خالصو تاریخچو ترمودینامیک

Σχετικά έγγραφα
محاسبه ی برآیند بردارها به روش تحلیلی

روش محاسبه ی توان منابع جریان و منابع ولتاژ

ترمودینامیک مدرس:مسعود رهنمون سال تحصیلى 94-95

مدار معادل تونن و نورتن

مفاهیم ولتاژ افت ولتاژ و اختالف پتانسیل

مثال( مساله الپالس در ناحیه داده شده را حل کنید. u(x,0)=f(x) f(x) حل: به کمک جداسازی متغیرها: ثابت = k. u(x,y)=x(x)y(y) X"Y=-XY" X" X" kx = 0

تصاویر استریوگرافی.

راهنمای کاربری موتور بنزینی )سیکل اتو(

Angle Resolved Photoemission Spectroscopy (ARPES)

ثابت. Clausius - Clapeyran 1

فصل چهارم : مولتی ویبراتورهای ترانزیستوری مقدمه: فیدبک مثبت

تحلیل مدار به روش جریان حلقه

همبستگی و رگرسیون در این مبحث هدف بررسی وجود یک رابطه بین دو یا چند متغیر می باشد لذا هدف اصلی این است که آیا بین

تخمین با معیار مربع خطا: حالت صفر: X: مکان هواپیما بدون مشاهده X را تخمین بزنیم. بهترین تخمین مقداری است که متوسط مربع خطا مینیمم باشد:

شیمی عمومی دانشگاه فردوسی مشهد

آزمون مقایسه میانگین های دو جامعه )نمونه های بزرگ(

آزمایش 1: پاسخ فرکانسی تقویتکننده امیتر مشترك

بسمه تعالی «تمرین شماره یک»

ﯽﺳﻮﻃ ﺮﯿﺼﻧ ﻪﺟاﻮﺧ ﯽﺘﻌﻨﺻ هﺎﮕﺸﻧاد

جلسه 3 ابتدا نکته اي در مورد عمل توابع بر روي ماتریس ها گفته می شود و در ادامه ي این جلسه اصول مکانیک کوانتمی بیان. d 1. i=0. i=0. λ 2 i v i v i.

بسم اهلل الرحمن الرحیم آزمایشگاه فیزیک )2( shimiomd

آزمایش 8: تقویت کننده عملیاتی 2

جلسه ی ۲۴: ماشین تورینگ

فصل سوم جریان های الکتریکی و مدارهای جریان مستقیم جریان الکتریکی

تئوری جامع ماشین بخش سوم جهت سادگی بحث یک ماشین سنکرون دو قطبی از نوع قطب برجسته مطالعه میشود.

Spacecraft thermal control handbook. Space mission analysis and design. Cubesat, Thermal control system

چکیده مقدمه کلید واژه ها:

دانشکده ی علوم ریاضی جلسه ی ۵: چند مثال

دستور کار آزمایشگاه فیزیک عمومی 3

به نام ستاره آفرین قضیه ویریال جنبشی کل ذرات یک سیستم پایدار مقید به نیرو های پایستار را به متوسط انرژی پتانسیل کل شان

سلسله مزاتب سبان مقدمه فصل : زبان های فارغ از متن زبان های منظم

فعالیت = ) ( )10 6 ( 8 = )-4( 3 * )-5( 3 = ) ( ) ( )-36( = m n m+ m n. m m m. m n mn

ترمودینامیک ۲ مخلوط هوا بخار و تهویه مطبوع مدرس: علیرضا اسفندیار کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک - تبدیل انرژی دانشگاه امام حسین )ع( آموزش ترمودینامیک ۲

ویرایشسال 95 شیمیمعدنی تقارن رضافالحتی

1) { } 6) {, } {{, }} 2) {{ }} 7 ) { } 3) { } { } 8) { } 4) {{, }} 9) { } { }

هد ف های هفته ششم: 1- اجسام متحرک و ساکن را از هم تشخیص دهد. 2- اندازه مسافت و جا به جایی اجسام متحرک را محاسبه و آن ها را مقایسه کند 3- تندی متوسط

فهرست مطالب جزوه ی فصل اول مدارهای الکتریکی مفاهیم ولتاژ افت ولتاژ و اختالف پتانسیل تحلیل مدار به روش جریان حلقه... 22

سايت ويژه رياضيات درسنامه ها و جزوه هاي دروس رياضيات

تستهای آموزشی گرما در رادیاتور اتومبیل از آب به عنوان مایع خنک کننده استفاده میشود. در این مورد مزیت آب بر مایعات دیگر کدام است

قاعده زنجیره ای برای مشتقات جزي ی (حالت اول) :

Beta Coefficient نویسنده : محمد حق وردی

فصل پنجم زبان های فارغ از متن

تمرین اول درس کامپایلر

تلفات خط انتقال ابررسی یک شبکة قدرت با 2 به شبکة شکل زیر توجه کنید. ژنراتور فرضیات شبکه: میباشد. تلفات خط انتقال با مربع توان انتقالی متناسب

نکنید... بخوانید خالء علمی خود را پر کنید و دانش خودتان را ارائه دهید.

