرة أوضح إذا نظرنا إىل بعض األمثلة عىل القانون األول،قد يبدو القانون األول للديناميكا الحرارية مجردا.للديناميكا الحرارية First Law of Thermodynamics Examples: Plants convert the radiant energy of sunlight to chemical energy through photosynthesis. We eat plants and convert the chemical energy into kinetic energy while we swim, walk, breathe, and scroll through this page. Switching on light may seem to produce energy, but it is electrical energy that is converted. :أمثلة عىل القانون األول للديناميكا الحرارية نحن نأكل النباتات.الضوت ي تقوم النباتات بتحويل الطاقة اإلشعاعية ألشعة الشمس إىل طاقة كيميائية من خالل عملية التمثيل.ونمش ونتنفس ونتصفح هذه الصفحة ر ونحول الطاقة الكيميائية إىل طاقة حركية بينما نسبح ي.الن يتم تحويلها ي ي ه الكهربائية ولكن الطاقة،قد يبدو أن تشغيل الضوء ينتج طاقة 1.5.3 Second Law of Thermodynamics القانون ز الثان للديناميكا الحرارية ي Second law of thermodynamics states that the entropy in an isolated system always increases. Any isolated system spontaneously evolves towards thermal equilibrium (the state of maximum entropy of the system). 7 The entropy of the universe only increases and never decreases. Many individuals take this statement lightly and for granted, but it has an extensive impact and consequence. أي نظام معزول يتطور تلقائيا نحو التوازن.دائما ً الثات للديناميكا الحرارية عىل أن اإلنيوبيا نف النظام المعزول تزداد ينص القانون ن ي ي.)الحراري (حالة اإلنيوبيا القصوى للنظام ً ولكن له تأثي وعواقب، كثي من األفراد يأخذون هذا البيان باستخفاف وأمر مسلم به.إن إنيوبيا الكون تزداد فقط وال تتناقص أبدا.واسعة النطاق Visualizing the Second Law of Thermodynamics If a room is not tidied or cleaned, it invariably becomes messier and more disorderly with time. When the room is cleaned, its entropy decreases, but the effort to clean it has resulted in increased entropy outside the room exceeding the entropy lost. تصور القانون ز :الثان للديناميكا الحرارية ً أكي فوضوية ر دائما ر ي ، عندما يتم تنظيف الغرفة.وأكي اضطرابا بمرور الوقت ً فإنها تصبح،إذا لم يتم ترتيب الغرفة أو تنظيفها. لكن الجهد المبذول لتنظيفها أدى إىل زيادة اإلنيوبيا خارج الغرفة بما يتجاوز اإلنيوبيا المفقودة،تنخفض اإلنيوبيا الخاصة بها 1.5.4 Third Law of Thermodynamics القانون الثالث للديناميكا الحرارية Third law of thermodynamics states that the entropy of a system approaches a constant value as the temperature approaches absolute zero. The entropy of a pure crystalline substance (perfect order) at absolute zero temperature is zero. This statement holds true if the perfect crystal has only one state with minimum energy..ينص القانون الثالث للديناميكا الحرارية عىل أن إنيوبيا النظام تقيب من قيمة ثابتة عندما تقيب درجة الحرارة من الصفر المطلق ينطبق هذا البيان إذا كانت البلورة.ه صفر المثاىل) عند ن درجة حرارة الصفر المطلق ي ي اإلنيوبيا للمادة البلورية النقية (اليتيب.المثالية تحتوي عىل حالة واحدة فقط ذات الحد األدت من الطاقة Third Law of Thermodynamics Examples: Let us consider steam as an example to understand the third law of thermodynamics step by step : The molecules within it move freely and have high entropy. If one decreases the temperature below 100 °C, the steam gets converted to water, where the movement of molecules is restricted, decreasing the entropy of water. When water is further cooled below 0 °C, it gets converted to solid ice. In this state, the movement of molecules is further restricted and the entropy of the system reduces more. As the temperature of the ice further reduces, the movement of the molecules in them is restricted further and the entropy of the substance goes on decreasing. When the ice is cooled to absolute zero, ideally, the entropy should be zero. But in reality, it is impossible to cool any substance to zero. :أمثلة عىل القانون الثالث للديناميكا الحرارية :نعتي البخار كمثال لفهم القانون الثالث للديناميكا الحرارية خطوة بخطوة دعونا ر.