شبكات جورومودا
تُشير الرطوبة إلى كمية بخار الماء في الهواء. فعند هطول الأمطار، يكون الجو رطباً جداً لوجود كمية كبيرة من بخار الماء. وعلى العكس، إذا كانت كمية بخار الماء في الهواء قليلة جداً، يكون الجو جافاً. وتُعبّر الرطوبة النسبية عن كمية بخار الماء في الهواء.
الرطوبة النسبية هي نسبة الضغط الجزئي للبخار إلى ضغط بخار الماء المشبع عند درجة حرارة معينة (البخار هو بخار الماء). تُعبّر الرطوبة النسبية كنسبة مئوية، وتُصاغ رياضياً على النحو التالي:
إذا دققنا النظر، سنرى دخان الاحتراق في البداية، ثم يختفي بعد حين. هل استخدمتَ عطراً؟ حتى لو رششتَ العطر في الغرفة، سيشعر به من هم خارج المنزل. وإذا أعدّت الأم طعاماً شهياً في المطبخ، ستفوح رائحة الطعام من منزل الجيران. ما السبب؟
هناك العديد من الأمثلة الأخرى. إذا وضعت بضع قطرات من الحبر في كوب يحتوي على ماء نقي، سينتشر الحبر أو ملون الطعام بالتساوي في الماء. يحدث هذا تلقائيًا. بعض الأمثلة السابقة هي ظواهر الانتشار التي نشهدها كثيرًا في حياتنا اليومية. الانتشار هو عملية انتقال المواد من منطقة ذات تركيز عالٍ إلى منطقة ذات تركيز منخفض. يُقصد بالتركيز عدد جزيئات/مولات المادة في وحدة الحجم. المنطقة ذات التركيز العالي هي منطقة تحتوي على العديد من جزيئات المادة في وحدة الحجم. وعلى العكس، المناطق ذات التركيز المنخفض هي مناطق تحتوي على عدد قليل من الجزيئات في وحدة الحجم.
الطاقة في غاز مثالي أحادي الذرة
الطاقة في الغاز المثالي أحادي الذرة هي مجموع الطاقة الحركية الانتقالية لجزيئات الغاز المثالي أحادية الذرة. مجموع الطاقة الحركية الانتقالية لجزيئات الغاز المثالي = حاصل ضرب متوسط الطاقة الحركية الانتقالية لكل جزيء في عدد الجزيئات (N). رياضياً:
استنتج كلارك ماكسويل نظرية توزيع الطاقة بالتساوي نظريًا باستخدام الميكانيكا الإحصائية. تُسمى نظرية لعدم وجود برهان تجريبي عليها. ويعني توزيع الطاقة توزيعًا متساويًا للطاقة.
KE = متوسط الطاقة الحركية الانتقالية لجزيئات الغاز (جول)
k = ثابت بولتزمان = 1.38 × 10⁻²³ جول/كلفن
T = درجة الحرارة المطلقة لجزيء الغاز المثالي (كلفن)
بالإضافة إلى الضغط، تُعد درجة الحرارة (T) إحدى الكميات التي تُحدد الطبيعة العيانية للغاز. معادلة ضغط الغاز:
تنص النظرية الحركية على أن كل مادة تتكون من ذرات أو جزيئات، وأن هذه الذرات أو الجزيئات تتحرك باستمرار دون قيود. يتوافق هذا الافتراض مع حالة ذرات أو جزيئات الغاز. فقوة التجاذب بين الذرات أو الجزيئات المكونة للغاز ضعيفة، مما يسمح لها بالحركة بحرية.
قانون بويل، قانون تشارلز، قانون جاي-لوساك
قانون بويل
أجرى روبرت بويل (1627-1691) تجارب لدراسة العلاقة الكمية بين ضغط الغاز وحجمه. تُجرى هذه التجربة بإدخال كمية محددة من الغاز في وعاء مغلق. وبعد التوصل إلى نتائج دقيقة، وجد أنه إذا بقيت درجة حرارة الغاز ثابتة، فإن ضغط الغاز يتناقص حجمه، والعكس صحيح. أي أن ضغط الغاز يتناسب عكسيًا مع حجمه. تُعرف هذه العلاقة بقانون بويل. رياضيًا:
لا تنطبق قوانين الغازات، بويل وشارل وغاي-لوساك، على جميع حالات الغاز، مما يجعل تحليلنا أكثر صعوبة. لذلك، نقدم نموذج الغاز المثالي. الغاز المثالي غير موجود في حياتنا اليومية؛ إنه الشكل الأمثل لتسهيل التحليل. كما أن وجود هذا المفهوم يساعدنا حقًا في مراجعة العلاقة بين قوانين الغازات الثلاثة.
العلاقة بين درجة الحرارة والحجم وضغط الغاز
بالرجوع إلى قوانين الغاز الثلاثة المذكورة أعلاه، يمكننا استنتاج علاقة أكثر عمومية بين درجة الحرارة والحجم وضغط الغاز.
لا يمكن للصيغة المحددة للقانون الثاني للديناميكا الحرارية أن تصف جميع العمليات غير العكوسة، لذا نحتاج إلى صيغة عامة. من المتوقع أن تفسر هذه الصيغة العامة جميع العمليات غير العكوسة التي تحدث في الكون. صيغت الصيغة العامة للقانون الثاني للديناميكا الحرارية في منتصف القرن التاسع عشر، من خلال كمية تُسمى الإنتروبيا (S). قدم كلاوزيوس الإنتروبيا لأول مرة، واستخلصها من دورة كارنو (محرك حراري مثالي). وفقًا لكلاوزيوس، تتغير الإنتروبيا في النظام عندما يحصل على حرارة إضافية (Q) عند درجة حرارة ثابتة، وهو ما يُعبر عنه بالمعادلة التالية:
مقال حول معامل أداء آلة التبريد
آلة التبريد هي آلة تسحب الحرارة من مكان منخفض الحرارة، ثم تنقلها إلى منطقة مرتفعة الحرارة. ولكي تتم هذه العملية، يجب أن تقوم الآلة بالعمل لأن الحرارة تنتقل بشكل طبيعي من المناطق مرتفعة الحرارة إلى المناطق منخفضة الحرارة. هذا ما ذكره كلاوزيوس.
من المستحيل على آلة التبريد أن تنقل الحرارة من مكان ذي درجة حرارة منخفضة إلى مكان ذي درجة حرارة عالية، دون بذل شغل (القانون الثاني للديناميكا الحرارية - بيان كلاوزيوس).
تعمل الآلة بقدرة (W) لنقل الحرارة من درجة حرارة منخفضة (Q L ) إلى درجة حرارة عالية (Q H ). وبناءً على قانون حفظ الطاقة، فإن Q L + W = Q H.