بسم هللا الرحمن الرحیم

جلسه ی ۱۰: الگوریتم مرتب سازی سریع

مسائل. 2 = (20)2 (1.96) 2 (5) 2 = 61.5 بنابراین اندازه ی نمونه الزم باید حداقل 62=n باشد.

تعریف نیرو:نیرو بر هم کنش )تاثیر متقابل ) دو جسم بر یکدیگر است که این بر هم کنش میتواند از راه تماس مستقیم باشد

اصول انتخاب موتور با مفاهیم بسیار ساده شروع و با نکات کاربردی به پایان می رسد که این خود به درک و همراهی خواننده کمک بسیاری می کند.

Part 4, Ind. Chem. (II) فصل سوم: عملیات تقطیر

تئوری رفتار مصرف کننده : می گیریم. فرض اول: فرض دوم: فرض سوم: فرض چهارم: برای بیان تئوری رفتار مصرف کننده ابتدا چهار فرض زیر را در نظر

هدف از این آزمایش آشنایی با رفتار فرکانسی مدارهاي مرتبه اول نحوه تأثیر مقادیر عناصر در این رفتار مشاهده پاسخ دامنه

جلسه 12 به صورت دنباله اي از,0 1 نمایش داده شده اند در حین محاسبه ممکن است با خطا مواجه شده و یکی از بیت هاي آن. p 1

باشند و c عددی ثابت باشد آنگاه تابع های زیر نیز در a پیوسته اند. به شرطی که g(a) 0 f g

یونیزاسیون اشعهX مقدار مو ثر یونی را = تعریف میکنیم و ظرفیت مو ثر یونی نسبت مقدار مو ثر یونی به زمان تابش هدف آزمایش: مقدمه:

رسوب سختی آلیاژهای آلومینیوم: تاريخچه : فرآیند رسوب سختی )پیرسختی( در سال 6091 بوسیله آلمانی کشف گردید.

سطوح مرزی سیالها مقاومتی در برابر بزرگ شدن از خود نشان میدهند. این مقاومت همان کشش سطحی است. به

مطالعه تجربی بر انجماد سریع با استفاده از تکنیک جدید فراصوت

1 دایره فصل او ل کاربردهای بسیاری داشته است. یک قضیۀ بنیادی در هندسه موسوم با محیط ثابت دایره دارای بیشترین مساحت است. این موضوع در طراحی

جلسه ی ۴: تحلیل مجانبی الگوریتم ها

جلسه 14 را نیز تعریف کرد. عملگري که به دنبال آن هستیم باید ماتریس چگالی مربوط به یک توزیع را به ماتریس چگالی مربوط به توزیع حاشیه اي آن ببرد.

هندسه تحلیلی بردارها در فضای R

فصل دهم: همبستگی و رگرسیون

جلسه 2 جهت تعریف یک فضاي برداري نیازمند یک میدان 2 هستیم. یک میدان مجموعه اي از اعداد یا اسکالر ها به همراه اعمال

آموزش SPSS مقدماتی و پیشرفته مدیریت آمار و فناوری اطالعات -

پتانسیل های الکترودی استاندارد و کاربردهای آن

فصل چهارم : مولتی ویبراتورهای ترانزیستوری مقدمه: فیدبک مثبت


جلسه ی ۵: حل روابط بازگشتی

فصل پنجم : سینکروها جاوید سید رنجبر میالد سیفی علی آسگون

دبیرستان غیر دولتی موحد

جلسه 9 1 مدل جعبه-سیاه یا جستاري. 2 الگوریتم جستجوي Grover 1.2 مسا له 2.2 مقدمات محاسبات کوانتمی (22671) ترم بهار

مطالعه تابش جسم سیاه

جلسه 22 1 نامساویهایی در مورد اثر ماتریس ها تي وري اطلاعات کوانتومی ترم پاییز

شاخصهای پراکندگی دامنهی تغییرات:

تعیین محل قرار گیری رله ها در شبکه های سلولی چندگانه تقسیم کد

که روي سطح افقی قرار دارد متصل شده است. تمام سطوح بدون اصطکاك می باشند. نیروي F به صورت افقی به روي سطح شیبداري با زاویه شیب

جلسه ی ۳: نزدیک ترین زوج نقاط

Answers to Problem Set 5

جلسه 28. فرض کنید که m نسخه مستقل یک حالت محض دلخواه

جلسه 15 1 اثر و اثر جزي ی نظریه ي اطلاعات کوانتومی 1 ترم پاي یز جدایی پذیر باشد یعنی:

مقدمه در این فصل با مدل ارتعاشی خودرو آشنا میشویم. رفتار ارتعاشی به فرکانسهای طبیعی و مود شیپهای خودرو بستگی دارد. این مبحث به میزان افزایش راحتی

جلسه 2 1 فضاي برداري محاسبات کوانتمی (22671) ترم بهار

مشخصه های نابجایی ها چگالی نابجایی: مجموع طول نابجاییها در واحد حجم و یا تعداد نابجایی هایی که یک واحد از سطح مقطع دلخواه را قطع می کنند.

