القانون الثاني في الترموديناميك

القانون الثاني في الثرموديناميك يقول بأن جميع الأنظمة في الكون إذا تركت للظروف الطبيعية فإنها مع الزمن سوف تدخل في حالة من الفوضى وعدم الانتظام . وهذا القانون يدعى أيضاً بقانون (الانتروبي )وفي الفيزياء تعني الانتروبي كمية عدم الانتظام (الفوضى)في جملة ، وانتقال الجملة من حالة مستقرة إلى حالة أخرى غير مستقرة هو ذاته كزيادة في الانتروبي لها . وعدم الاستقرار يتعلق مباشرة بالانتروبي لتلك الجملة .

هذه المعلومة مألوفة واعتيادية وكثيراً من الأمثلة نشاهدها في حياتنا اليومية عنها. فأنت إذا تركت سيارة وهجرتها ف يمكان لمدة سنة أو حتى لمدة شهرين ، ومن المحتمل أنك ستلاحظ أن الإطارات فارغة ومسواة بالأرض والنوافذ محطمة وأجزاء الجسم والمحرك متآكلة صدئة ..الخ . وبطريقة مماثلة إذا أهملت العناية ببيتك لبضعة أيام فسوف تجده مغبراً وأكثر فوضى مع مرور الوقت ، هذا نوع من الأنتروبي ، على كل حال تستطيع إزالته بالتنظيف والتقاط الأشياء ، ثم تأخذ النفايات إلى خارج البيت .

القانون الثاني في الترموديناميك مقبول بشكل واسع لأنه فعال وصفته الربط ، أما العالم (أينشتاين ) وهو أهم عالم في قرننا فقد قال إن ذلك القانون هو أول قانون في جميع العلوم .

كما أن العالم الأمريكي (جيرمي زفنك ) علق في كتاب " الإنتروبي ، نظرة العالم الجديد " بما يلي :

قانون الأنتروبي سوف يسيطر كقانون نموذجي في الفترة التاريخية التالية . وقال (إلبرت أينشتاين ) أن القانون الأول هو الأسبق لكل العلوم . أما السير (آرثر أدينغتون ) فقد أرجع ذلك القانون إلى كونه قانوناً ميتافيزقياً أسمى لكل الكون . (وكلمة ميتافيزيقي تعني ما وراء الطبيعة وما يكون ذا نظام غيبي معين ).

من المهم أن نلاحظ أن قانون الأنتروبي بذاته يعالج كثيراً من قضايا المادية غير الصالحة وبالضبط من البداية ، لأنه إذا كان يوجد تصميم معين ونظام في الكون ، فإن القانون ينص على أنه مع مرور الوقت فإن هذه الحالة سوف تزول من قبل الكون ذاته ، توجد استنتاجات يتم الوصول إليها من هذه المشاهد :

1. إذا ترك الكون لوحده فلا يمكن أن يبقى إلى الأبد ، والقانون الثاني يقول أنه بدون تدخل خارجي من نوع ما فالأنتروبي أخيراً سوف يتعاظم عبر الكون مسبباً حالة متجانسة كلياً .

2. الادعاء بأن النظام والترتيب اللذين نشاهدهما ليسا نتيجة لتدخل خارجي هو أيضاً غير صحيح ، فعقب الانفجار العظيم كان الكون في حالة فوضى تامة والتي كانت ستبقى لو أن الأنتروبي تعاظم ، ولكن ذلك تغير لأننا نستطيع أن نرى ذلك بوضوح بالنظر فيما حولنا ، وذلك التغير حدث بالخروج عن واحد من القوانين الأساسية في الطبيعة وهو قانون الأنتروبي .

ولا توجد طريقة لتعليل وتفسير ذلك التغير ما عدا افتراض وجود نوع من الخلق الفوق طبيعي (الخارق للطبيعة ) .