تتحرك الجزيئات الموجودة بداخل البخار بحرية ولها إنيوبيا عالية مما يقلل من، حيث يتم تقييد حركة الجزيئات، يتحول البخار إىل ماء، درجة مئوية100 إذا خفضت درجة الحرارة إىل أقل من.إنيوبيا الماء ن. يتم تقييد حركة الجزيئات، فإنه يتحول إىل جليد صلب يف هذه الحالة، درجة مئوية0 وعندما يتم رتييد الماء بدرجة أقل من.أكي أكي وتقل إنيوبيا النظام بشكل ر بشكل ر ن.أكي وتستمر إنيوبيا المادة يف التناقص يتم تقييد حركة الجزيئات فيه بشكل ر،أكي مع انخفاض درجة حرارة الجليد بشكل ر ن. ً من المستحيل، يجب أن تكون اإلنيوبيا صفرا لكن يف الواقع، من الناحية المثالية،عندما يتم رتييد الجليد إىل الصفر المطلق.رتييد أي مادة إىل الصفر المطلق 1.6 Thermodynamics Examples in Daily Life ز أمثلة عىل الديناميكا الحرارية يف الحياة اليومية Whether we are sitting in an air-conditioned room or travelling in any vehicle, the application of thermodynamics is everywhere. We have listed a few of these applications below: Different types of vehicles such as planes, trucks and ships work on the basis of the 2nd law of thermodynamics. 8 The three modes of heat transfer work on the basis of thermodynamics. The heat transfer concepts are widely used in radiators, heaters and coolers. Thermodynamics is involved in the study of different types of power plants such as nuclear power plants, thermal power plants. سواء كنا نجلس ن يف غرفة مكيفة أو نسافر ن يف أي مركبة ،فإن تطبيق الديناميكا الحرارية موجود ن يف كل مكان.لقد قمنا بإدراج عدد قليل من هذه التطبيقات أدناه: تعمل أنواع مختلفة من المركبات مثل الطائرات والشاحنات والسفن عىل أساس القانون ن الثات للديناميكا الحرارية. ي ُ تعمل األوضاع الثالثة لنقل الحرارة عىل أساس الديناميكا الحرارية.تستخدم مفاهيم نقل الحرارة عىل نطاق واسع ن يف المشعات والميدات. ر والسخانات تشارك الديناميكا الحرارية ن يف دراسة أنواع مختلفة من محطات الطاقة مثل محطات الطاقة النووية ،ومحطات الطاقة الحرارية. 1.7 Thermodynamics – Summary and Overview الديناميكا الحرارية – ملخص ونظرة عامة In simple terms, thermodynamics deals with the transfer of energy from one form to another. The Laws of Thermodynamics are: First law of thermodynamics: Energy can neither be created nor be destroyed, it can only be transferred from one form to another. Second law of thermodynamics: The entropy of any isolated system always increases. Third law of thermodynamics: The entropy of a system approaches a constant value as the temperature approaches absolute zero. Zeroth law of thermodynamics: If two thermodynamic systems are in thermal equilibrium with a third system separately, then they are in thermal equilibrium with each other. Entropy is the measure of the number of possible arrangements the atoms in a system can have. Enthalpy is the measurement of energy in a thermodynamic system. بعبارات بسيطة ،تتعامل الديناميكا الحرارية مع نقل الطاقة من شكل إىل آخر. ه: ن قواني الديناميكا الحرارية ي ن القانون األول للديناميكا الحرارية :الطاقة ال تستحدث وال تفن ،بل تنتقل من شكل إىل آخر. الثات للديناميكا الحرارية :إن إنيوبيا أي نظام معزول تزداد ً دائما. ن القانون ي القانون الثالث للديناميكا الحرارية :تقيب إنيوبيا النظام من قيمة ثابتة عندما تقيب درجة الحرارة من الصفر المطلق. القانون الصفري للديناميكا الحرارية :إذا كان هناك نظامان ديناميكيان حراريان ن يف حالة توازن حراري مع نظام ثالث