بررسی انتقال حرارت نانوسیال پایه روغن موتور در میکروکانال حلقوی با پله موجود در مسیر جریان

جلسه 16 نظریه اطلاعات کوانتمی 1 ترم پاییز

) max. 06 / ) )3 600 )2 60 )1 c 20 )2 25 )3 30 )4. K hf W است.

جلسه دوم سوم چهارم: مقدمه اي بر نظریه میدان

I = I CM + Mh 2, (cm = center of mass)

برابری کار نیروی برآیند و تغییرات انرژی جنبشی( را بدست آورید. ماتریس ممان اینرسی s I A

آشنایی با پدیده ماره (moiré)

هو الحق دانشکده ي مهندسی کامپیوتر جلسه هفتم

خاستگاه های نظر یه میدان کوانتومی

طراحی و تعیین استراتژی بهره برداری از سیستم ترکیبی توربین بادی-فتوولتاییک بر مبنای کنترل اولیه و ثانویه به منظور بهبود مشخصههای پایداری ریزشبکه

مکانيک جامدات ارائه و تحليل روش مناسب جهت افزایش استحکام اتصاالت چسبي در حالت حجم چسب یکسان

جلسه 11 3 ١ حضور و غیاب ٣ یادآوری مطالب درس جلسات گذشته مرتبط با موضوع درس این جلسه موضوع: طبیعت و ساختمان فلزات

واحد های اندازه گیری میزان پرتو: اکسپوژر: میزان یونیزاسیون تولید شده توسط پرتوX یا گاما در واحد جرم. exposure= Q

تمرینات درس ریاض عموم ٢. r(t) = (a cos t, b sin t), ٠ t ٢π. cos ٢ t sin tdt = ka۴. x = ١ ka ۴. m ٣ = ٢a. κds باشد. حاصل x٢

به نام خدا. الف( توضیح دهید چرا از این تکنیک استفاده میشود چرا تحلیل را روی کل سیگنال x[n] انجام نمیدهیم

Transcript:

خالصو تاریخچو ترمودینامیک Abrief history of thermodynamic استاد:خسروی الحسینی کاری از:آالن غالم ویسی

مروری کلی بر تاریخچه پیدایش علم ترمودینامیک حاصل پیوند و بارورسازی متقابل تولید قدرت و علم گرما بود.مهندسان تولید انرژی از آب با فرارسیدن قرن 19 ام شرایط حصول حداکثر قدرت از آبشارها را مشخص کرده بودند.اما عامل موثر توسعه آن اختراع ماشین بخار در سال 1700 بتوسط جیمز وات بود.بخار پرفشار به داخل استوانه فرستاده می شد تا بر اثر انبساط پیستونی را به حرکت درآورد.هنگامی که پیستون به انتهای استوانه رسید بخار چنان منبسط می شد که تا حد زیادی فشار خود را از دست میداد وات با ممانعت از گرم شدن غیرضروری دیواره های سیلندر موجبات حصول حداکثر کار را فراهم کرد. بین سال های 1700 تا 1900 علم ترمودینامیک به کندی و به سختی پیشرفت می کرد. در سال 1900 علم ترمودینامیک کالسیک به سبب تالش های دانشمندانی چون مایر گیبس کلوین کالزیوس و... که طی 200 سال اخیر صورت گرفته بود ذاتا کامل شده بود. هم اکنون شاخه های مختلف و تخصصیی از علم ترمودینامیک توسعه یافته اند. 2

مفهوم دما دما یکی از کمیت های بنیادی در فیزیک کالسیک و فیزیک نوین است.برای کمی کردن احساس گرما وسرما از مفهوم دما استفاده می شود و قانون صفرم ترمودینامیک حاوی چنین مفهمومی است.این قانون می گوید: اگر جسمA با جسم B و جسم C با جسمB در تعادل گرمایی باشند آنگاه جسمA باB در تعادل گرمایی است. در این مقاله ما ابتدا به دانشمندانی که به این مقوله پرداخته اند می پردازیم و سپس انواع مقیاس های را بیان کرده و توضیح مختصری من باب هرکدام می دهیم. از نقطه نظر تاریخی مفهوم دما از طریق قانون دوم ترمودینامیک به چاچوب نظری ترمودینامیک راه یافت.بدون اینکه بخواهیم از محوریت موضوع دور شویم می توانیم بیان کلوین قانون دوم ترمودینامیک را بگوییم:هیچ فرآیندی که نتیجه آن تبدیل کامل گرما به کار 3