سنذكر مثالاً ربما يجعل النقطة الثانية أكثر وضوحاً ، تخيل أن الكون عبارة عن كهف هائل مملوء بخليط من الماء والصخور والوحل ، فإذا تركنا ذلك الكهف وحيداً لبضع بلايين من السنين ثم عدنا إليه فإننا سنلاحظ أن بعض الصخور صار أصغر حجماً وبعضها اختفى ، وأن مستوى الوحل صار أعلى . و أنه صار فيه طين أكثر ..

وهكذا صارت الأشياء أكثر فوضوية وبالضبط هذا ما كنا نتوقعه . ولكن إذا وجدت بعد بلايين السنين لاحقاً أن الصخور منحوتة بنعومة ولطافة وبشكل تماثيل ، فأنت بالتحديد ستقرر أن هذا الترتيب لا يمكن تفسيره بقوانين طبيعية ، والتفسير المعقول لذلك هو أنه من تدبير عقل مدرك واع وهو الذي أراد لتلك الأشياء أن تكون على هذا النحو .

لذلك فإن التركيب في هذا الكون هو أعظم دليل على وجود إدراك ووعي فائق أسمى ، والفيزيائي الألماني الحائز على جائزة نوبل وهو (ماكس بلانك ) يفسر الترتيب في الكون كما يلي:

إجمالاً نقول أنه وفق كل شيء تعلمناه بالعلوم القطعية عن المملكة الضخمة للطبيعة والتي يلعب فيها كوكبنا الصغير دوراً تافهاً ، أنه يسود نوع من الترتيب والنظام في كل الحوادث لا يستطيع عقل إنسان أن يستوعبه ، وفوق ذلك فنحن من خلال شعورنا نستطيع أن نؤكد أن ذلك الترتيب و النظام لا يمكن أن يصاغ إلا من قبل فعالية هادفة وثمة دليل يؤكد وجود ترتيب في هذا الكون
فسر (باول ديفز) انتصار التوازن الرائع والتناسق على المادية هكذا : " أينما نظرنا في الكون من المجرات المندفعة بعيداً و إلى أعمق أعماق الذرة فإننا نواجه الترتيب والنظام .. والفكرة الرئيسية لشيء خاص حقيقي مثل الكون المنظم ، وهذا بدوره يحتاج إلى معلومات كثيرة لوصفه ، وبديلاً عن ذلك ربما نقول أن ذلك النظام يحتوي كثيراً من المعلومات .

الترموديناميكية (التحولات-)