منفصلي، ن فإنهما يكونان ن يف حالة توازن حراري مع بعضهما البعض. الن يمكن أن تمتلكها الذرات ن يف النظام. ه مقياس لعدد اليتيبات نالممكنة ي اإلنيوبيا ي الديناميك الحراري. ي المحتوى الحراري هو قياس الطاقة يف النظام 1.8 Comparison of Microscopic and Macroscopic Approach ز والعيان أو الال مجهري ي مقارنة النهج المجهري 1.8.1 Macroscopic Properties الخصائص العيانية أو الال مجهرية Macroscopic properties are characteristics of bulk matter that result from the arrangement and bonding of constituent particles, readily observable by the naked eye and measurable, such as pressure, volume, and temperature. To illustrate, the distinct spatial arrangement and chemical bonds among carbon atoms in diamond and graphite lead to contrasting macroscopic properties, including differences in density, hardness, and volume when comparing equal masses of the two substances. الن تنتج عن ترتيب وترابط الجزيئات المكونة لها ،ويمكن مالحظتها بسهولة ه خصائص المادة السائبة ي الخصائص العيانية ي ن ن المكات المتمي والروابط بالعي المجردة وقابلة للقياس ،مثل الضغط والحجم ودرجة الحرارة.لتوضيح ذلك ،يؤدي اليتيب ن ني ن ن بي ذرات الكربون يف الماس والجرافيت إىل تباين الخصائص العيانية ،بما يف ذلك االختالفات يف الكثافة والصالبة الكيميائية ن ن للمادتي. والحجم عند مقارنة الكتل المتساوية 1.8.2 Microscopic properties الخصائص المجهرية 9 Microscopic properties encompass the characteristics of matter's building blocks, which include atoms, ions, or molecules. These constituents, being invisible to the naked eye, necessitate measurements on a scale much smaller than the macroscopic realm, typically employing units such as millimeters, micrometers, nanometers, and picometers. ، هذه المكونات.والن تشمل الذرات أو األيونات أو الجزيئات ي ،تشمل الخصائص المجهرية خصائص الوحدات البنائية للمادة وعادة ما تستخدم وحدات مثل،العيات ن تتطلب قياسات عىل نطاق أصغر بكثي من العالم،للعي المجردة ن كونها غي مرئية ي. والبيكومي، والنانومي، والمايكرومي،المليمي 1.8.3 Macroscopic and Microscopic Properties Frequently Asked Questions األسئلة المتداولة- الخصائص العيانية والمجهرية What are macroscopic properties? Macroscopic properties are observable characteristics of bulk matter resulting from the arrangement and interactions of constituent particles, such as pressure, volume, and temperature. ه الخصائص العيانية؟ ما ي مثل الضغط،ه خصائص يمكن مالحظتها للمادة السائبة الناتجة عن ترتيب وتفاعالت الجسيمات المكونة الخصائص العيانية ي.والحجم ودرجة الحرارة What is the difference between macroscopic and microscopic? Macroscopic refers to observable properties at a larger scale, while microscopic pertains to properties at a much smaller atomic or molecular scale. العيان والمجهري؟ ز ما هو الفرق ز بي ن ي ن جزين ن يف حي يشي المجهري إىل الخصائص عىل نطاق ذري أو،الن يمكن مالحظتها عىل نطاق أوسع ي العيات إىل الخصائص ي ي يشي.أصغر بكثي What do macroscopic and microscopic properties indicate? Macroscopic properties indicate the overall behavior of a material, while microscopic properties refer to its characteristics at the atomic or molecular level. إىل ماذا تشي الخصائص العيانية والمجهرية؟.الجزين ي بينما تشي الخواص المجهرية إىل خصائصها عىل المستوى الذري أو،تشي الخصائص العيانية إىل السلوك العام للمادة What is an example of macroscopic property? Density is an example of a macroscopic property as it describes the overall mass-to-volume ratio of a substance. ما هو مثال عىل خاصية العيانية؟.ه مثال عىل خاصية ال مجهرية ألنها تصف النسبة اإلجمالية للكتلة إىل الحجم للمادة الكثافة ي What's an example of microscopic properties? An example of a microscopic property is the motion and behavior of individual atoms or molecules in a gas. ما هو مثال عىل الخصائص المجهرية؟ ن.مثال عىل الخاصية المجهرية هو حركة وسلوك الذرات أو الجزيئات الفردية يف الغاز 1.9 Homogeneous System and Heterogeneous System نظام متجانس ونظام غي متجانس In most technical applications homogeneous means that the properties of a system are the uniform throughout the entire system; heterogeneous (also inhomogeneous) means that the properties change within the system. Any system with two phases like ice and water are said to be heterogeneous. For example, homogeneous systems have the same composition, density and pressure throughout. While a homogeneous system will often have more than one component (like salt and water), the mixture will be uniform throughout the sample. For a heterogeneous system there's clumping of salt in the salt water, or parts of the water that are saltier than others. The figures 1 and 2 below show heterogeneous and homogeneous systems. ن ن ن ن يعن أنه موحدة يف جميع أنحاء النظام بأكمله؛ غي متجانس ي يعن التجانس أن خصائص النظام ي ي،يف معظم التطبيقات التقنية.مرحلتي مثل الجليد والماء يكون غي متجانسن ويقال إن أي نظام ذو.الخصائص تتغي داخل النظام 10 عىل سبيل المثال ،األنظمة المتجانسة لها نفس اليكيب والكثافة والضغط نف جميع أنحاءها.نف ن حي أن النظام المتجانس غالبا ي ي أكي من مكون واحد (مثل الملح والماء) ،فإن الخليط سيكون موحدا ن يف جميع أنحاء العينة.بالنسبة للنظام غيما يحتوي عىل ر ن المتجانس ،هناك تكتل للملح ف الماء المالح ،أو أجزاء من الماء ر أكي ملوحة من غيها.يوضح الشكالن 2و 3أدناه األنظمة غي ي المتجانسة والمتجانسة. Figure 2. A heterogeneous mixture of molecules in a gas because the density (and pressure) is different throughout خليط غي متجانس من الجزيئات الموجودة ن يف الغاز ألن الكثافة (والضغط) مختلفة يف جميع أنحاء الغاز ن Figure 3. A homogeneous mixture of molecules in a gas because the density (and pressure) is uniform throughout ن خليط متجانس من جزيئات الغاز ألن الكثافة (والضغط) تكون موحدة يف جميع أنحاء الغاز 1.9 Frequently Asked Questions on Thermodynamics أسئلة متكررة حول الديناميكا الحرارية ?Q1: What is the importance of the laws of thermodynamics The laws of thermodynamics define physical quantities i.e. temperature, energy & entropy that characterize thermodynamic systems at thermal equilibrium. ز قواني الديناميكا الحرارية؟ ما أهمية ن الن تمي األنظمة الديناميكية الحرارية وبيا واإلني والطاقة ارة ر الح درجة أي يائية، ن الفي الكميات ية ر ا ر الح الديناميكا ن قواني تحدد ي عند التوازن الحراري. ?Q2: What is an example of negative work When you’re pushing an object along the floor, the work done by Kinetic Friction is negative. السلب؟ ي ما هو مثال للشغل ً الحرك سالبا. جسما ما عىل األرض ،يكون الشغل المبذول بواسطة االحتكاك ً عندما تدفع ي ?Q3: Can energy be destroyed or lost Energy can neither be created nor be destroyed, it can only be transferred from one form to another. هل يمكن تدمي الطاقة أو فقدانها؟ تفن وال تستحدث من العدم ،بل تنتقل من شكل إىل آخر. الطاقة ال ن ?Q4: Fans convert electrical energy into mechanical energy by which law this will be explained 11 This is explained by the First law of thermodynamics. بأي قانون سيتم رشح ذلك؟،تقوم المراوح بتحويل الطاقة الكهربائية إىل طاقة ميكانيكية.