خالصه تاریخچه ترمودینامیک باشد امکان پذیر نیست.به بیان ساده تر امکان ندارد که یک ماشین گرمایی تمام انرژی حاصله از منبع گرم را به کار تبدیل کند. حال به معرفی دانشمندانی می پردازیم که در بسط این مفهوم مشارکت داشته اند. گالیله:بدون اینکه اهمیت مفهوم دما را درک کند مبتکر اولین دماسنج ابتدایی بود.وی در سال 1592 این دماسنج یا دمانمای هوایی را اختراع کرد.دماسنج وی تابع تغییرات فشار جو بود و این نقطه ضعف آن بود که وی با اختراع دماسنجی که از مایعی در شیشه مسدود شده بود این ضعف را برطرف کرد. فارنهایت:در سال 1713 گابریل فارنهایت پایین ترین دمایی را که با مخلوط آب نمک و سخ بدست می امد صفر و 12 برای دمای بدن پیشنهاد کرد.فارنهایت نشان داد تغییر نقطه انجماد آب خالص یکی از نتایج فوق سردسازی است. بعد از کاهش اولیه دما انرژی آزاد شده در انجماد دما را به نقطه ثابت که دما سنج آن را 32 فارنهایت نشان می داد باز میگرداند.نقطه جوش آب را اوله رومر و ادموند هالی به عنوان نقطه ثابت دیگر که در زمان مرگ فارنهایت 212 فارنهایت بود پیشنهاد کردند.مخلص کالم اینکه فارنهایت 4

بر اساس انبساط سیال اندازه گیری کرد. سلسیوس: آندره سلسیوس دما سنج خود را در سال 1742 اختراع کرد.او دمای مخلوطی از آب و یخ در حالت تعادل و تحت فشار جو را به عنوان صفر درجه ی سلسیوس و دمای مخلوط آب و بخار در حال تعادل در فشار جو را 100 درجه سلسیوس درنظر گرفت و بین این دو را به 100 قسمت مساوی تقسیم کرد. آنتوان الووازیه: که از شمیدانان برجسته قرن 19 ام بود و کاشف اکسیژن و براندازنده نظریه فلوژیستون فهمید که تمام مواد از اتم ها مولکول ها تشکیل شده اند. جان دالتون: که از تبیین کننده های نظریه اتمی مواد است بیان کرد که تفسیر دما می تواند این باشد:میانگین سرعت ذرات)گازها( و میانگین ارتعاش ذرات تشکیل دهنده جامدات. 5

کلوین: ویلیام تامسون)به بعد ها لرد کلوین نام گرفت( یکی از بزرگ دانشمندانی است که نقش محوریی در توسعه علم ترمودینامیک داشت.در اواخر دهه 1840 تامسون به طرز فزاینده ایی به نظریهنیروی محرک گرمایی کارنو عالقه مند شده بود.کارنو ادعا کرده بود که کارکرد موتور گرمایی درست همانند چرخ- های آبی اساسا به افت گرمای میان دمای زیاد دیگ بخار و دمای کم چگالنده بستگی دارداین طرز تلقی وی را به کشف مقیاس دمای مطلق در سال 1848 رهنمون ساخت این مقیاس دما اختالف دما را با کار انجام شده مرتبط می سازد و مستقل از نوع ماده خواهد بود. اجازه بدهید کمی بیشتر توضیح دهم: 6

ژوزف گی-لوساک ژاک شارل و جان دالتون به طور مستقل از یکدیگر دریافتند که مقادیر ضرایب انبساط)درصد تغییر حجم به ازای تغییر معین دما( در فشار ثابت برای گازهای معمولی تقریبا یکسان است.مقدار این ضریب تقریبا مستقل از فشار ثابت است.این بدان معنی است که حجم گاز تابعی خطی از دماست.این رابطه حجمی در دمای خیلی کم نباید باشد چه در غیر این صورت حجم گاز صفر وسپس منفی خواهد شد. این صفر را صفر مطلق و این دما را دمای مطلق می نامند. همه ما می دانیم که رفتار گازهای ایده آل با حقیقی تفاوت هایی دارد.اندازه گیری دما بر اساس این مقیاس مطلق با گازهای حقیقی متفاوت بسته به نوع گاز به نتایج متغیری می انجامد.بنابراین ضرورت وجود مقیاسی که مستقل از نوع ماده باشد حس می شد. زا طرفی برای فشار های کم بهتر می بود که مقیاسی داشته باشیم تا با مقیاس)گاز( مطلق در توافق باشد. لرد کلوین در سال 1847 مقیاسی که بر نظریه ماشین گرمایی کارنو استوار بود ارائه کرد بدین ترتیب که برای هر ماشین گرمایی برگشت پذیری که بین دمای ثابت زیاد و دمای- 7