<table width="100%" border=0><tr vAlign=center align=middle><td vAlign=center align=justify> الترموديناميكية (التحولات ـ) التحولات الترموديناميكية thermodynamic processes هي تحولات في جملة أجسام مادية على تماس مع الوسط الخارجي، وناجمة عن تبادلات الطاقة بين الجملة وهذا الوسط الخارجي. ويظهر هذا التحول في تغير قيم إحدى خواص الجملة. وتوفّر دراسة مثل هذه التحولات أو سلسلة منها، إمكانية الوصول إلى افضل المردودات لأي عملية حرارية أو كيماوية. يقال عن جملة إنها في حالة توازن ترموديناميكي، إذا لم تتغير قيم أي خاصة من خواصها، مع مرور الزمن. كما يقال عن جملة إنها في طور واحد، إذا كان تغير قيم خواصها مستمراً، أما إذا حدث تغير مفاجىء (أي انقطاع) في قيمة إحدى الخواص، على الأقل، فيقال عن الجملة إنها متعددة الأطوار. ومن الطبيعي أن تكون دراسة الجملة المتجانسة في طورٍ واحد أسهل من دراسة الجملة متعددة الأطوار. ولا تتغير خواص الجملة في الحالة العامة بصورة مستقلة بعضها عن بعضها الآخر، ويدل عدد الخواص المستقلة على درجة بساطة الجملة. فالجملة المكوَّنة من كمية محددة من الغاز تعد أبسط الجمل الترموديناميكية، إذ يمكن تحديد ضغط الغاز وحجمه ودرجة حرارته وكثافته. إلا أن تحديد قيمتي خاصتين فقط، كافٍ لتحديد قيم الخواص الأخرى في حالة التوازن. ونسمي كلاً من الخاصتين متحولة ترموديناميكية، وما تبقى من الخواص تكون توابع لهما. وليس هناك ما يدعو إلى تحديد خاصتين معينتين، وإنما الاختيار كيفي. لذا يمكن تمثيل حالة الجملة الغازية بمستوٍ يمثَّل على أحد محوريه المتعامدين قيم المتحول الأول وعلى المحور الآخر قيم المتحول الثاني، فتتحدد حالة الجملة بنقطةٍ في هذا المستوي، وغالباً ما يُختار حجم الغاز وضغطه لتمثيل حالة الغاز. ويزداد عدد المتحولات المستقلة عند الانتقال إلى دراسة كميةٍ من سائل أو قطعة جسم صلب أو خليط منهما، فنحتاج عندئذٍ إلى فضاء ثلاثي الأبعاد أو رباعيّها، لتحديد حالة الجملة تماماً. أما لتمثيل تحولٍ ما فإننا لا نستطيع وصفه في أكثر من ثلاثة أبعاد، وغالباً ما يمثل في مستوٍ بتثبيت بعض المتحولات ويوصف التحول باسم المتحول الثابت، فهناك مثلاً التحول متساوي الدرجة isothermal الذي تبقى فيه درجة حرارة الجملة ثابتة، ويتحقق ذلك عندما تُجعل الجملة على تماس مع منبع حراري، والتحول متساوي الضغط isobaric وذلك إذا جرى التحول في ضغط ثابت، كأن يجري تحت الضغط الجوي، والتحول متساوي الحجم isochoric حين يبقى حجم الكتلة ثابتاً في أثناء التحول. وتُميَّز التحولات الترموديناميكية بحالتيها الابتدائية والنهائية، فإذا كانت الحالة النهائية مغايرة للحالة الابتدائية سُمّي التحول مفتوحاً، أما إذا كانت الحالة النهائية هي الحالة الابتدائية نفسها فيسمى التحول تحولاً مغلقاً، ويقال عندئذٍ إن الجملة قامت بدورة مغلقة يمكن تكرارها دورياً cyclic. وقد يسمى التحول بأسماء أخرى فيسمى التحول مثلاً تحولاً كظوماً adiabatic عندما لا تتبادل الجملة مع الوسط الخارجي أي كمية من الحرارة، ويتحقق ذلك عملياً إما بإحاطة الجملة بجدران جيدة العزل الحراري وإما بإجراء التحول في مدة زمنية قصيرة لا يتاح للجملة في أثنائها تبادل حرارة مع الوسط الخارجي كالتحول في حالة انفجار مثلاً. إن تحقيق التحولات المذكورة في حالة الغاز سهل، لكن تثبيت الحجم في حالة السوائل صعب وتثبيته في حالة الأجسام الصلبة أصعب بكثير، ومع ذلك فإن الفيزيائيين النظريين يفضلون إجراء حساباتهم لقيم التوابع، والحجم ثابتٌ، في حين يفضل التجريبيون القياسات تحت ضغط