وهذا ما يفشه القانون األول للديناميكا الحرارية Q5: Does the human body obey the laws of thermodynamics? Yes, the human body obeys the law of thermodynamics. When you are in a crowded room with other people, you start to feel warm, and you start to sweat. This is the body’s way to cool itself. The heat from the body is transferred to the sweat. As the sweat absorbs more heat, it evaporates from your body, becoming more disordered and transferring heat to the air, which heats the room’s air temperature. Many sweating people in a crowded room, “closed system,” will quickly heat the place. This is both the first and second laws of thermodynamics in action. No heat is lost; it is merely transferred and approaches equilibrium with maximum entropy. ز لقواني الديناميكا الحرارية؟ هل يخضع جسم اإلنسان ن ن تبدأ يف الشعور بالدفء، عندما تكون يف غرفة مزدحمة مع أشخاص آخرين. يخضع جسم اإلنسان لقانون الديناميكا الحرارية،نعم فإنه، عندما يمتص العرق المزيد من الحرارة. تنتقل حرارة الجسم إىل العرق.لتييد نفسه ه طريقة الجسم ر ي هذه.وتبدأ ن يف التعرق ً كثي من األشخاص. مما يؤدي إىل ارتفاع درجة حرارة هواء الغرفة، ويصبح أك ري اضطرابا وينقل الحرارة إىل الهواء،يتبخر من جسمك ن والثات للديناميكا الحرارية ي هذا هو القانون األول.الذين يتعرقون ن يف غرفة مزدحمة "نظام مغلق" سوف يسخنون المكان بشعة. إنه مجرد نقل ويقيب من التوازن بأقىص قدر من اإلنيوبيا. ال يتم فقدان أي حرارة.ن يف العمل 2. BASIC CONCEPTS AND THERMODYNAMIC EQUILIBRIUM STATE الديناميك الحراري ي المفاهيم األساسية وحالة التوازن 2.1 Thermal and Thermodynamic Equilibrium والديناميك الحراري ي التوازن الحراري 2.1.1 Thermal Equilibrium التوازن الحراري Two physical systems are in thermal equilibrium if there is no net flow of thermal energy between them when they are connected by a path permeable to heat. Thermal equilibrium obeys the zeroth law of thermodynamics. A system is said to be in thermal equilibrium with itself if the temperature within the system is spatially uniform and temporally constant. ن ن متصلي بمسار صاف للطاقة الحرارية بينهما عندما يكونا ي فييائيان ن يف حالة توازن حراري إذا لم يكن هناك تدفق يكون نظامان ن يقال إن النظام ن يف حالة توازن حراري مع نفسه إذا. يخضع التوازن الحراري للقانون الصفري للديناميكا الحرارية.منفذ للحرارة.كانت درجة الحرارة داخل النظام موحدة مكانيا وثابتة زمنيا 2.1.2 Thermodynamic Equilibrium الديناميك الحراري ي التوازن Systems in thermodynamic equilibrium are always in thermal equilibrium, but the converse is not always true. If the connection between the systems allows transfer of energy as 'change in internal energy' but does not allow transfer of matter or transfer of energy as work, the two systems may reach thermal equilibrium without reaching thermodynamic equilibrium. ً صحيحا إذا كان االتصال.دائما ً لكن العكس ليس،دائما ن يف حالة توازن حراري ً األنظمة نف حالة التوازن الديناميك الحراري تكون ي ي فقد،النظامي يسمح بنقل الطاقة عىل شكل "تغي ن يف الطاقة الداخلية" ولكنه ال يسمح بنقل المادة أو نقل الطاقة كشغل ن ن بي.الديناميك الحراري ي يصل النظامان إىل التوازن الحراري دون الوصول إىل التوازن 2.1.3 Distinctions between Thermal and Thermodynamic Equilibrium والديناميك الحراري الفروق ز بي التوازن الحراري ي There is an important distinction between thermal and thermodynamic equilibrium. According to Münster (1970), in states of thermodynamic equilibrium, the state variables of a system do not change at a measurable rate. Moreover, "The proviso 'at a measurable rate' implies that we can consider an equilibrium only with respect to specified processes and defined experimental conditions." Also, a state of thermodynamic equilibrium can be described by fewer macroscopic variables than any other state of a given body of matter. A single isolated body can start in a state which is not one of thermodynamic equilibrium, and can change till thermodynamic