ثابت کم در مقیاس ترمودینامیکی کلوین کار می کند مقدار انرژی که به سیستم داده می شود به مقدار انرژی که از سیستم خارج می شود برابر باشد.که این امر مستقل از سیالی است که در ماشین کار می کند. در صفر مطلق تقریبا تمام ذرات از جنبش باز می ایستند و البته این به ان معنا نیست که واکنش ذرات و واکنش پذیری آنها کم می شود. می دانیم که رابطه بین سلسیوس و کلوین)دمای مطلق( به صورت زیر است: T(K) = T( o C ) + T 0 دمای مطلق 0 درجه کلوین یا T 0 درجه سلسیوس است می خواهیم به شما نشان دهیم که مقدار درجه سلسیوس را چگونه یافته اند: 8

T, o C 0 Solid CO 2x Ice x Boiling water X -273=T 0 0 p gas - 273 o C =دمای مطلق 9

: دما سنج گازی T F = 0 + 273 = 273 K p o فشار شکن- 1atm =شیر ستون Area = A C ~ 1.6 m V t =حجم لوله شیر فشار شکن n 1 مخزن بالن lحجم = V F روغن 10 10 گرم کننده

ترمومتر های گازی در حقیقت از همان قوانین ساده گازههای کامل استفاده کرده و با توجه به افزایش فشار در اثر افزایش دما در حجم ثابت با اندازه گیری این فشار و کالیبره آن بر حسب دما مقدار دما را اندازه گیری کرد. مزیت این ترمومتر نسبت به دماسنجهای دیگر افزایش طول دنباله آن تا چند متر است. در حقیت دنباله این ترمومترهای از یک لوله موئین تشکیل شده که معموال به کمک شیلد از محیط اطراف عایق میشوند و تنها قست حباب شکل انتهای آن حساس به دما بوده و به عنوان سنسور تجهیز در نظر گرفته میشود. در این دما سنج گازی هوا با افزایش دما منبسط می شود و بر سطح روغن فشار اعمال مب شود و این امر سبب می شود که روغن از لوله باال بیاید. در نهایت مقیاس دما تثبیت شد: بنا بر توافق بین المللی اکنون مقیاس های دما بر اساس صفر مطلق و نقطه سه گانه آب تعریف می شوند.ئر نهایت در سال 1968 در مقیاس دمای عملی بین المللی نقطه سه گانه آب تحت فشار متعارف جو را 0.01 درجه سلسیوس گرفتند. منظور از نقطه سه گانه دما و فشار منحصر به فردی است که در آن هر سه حالت جامد مایع 11

مایع و گاز ماده ای خالص در کنار هم حضور دارند.این نقطه اهمیت زیادی دارد چرا که به عنوان نقطه ثابت بین المللی انتخاب گردیده است. 0.01 o C=T P=611 Pa (0.00611 atm) باید دانست که دمایی زیر دمای صفر مطلق وجود ندارد و تاکنون به طور مطلق امکان دستیابی به این دما وجود نداشته است. 12

گرما در فیزیک و فناوری سه معنای متمایز برای گرما می شناسیم. یکی از تعبیرهای گرما دما یا میزان گرمی است.این معنی امروزه در فیزیک کنار گذاشته شده است اما در زبان محاوره معانی فنی خاص)گرمای سرخ در مقابل گرمای سفید( و یا در درمان گرمایی هنوز استفاده می شود. تعبیر دوم از گرما عبارت است از:آن قسمت از انرژی داخلی که همراه با دما تغییر می کند.انرژی داخلی شامل انرژی هسته ای انرژی شیمیایی و انرژی الکترونی می شود.انرژی گرمایی شامل چند نوع انرژی مولکولی از قبیل انرژی جنبشی انتقالی انرژی جنبشی چرخشی و همچنین انرژی جنبشی نوسانی می شود. سومین تعبیر گرما را که در ترمودینامیک تقریبا همیشه با نمادQ نشان داده می شود 13

انتقال انرژی گرمایی می نامند. ر آنتوان الوازیه اولین کسی بود که با استفاده از نظریات جوزف بلک ) تالش کرد که هر سه معنی گرما را در نظریه ی واحدی گرد آورد. بنابر نظریه الوازیه شاره ای به نام کالریک عامل احساس دماست. وقتی کالریک به جسمی اضافه می شود مقدار کالریک)انرژی گرمایی آن جسم افزایش می یابد و باعث باال رفتن دما می شود. کمی بعد بنجامین تامسون یا همان کنت رامفورد نشان داد که نظریه الوازیه با آزمایش سازگار نیست.او به ویزه نشان داد که از سوراخ کردن فلز برنج هر مقدار دلخواهی انرژی گرمایی می توان به دست اورد و اگر برنج کمتری بریده شود این مقدار انرژی بیشتر خواهد شد.به عالوه خرده های برنج نیز همان ظرفیت گرمایی برنج اولیه بریده نشده را دارند. 14