ثابت، ويجري الربط بين نتائج القياسات باستعمال العلاقات الترمودينامية. ويتناول التحريك الحراري (الترموديناميك) العلاقات بين قيم المتحولات في حالات التوازن، وتبقى الجملة في حالة التوازن ما لم تتغير الشروط الخارجية، ولا يتم التحول إلا عندما تتغير هذه الشروط. ولإيجاد تغيرات التوابع بين حالات التوازن بدلالة متحولات الجملة يجب ألاّ تختلف الشروط الخارجية مثيراً عن القيم التوازنية، فإذا أريد حساب العمل المصروف على ضغط غازٍ ما مثلاً وجب أن يكون الضغط الخارجي أكبر قليلاً من ضغط الغاز بل أكبر بمقدارٍ لا متناهي الصغر، كي يمكن التعبير عن هذا العمل بدلالة ضغط الغاز نفسه. وينطبق مثل ذلك على بقية الشروط الخارجية مثل درجة الحرارة وغيرها، ويسمى تحول كهذا تحولاً شبه سكوني quasi-static، تمر الجملة في أثنائه بسلسلة من الحالات التوازنية. ويعد التحول شبه السكوني صفة أولى ضرورية يجب أن تتوافر في تحول هام آخر أدى دوراً مهماً في تطور علم التحريك الحراري هو التحول العكوس reversible أو المثالي ideal وهو الذي يتحقق إذا جرى التحول بحيث إن تغيراً لا متناهي الصغر في الشروط الخارجية يسبِّب انعكاساً في اتجاه التحول يجعل الجملة تعود إلى ما كانت عليه تماماً وعلى الطريق نفسها إضافة إلى عودة الوسط الخارجي أيضاً إلى ما كان عليه. ويمكن تخيل مثل هذا التحول المثالي إذا أمكن حذف جميع أنواع الاحتكاك بما فيها المقاومة الكهربائية أو المغنطيسية أو أي منبع آخر مبدد للطاقة الميكانيكية. إن جميع التحولات التي تجري في الطبيعة تلقائياً هي في الواقع تحولات لاعكوسة irreversible، إذ إن حدوثها وفق اتجاهٍ ما مفضل على حدوثها في الاتجاه المعاكس، فانتقال الحرارة يتم دائماً من الجسم الحار إلى الجسم البارد مهما كانت كمية الطاقة التي يحويها الجسم البارد مقارنةً بما يحويه الجسم الحار، وينتشر الغاز من وعاء ذي ضغط عالٍ إلى وعاء ذي ضغط منخفض مهما كان حجم كل من الوعاءين، ولا يحدث العكس في كلتا الحالتين. وأبرز التحولات الحقيقية تحويل الطاقة الميكانيكية أو العمل إلى حرارة كما في حالة الاحتكاك مثلاً، ويتم هذا التحول ببساطة في أي ممارسة يومياً وبمردود 100٪، ولا يحتاج ذلك أي ترتيب معقد من الآليات. أما العكس، أي تحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية أو عمل فالمسألة أصعب، وتحتاج إلى ترتيبات ومحركات وغير ذلك، ومع هذا لا يمكن أن يبلغ المردود 100٪ أبداً. وقد أمكن التمييز بين التحولات العكوسة المثالية واللاعكوسة الحقيقية بإدخال تابع جديد هو تابع الأنتروبية S [ر] المعرف بالعلاقة حيث dQ كمية الحرارة المتبادلة، وT درجة الحرارة المطلقة التي تم عندها التبادل. فقد وجد أن الأنتروبية لا تتغير قيمتها إذا كان التحول عكوساً، لذلك يسمى هذا التحول عادة تحولاً متساوي الأنتروبية isentropic. وتزداد الأنتروبية في حالة التحولات الحقيقية كالتحولات اللاعكوسة التي سبق وصفها، كما أمكن البرهان في التحريك الحراري[ر] على أن أفضل المحركات الحرارية مردوداً هي التي تعمل على دورة عكوسة (محرك كارنو)، ومن ثم فإنه كلما اقتربت الدورة الفعلية لأي محركٍ من الدورة المثالية العكوسة ازداد مردود المحرك. <table id=AutoNumber1 style="BORDER-COLLAPSE: collapse" cellSpacing=0 cellPadding=0 width="100%" bgColor=#c0c0c0><tr><td width="100%"></TD></TR></TABLE> </TD></TR></TABLE>

الشكر الجزيل لك دكتور على هذه المعلومات و هذا الشرح المبسط المفهوم القيمة ونتمنى ان تعود الى هذا البلد وتغني جامعته المفتقرة الى ابسط اساليب التعليم