equilibrium is reached. Thermal equilibrium is a relation between two bodies or closed systems, in which transfers 12 are allowed only of energy and take place through a partition permeable to heat, and in which the transfers have proceeded till the states of the bodies cease to change. An explicit distinction between 'thermal equilibrium' and 'thermodynamic equilibrium' is made by C.J. Adkins. He allows that two systems might be allowed to exchange heat but be constrained from exchanging work; they will naturally exchange heat till they have equal temperatures, and reach thermal equilibrium, but in general, will not be in thermodynamic equilibrium. They can reach thermodynamic equilibrium when they are allowed also to exchange work. Another explicit distinction between 'thermal equilibrium' and 'thermodynamic equilibrium' is made by B. C. Eu. He considers two systems in thermal contact, one a thermometer, the other a system in which several irreversible processes are occurring. He considers the case in which, over the time scale of interest, it happens that both the thermometer reading and the irreversible processes are steady. Then there is thermal equilibrium without thermodynamic equilibrium. Eu proposes consequently that the zeroth law of thermodynamics can be considered to apply even when thermodynamic equilibrium is not present; also, he proposes that if changes are occurring so fast that a steady temperature cannot be defined, then "it is no longer possible to describe the process by means of a thermodynamic formalism. In other words, thermodynamics has no meaning for such a process." ال تتغي،الديناميك الحراري ً ي ن يف حاالت التوازن،)م1970( وفقا لمونسي.والديناميك الحراري ي بي التوازن الحراري هناك فرق مهم ن يعن ضمنا أننا ال نستطيع النظر ن فإن ر، عالوة عىل ذلك.متغيات حالة النظام بمعدل قابل للقياس "بمعدل قابل للقياس" ي ً. "رسط لديناميك الحراري من ي يمكن وصف حالة التوازن ا،ن يف التوازن إال فيما يتعلق بعمليات محددة وظروف تجريبية محددة" أيضا ن ن يمكن لجسم واحد معزول أن يبدأ يف حالة.معي من المادة خالل عدد أقل من المتغيات العيانية مقارنة بأي حالة أخرى لجسم التوازن الحراري هو.الديناميك الحراري ي التوازن إىل الوصول ويمكن أن يتغي حن،الديناميك الحراريي ليست من حالة التوازن وتستمر فيه عمليات، حيث يسمح فقط بنقل الطاقة ويتم من خالل حاجز منفذ للحرارة،جسمي أو نظامي مغلقي ن ن ن عالقة ن بي.النقل حن تتوقف حاالت األجسام عن التغي وهو يسمح بأنه قد ُيسمح.آدكي نن س جيهي بواسطة "ارير الح الديناميك ي و"التوازن "بي "التوازن الحراري التميي بوضوح ن ن تم ،طبيع حن تتساوى درجات حرارتهم لنظامي بتبادل الحرارة ولكنهما مقيدان بتبادل العمل؛ سوف يتبادلون الحرارة بشكل ن ي الديناميك ي يمكنهم الوصول إىل التوازن.ديناميك حراري ي لن يكونوا ن يف توازن، ولكن بشكل عام،ويصلون إىل التوازن الحراري ً.أيضا بتبادل العمل الحراري عندما ُيسمح لهم نظامي ن يف االتصال ن يعتي وهو رBC Eu. الديناميك الحراري" بواسطة ي بي "التوازن الحراري" و"التوازن التميي الواضح اآلخر ن ن تم عىل،الن يحدث فيها وهو يدرس الحالة ي. واآلخر نظام تحدث فيه عدة عمليات ال رجعة فيها، أحدهما مقياس حرارة،الحراري ثم هناك التوازن الحراري.الن ال رجعة فيها ثابتة ن ً أن تكون قراءة مقياس الحرارة والعمليات ي،الزمن محل االهتمام ي مدار النطاق بالتاىل أن القانون الصفري للديناميكا الحرارية يمكن اعتباره مطبقا حن األوروت ً ي ري يقيح االتحاد.