آزمایش سوراخ کردن توپ با مته بتوسط رامفورد کنت رامفورد) 1814-1753 ( 15

باالخره در اواسط قرن 19 ام بود که در نتیجه تالش های رابرت مایر و هرمان فون هلمهولتز در آلمان و به خصوص کارهای تجربی آبجوساز انگلیسی به نام جیمز پریسکات ژول شناختی از انرژی و رابطه آن با سه تعبیر گرما حاصل شد. اجازه بدهید ابتدا به طور مختصر و خالصه فعالیت های ژول و مایر را بیان کنمی تا بدانیم که دانشمندان چگونه به مفهوم پایستگی انرژی که گرما هم حالتی از ان است رسیدند. نقطه مشترک رهیافت این مشکل مشترک بودن یک ایده در ذهن این سه نفر و ایضا 9 نفر از دانشمندان دیگر بود: تبدیل به نحوی با پایستگی ارتباط دارد هرگاه یک اثر به اثر دیگر تبدیل می شد اندازه ای از نخستین اثر از لحاظ کمی با همان اندازه از اثر دوم جابه جا می شد. 16

ناگفته نماند که اصل پایستگی چیز جدیدی برای دانشمندان نبود.در طول تاریخ کمیت های بسیاری در علم فیزیک وجود دارد که پایستگی آنها محرز شده است. است.طرفداران نظریه کالریک پایستاری گرما را به عنوان اصل موضوعه پذیرفته بودند.در اواخر قرن هجدهم آنتوان الووازیه و دیگران ثابت کردند که جرم در واکنشهای شیمیایی پایستار است هر گاه یک واکنش شیمیایی در محفظه مسدودی انجام پذیرد در جرم کلی تغییری حاصل نمی شود. بنا براین برای نظریه پردازانی که فرآینده ای پایستگی را مطالعه می کردند طبیعی بود تا تالش کنند نظریه های خود را بر مبنای یک قانون پایستاری بسازند. اما همواره در فرمولبندی یک اصل پایستگی ابتدا می باید به یک پرسش مشکل پاسخ داده می شد که این کمیت پایسته چیست 17

وی در سال 1840 به هنگامی که در چند مورد از دریانوردان در جاوه خون میگیرد مالحظه می کند که خون سیاهرگ انها رنگ روشن قرمزی دارد.مایر حدس زد که این رنگ غیرعادی خون در نواحی استوایی حاکی از آهنگ آهسته تر اکسایش سوخت وساز بدن است.وی متقاعد شده بود که اکسایش مواد غذایی گرمای درونی تولید می کند و دمای بدن را ثابت نگه می دارد. با استفاده از اصطالحاتی که آن زمان پذیرفته شده بود وی نظریه خود را بدین صورت بیان کرد که واکنش شیمیایی نیرویی است که صورت آن تغییر می کند اما قدر مطلق آن در فرآیند های سوخت وساز تغییر نمی کند و مهمتر از آن اینکه تغییر اکسایش سوخت وساز تنها نمونه ای از یک اثر کلی است. 18

همزمان با مایر ژول نیر چنین فعالیت هایی را انجام داد.وی یک آزمایشگر بسیار ماهر بود. وا نیز مانند مایر در رشته غیرتخصصی اش به نبوغ رسید. ژول قبل از کشف انرژی پایستگی را بر اثر آزمایش های هم ارزی یافته بود. موضوعی که از آغاز تا پایان بر پژوهش ژول حاکمیت داشت ایناعتقاد بود که هم ارزیهای کمی را می توان میان آثار گرمایی شیمیایی الکتریکی و مکانیکی یافت.او معتقد شده بود که حد وگستره ی هر یک از آثار را می توان با واحد های از هریک از آثار دیگر ارزیابی کرد.ژول این ارتباطهای کمی را در بیش از 8 طریق متفاوت بررسی کرد. در اینجا ما یکی از خالقانه ترین آزمایش های ژول را بررسی می کنیم و به سبب اینکه می خواهیم اصل موضوع را بدون خدشه وارد شدن و به طور مختصر بگوییم. 19

آزمایش وی که بدین ترتیب بود که:دو ظرف مسی با حجم ثابت یکی در خال ودیگری دارای هوای فشرده با شیری که آنها را به هم متصل می کرد در یک گرماسنج جای داده شده بود با باز کردن شیر اندازه گیری معمولی به عمل آمد.ژول دریافت که هیچ تغییر گرمایی محسوسی حاصل نشده است.انبساط هوا باعث سرد شدن هوای تحت فشار وگرم شدن خال در مقدار جزئی بود اما هیچ تغییر دمای محسوسی مشاهده نشده بود.چون سیستم مرکبی شامل دو ظرف متصل به هم مسدود بود وحجم معینی داشتوتمامی کار در درون و پشت سر هم بین دو ظرف انجام می شد. کار انجام شده به وسیله گاز در یک ظرف با کار انجام شده در یک ظرف دیگر برابر بود در نتیجه گرمای اضافی تولید شده بود.بنابراین هم ارزی گرمایی صفر بودژول نشان داد که مستقل از اینکه چه مقدار انرژی مکانیکی به گرما تبدیل شده باشد نرخ تبدیل آنها یکسان است.وی این حقیقت را هویدا ساخت که گرما چیزی بیش از حرکت است گرما انرژی است وی نشان داد که انرژی و نه گرما بقاء دارد. 20

ژول در اصل قانون اول ترمودینامیک را با کشف پایستگی ناخواسته وضع کرده بود. ژول اولین کسی بود که برای بدست اوردن ضریب تبدیل بین یکاهای متعارف انرژی مکانیکی)ژول یا فوت پوند( و یکاهای انرژی گرمایی)کالری یاBtu ( اندازه گیری دقیقی انجام داد.وی با هم زدن جیوه انرژی بدان اضافه کرد و افزایش دما را اندازه گرفت.نتیجه کارش را بیشتر با نام هم ارزی مکانیکی گرما به ازای هرBtu می شناسند. 778 1 فوت-پوند کار باید انجام داده شود. 21

کار همانطور که می دانیم از زمان نیوتون تا کنون کار به عنوان فاصله در نیرو شناخته می شود. W=F x d کار و گرما هر دو دو وجه از انرژی جنبشی هستند.همانطور که پیشتر گفتیم رامفورد و ژول ثابت کردند که کار به طور کامل قابل تبدیل به گرما می باشد. اما بر عکس آن ممکن نیست! انرژی توانایی انجام کار است بنابراین عجیب نیست که انرژی و کار واحد های یکسانی دارند و انرژی را به کمک کاری که می تواند انجام دهد اندازه گیری می کنند. 22

حاالت مختلف کار: انبساط و انقباض مانند بالن ماشین های چرخشی مانند توربینهای بخار الکتریکی مانند ماشین های برقی مکانیکی اهرم های باالبرنده مانند لیفتراک با االکلنگ 23

انرژی و قانون اول ترمودینامیک همانطور که قبال دانستید مایر درسال 1842 ف و کالزیوس و هلمهولز در سال 1850 درپی مشاهدات و آزمایش هایی فهمیدند که انرژی نه بوجود می آید و نه از بین می رود: انرژی همیشه پایستار است. انرژی به توسط شد. قانون اول ترمودینامیک به کارو گرما وابسته ΔU = Q -W انرژی خاصیت ماده است حال انکه گرما و کار فقط جلوه های متفاوت انرژی می باشند. 24

قانون دوم ترمودینامیک با اختراع ماشین بخار توسط وات به طور تجربی مشاهده شده بود که نمی توان به طور کامل گرما را به کار تبدیل کرد. سعدی کارنو پسر ساالزار کارنو مهندس و سردار معروف فرانسوی در سال 1842 به صورت تئوری نشان داد که چرا این امر ممکن نیست.کارنو در تحلیلش از این باور عمومی زمان خود که گرما درست مانند آب یک ماده است استفاده کرد او این فرض کرد که موتور گرمایی شبیه یک چرخ آبی است. همانطور که نیروی محرک کار قابل حصول از آب در حال ریزش حاصلضرب وزن آب در ارتفاعی است که آب سقوط می کند.نیروی محرک گرما نیز باید به مقدار گرما که کارنو آن را به کالری بیان کرد و ارتفاعی که گرما سقوط می کند 25