اميك الحراري ندون التوازن الدين ي الديناميك الحراري؛ ويقيح أيضا أنه إذا كانت التغيات تحدث بشعة كبية بحيث ال يمكن تحديد ي يف حالة عدم وجود التوازن ليس للديناميكا، وبعبارة أخرى. فإنه لم يعد من الممكن وصف العملية عن طريق الشكليات الديناميكية الحرارية،درجة حرارة ثابتة. معن لمثل هذه العملية الحرارية أي ن 2.2 Thermodynamic Process الديناميك الحراري ي العملية أو االجراء Classical thermodynamics considers three main kinds of thermodynamic processes: (1) changes in a system, (2) cycles in a system, and (3) flow processes. ) الدورات2( ،) التغيات ن يف النظام1( :تدرس الديناميكا الحرارية الكالسيكية ثالثة أنواع رئيسية من العمليات الديناميكية الحرارية.) عمليات التدفق3( و،ن يف النظام 2.2.1 Changes in a System ز التغييات يف النظام A Thermodynamic process is a process in which the thermodynamic state of a system is changed. A change in a system is defined by a passage from an initial to a final state of thermodynamic equilibrium. In classical thermodynamics, the actual course of the process is not the primary concern, and often is ignored. A state of thermodynamic equilibrium endures unchangingly unless it is interrupted by a thermodynamic operation that initiates a thermodynamic process. The equilibrium states are each respectively fully specified by a suitable set of thermodynamic state 13 variables, that depend only on the current state of the system, not on the path taken by the processes that produce the state. In general, during the actual course of a thermodynamic process, the system may pass through physical states which are not describable as thermodynamic states, because they are far from internal thermodynamic equilibrium. Non-equilibrium thermodynamics, however, considers processes in which the states of the system are close to thermodynamic equilibrium, and aims to describe the continuous passage along the path, at definite rates of progress. As a useful theoretical but not actually physically realizable limiting case, a process may be imagined to take place practically infinitely slowly or smoothly enough to allow it to be described by a continuous path of equilibrium thermodynamic states, when it is called a "quasi-static" process. This is a theoretical exercise in differential geometry, as opposed to a description of an actually possible physical process; in this idealized case, the calculation may be exact. A really possible or actual thermodynamic process, considered closely, involves friction. This contrasts with theoretically idealized, imagined, or limiting, but not actually possible, quasi-static processes which may occur with a theoretical slowness that avoids friction. It also contrasts with idealized frictionless processes in the surroundings, which may be thought of as including 'purely mechanical systems'; this difference comes close to defining a thermodynamic process. يتم تعريف التغيي ن يف النظام من خالل.ه عملية يتم فيها تغيي الحالة الديناميكية الحرارية للنظام العملية الديناميكية الحرارية الفعىل للعملية المسار ،الكالسيكية اريةر الح الديناميكا ف ن.االنتقال من الحالة األولية إىل يالحالة النهائية للتوازن الديناميك الحراري ي ي ي الديناميك الحراري دون تغيي ما لم يتم مقاطعتها بواسطة التوازن حالة ً تستمر.وغالبا ما يتم تجاهله ،األساس ليس هو االهتمام ي ي التواىل من خالل ي يتم تحديد كل حالة من حاالت التوازن بشكل كامل عىل.عملية ديناميكية حرارية تبدأ عملية ديناميكية حرارية وليس عىل المسار الذي،والن تعتمد فقط عىل الحالة الحالية للنظام ي،مجموعة مناسبة من متغيات الحالة الديناميكية الحرارية ن عي حاالت فييائية قد يمر النظام ر،الفعىل لعملية الديناميكا الحرارية خالل المسار، بشكل عام.الن تنتج الحالة ي تسلكه العمليات ي فإن الديناميكا، ومع ذلك.