بستگی داشته باشد.درست همانطور که از آب موجود در یک سطح کاری ساخته نیست-باید سطح پایین تری وجود داشته باشد تا آب بتواند به آن بریزد تنها وقتی که گرما بتواند از یک دما باال به یک دمای پایین جریان یابد کار انجام می شود. کارنو فرض کرد که گرما نیز چنین رفتار می کند:خود به خود از یک جسم گرم به یک جسم سرد جریان می یابد.اگر یک موتور مناسب را در سر راه بگذاریم کار انجام خواهد شد. کارنو تحلیل خود را فراتر برد.او می دانست که ماکزیمم کاری که با آب در حال ربزش می توان انجام داد فقط به حاصلضرب وزن آب و ارتفاع ریزش بستگی دارد نه به طراحی چرخ آبی و نه فقط در مورد آب بلکه این مطلب در مورد همه مایعات درست است.اگر الکل یا روغن زیتون از آسمانها می بارید و رودخانه هایی تشکیل می شد که از جریانش میخواستیم برای ایجاد توان استفاده کنیم ماکزیمم کار قابل حصول باز هم حاصلضرب وزن مایع و ارتفاعی می شد که مایع سقوط می کرد. به عبارت دیگر تعیین ماکزیمم کار مستقل از ماده عامل خاص به کار رفته است. کارنو به کمک قیاس استدالل کرد که ماکزیمم کاری که یک موتور گرمایی می تواند انجام دهد نیز باید به صورت مستقل از ماده عامل بیان شود واین کار باید فقط به مقدار گرمای به کار رفته واختالف دو دمای عملکرد بستگی داشته باشد. 26

قانون دوم و آنتروپی بیان های توصیفی دیگر قانون دوم ترمودینامیک: کالزیوس: غیر ممکن است که بتوان به طور کامل گرما را به کار تبدیل کرد. کلوین-پالنک: برای هر ماشینی این امر غیر ممکن است که گرما بدون اینکه کاری صورت گیرد به طور خود به- خودفاز جسم سرد به جسم گرم برود. کالزیوس به این نکته پی برد که در هر چرخه دو فرآیند رخ می دهد: 1 (جریان گرما از محیط گرم به سرد می رود)فرآیند- کارنو( 2 (گرما به انرژی مکانیکی تبدیل می شود.)فرآیند ژول (.اما وی نمی توانست استدالل کارنوفمبنی بر دائمی بودن 27

حرکت را بپذیرد.زیرا ماشین های گرمایی همانند چرخ های آبی)ماشین های هیدورلیکی( نبودند.این امکان وجود داشت که ماشینی درنظر گرفته شود که از انرژی گرمایی جسم سرد استفاده کند و بازده ان بیش از بازده کارنو باشد. ماشین کارنویی که به کمک ماشین دیگری با بازده بیشتر به طور معکوس رانده می شد قادر بود گرما را از جسم سرد به جسم گرم منتقل کند. کالزیوس با پی بردن به این نکته که ماشین های گرمایی صرفا یک نوع انرژی را به انرژی دیگر تبدیل می کنند مفهوم تبدیل های معادل را معرفی کرد.او با استفاده از کسر تامسون Q/T نشان داد که در چرخه برگشت پذیر تبدیل معادل جریان گرما و تبدیل گرما دقیقا با هم برابرند. کالزیوس مفهوم تغییرات انرژی را به مفهوم معادل تعمیم داد.هنگامی که جسم گرما بدست می آورد منبسط هم می شود و با جابه جا شدن مولکولها کار درونی انجام می گردد.وی استدالل کرد که حاصلجمع مقادیر معادل 28

این دو تبدیل باید بر حسب کسر تامسون بیان گردد این کسر حالت انرژی جسم را بدست میدهد وی مصر بود که این کسر نام را به خود بگیرد. آنتروپی ΔS = Q/T ترمودینامیک شیمیایی و مواد: این شاخه با موارد زیر سروکار دارد:.1.2.3 اجزاء متعدد فازهای چند گانه واکنش ترکیب های شیمیایی تعادل در حالتی که p و T ثابت اند. این شاخه توسط ویالرد گیبس استاد دانشگاه یل توسعه یافت.گیبس مفهومی به نام پتانسیل شیمیایی را ارائه کرد که برای: 29

واکنش های شیمیایی تبدیل شدن فازها به یکدیگر پخش شدن ماده ای در تک فازها کاربرد به سزایی دارد. پتانسیل شیمیایی در تعادل وجود ندارد چون فرآیند متوقف شده است..I.II.III 30

ترمودینامیک آماری: بولتزمن:کشف فرمولی برای آنتروپی مطلق در سال 1885. پالنک: کوانتیده کردن انرژی و لحاظ کردن مقدارهای مشخص برای آن در 1900. اینشتین-دبای:توضیح دادن مکانیک کوانتوم درباره گرمای ویژه جامدات در سال 1905. فرمی دیراک بوز: جیاکو: مقداری کردن ترمودینامیک آماری. وضع قانون سوم ترمودینامیک مبنی بر صفر بودن انتروپی اجسام در صفر درجه کلوین در سال 1930. 31

32

منابع مورد استف اده: 1 (دانشنامو فیزیک-مرکز تحصیالت تکمیلی علوم پایو زنجان 2 (ترمودینامیک و عالم-مری گلدشتاین/مرکز نشر دانشگاىی 3 (فیزیک و واقعیت-اینشتین/نشر خوارزمی 4 (فیزیکدانان بزرگ-کروپر/انتشارات ف اطمی 33