الداخىل ي الديناميك الحراري ي ألنها بعيدة عن التوازن،ال يمكن وصفها بأنها حاالت ديناميكية حرارية وتهدف،الديناميك الحراري التوازن من قريبة النظام حاالت الن تكون فيها ن ي الحرارية غي المتوازنة تأخذ بعي االعتبار العمليات ي. بمعدالت محددة من التقدم،إىل وصف المرور المستمر عىل طول المسار يمكن تصور عملية ما عىل أنها تحدث ببطء أو بسالسة ال متناهية،يائيا ً في باعتبارها حالة نظرية مفيدة ولكن غي قابلة للتحقيق ن عندما يطلق عليها حالة شبه ثابتة،الديناميك الحراري يكف للسماح بوصفها من خالل مسار مستمر من حاالت التوازن بما ن ن ي ً ن ي ن قد يكون،وف هذه الحالة المثالية وليس وصفا لعملية فييائية محتملة بالفعل؛ ي، هذا ًتمرين نظري يف الهندسة التفاضلية.عملية.الحساب دقيقا يتناقض هذا مع العمليات شبه. االحتكاك،الن يتم النظر فيها عن كثب ني ،الفعلية أو المحتملة ارية ر الح الديناميكية تتضمن العملية كما أنها.والن قد تحدث مع بطء نظري يتجنب االحتكاك ي، ولكنها غي ممكنة ن يف الواقع،المثالية أو المتخيلة أو المقيدة الساكنة ً والن يمكن اعتبارها تتضمن "أنظمة ميكانيكية ي ،تتناقض أيضا مع العمليات المثالية الخالية من االحتكاك يف البيئة المحيطة.بحتة"؛ يقيب هذا االختالف من تعريف العملية الديناميكية الحرارية 2.2.2 Cycles in a System ز الدورات يف النظام A cyclic process carries the system through a cycle of stages, starting and being completed in some particular state. The descriptions of the staged states of the system are not the primary concern. The primary concern is the sums of matter and energy inputs and outputs to the cycle. Cyclic processes were important conceptual devices in the early days of thermodynamical investigation, while the concept of the thermodynamic state variable was being developed. إن أوصاف الحاالت المرحلية للنظام ليست.وتنته ن يف حالة معينة ي تبدأ،عملية دورية تحمل النظام من خالل دورة من المراحل كانت العمليات الدورية أدوات.األساس هو مجموع مدخالت ومخرجات المادة والطاقة للدورة ي االهتمام.الرئيش ن ي ه االهتمام ي. بينما كان مفهوم متغي الحالة الديناميكية الحرارية قيد التطوير،مفاهيمية مهمة يف األيام األوىل للتحقيقات الديناميكية الحرارية 2.2.3 Flow Processes عمليات أو اجراءات التدفق Defined by flows through a system, a flow process is a steady state of flows into and out of a vessel with definite wall properties. The internal state of the vessel contents is not the primary concern. The quantities of primary concern describe the states of the inflow and the outflow materials, and, 14 on the side, the transfers of heat, work, and kinetic and potential energies for the vessel. Flow processes are of interest in engineering. وه حالة ثابتة من التدفقات داخل وخارج الوعاء مع خصائص جدار ي،عي النظام يتم تعريف عملية التدفق من خالل التدفقات ر األساس حاالت التدفق ي. الرئيش وتصف الكميات ذات االهتمام ي ه الشاغل الحالة الداخلية لمحتويات الوعاء ليست ي.محددة عمليات. انتقاالت الحرارة والشغل والطاقات الحركية والمحتملة للوعاء، وعىل الجانب،الداخىل والمواد المتدفقة إىل الخارج ي.التدفق ذات أهمية ن يف الهندسة 2.3 Reversible, Irreversible and Quasi-Static Processes وشبه الساكنة، الالإنعكاسية،العمليات اإلنعكاسية 2.3.1 Reversible Process العملية اإلنعكاسية A thermodynamic process is said to be reversible if the process can be turned back to such that both the system and the surroundings return to their original states, with no other change anywhere else in the universe. As we know, in reality, no such processes as reversible processes can exist. Thus, reversible processes can easily be defined as idealizations or models of real processes on which the limits of the system or device are to be defined. They help us in incurring the maximum efficiency a system can provide in ideal working conditions and, thus, the target design that can be set. ُيقال إن العملية الديناميكية الحرارية قابلة للعكس إذا أمكن إرجاع ا?
