الشكل 17-6 - كتاب الفيزياء - الصف 11 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

📚 القانون الثاني للديناميكا الحرارية والإنتروبيا

المفاهيم الأساسية

الإنتروبيا: مقياس لعدم توافر طاقة مفيدة (أو عدم الانتظام). تزداد في العمليات التلقائية.

خريطة المفاهيم

```markmap

المحركات الحرارية

القانون الثاني في الديناميكا الحرارية

الإنتروبيا

• قياس لعدم الانتظام (الفوضى) في النظام
• تزداد مع زيادة العشوائية
• خاصية داخلية للجسم (مثل الطاقة الحرارية)
• مقياس لعدم توافر طاقة مفيدة

#### التغير في الإنتروبيا

• ΔS = Q / T
• وحدة الإنتروبي: J/K
• ΔS = الحرارة المضافة (Q) / درجة الحرارة بالكلفن (T)
• يزداد الإنتروبي عند إضافة حرارة
• ينقص الإنتروبي عند انتزاع حرارة
• لا يتغير الإنتروبي عند بذل شغل دون تغير في درجة الحرارة (إذا أهمل الاحتكاك)

الحرارة الضائعة

• تتولد دائمًا في أي آلة، حتى المثالية
• نتيجة لدراسة سادي كارنو في القرن التاسع عشر
• تؤدي إلى زيادة الإنتروبي

العمليات التلقائية

• مثال: سقوط كرة بيسبول
• تتحول طاقة وضع الكرة إلى طاقة حركية
• تصطدم الكرة بجزيئات الهواء ذات سرعات عشوائية
• تزيد الطاقة من عشوائية وسرعات الجزيئات (تزيد الإنتروبي)
• من المستبعد عودة الجزيئات لوضعها السابق لتعيد طاقتها للكرة

أمثلة على القانون الثاني

• اختلاط صبغة الطعام بالماء تلقائياً
• انتقال الحرارة تلقائياً من الجسم الساخن إلى البارد
• زيادة الفوضى (الإنتروبي) في الغرفة إذا لم يتم ترتيبها
• غوص شخص في الماء (يحدث) مقابل قذف جزيئات الماء له إلى منصة الغطس (لا يحدث)

مخالفات للقانون الثاني

• أحداث غير متوقعة تحدث عكس الاتجاه الطبيعي
• مثال: ملعقة معدنية يصبح أحد طرفيها ساخناً والآخر بارداً فجأة

أزمة الطاقة ومعنى جديد

• لا تفنى الطاقة (القانون الأول) بل تتحول من شكل لآخر.
• المشكلة ليست في استهلاك الطاقة بل في زيادة الإنتروبيا وفقدان الطاقة القابلة للاستخدام.
• مثال: حرق الغاز الطبيعي (طاقة كيميائية منظمة) يتحول إلى طاقة حرارية في هواء غير منتظم (طاقة غير متاحة للشغل).

التطور التاريخي (الشكل 17-6)

• 1790's: ظهور علم الديناميكا الحرارية لدراسة تحويل الطاقة الحرارية إلى شغل ميكانيكي.
• 1824: كارنو يدرس كمية الحرارة في الآلة البخارية (دورة كارنو).
• 1840: هيرمان هس يدرس حرارة التفاعلات الكيميائية وإمكانية تحول الطاقة.
• 1841: التوصل إلى قانون بقاء الطاقة (في نظام مغلق).
• 1844: جيمس جول يجد المكافئ الميكانيكي الحراري.
• 1845: كلاوسيوس يربط تحويل الطاقة بالشغل الميكانيكي.

```

نقاط مهمة

• القانون الثاني يفسر لماذا تحدث بعض العمليات (كالغوص في الماء) ولا تحدث أخرى عكسها (كقذف الماء لك للأعلى).
• "أزمة الطاقة" الحقيقية هي أزمة إنتروبيا: تحويل الطاقة من شكل منظم (مفيد) إلى شكل عشوائي (غير مفيد).
• الطاقة لا تُستهلك بل تتحول، ولكن جودتها وقابليتها للاستخدام تقل بسبب زيادة الإنتروبيا.
• احتمال عكس العمليات التلقائية (مثل عودة جزيئات الهواء الدافئ لتشكيل غاز منظم) معدوم عملياً، وليس مستحيلاً رياضياً فقط.

وإذا غصت في بركة سباحة فسوف تتوقع بديعاً أنك ستدفع جزيئات الماء بعيداً عند دخولك إلى الماء، ولكنك ستندهش إذا عملت الجزيئات كلها على قذف تلقائياً إلى منصة الغطس. لن يخالف أي من هذه العمليات الافتراضية المعكوسة القانون الأول في الديناميكا الحرارية. وتعد ببساطة أمثلة على الأحداث التي لا تحدث ولا حصر لها؛ لأنها لا تخالف القانون الثاني في الديناميكا الحرارية.

يقدم القانون الثاني في الديناميكا الحرارية وزيادة الإنتروبيا معنى جديداً لما يسمى أزمة الطاقة. وتشير أزمة الطاقة إلى المشاكل الناجمة عن الاستخدام المستمر للمصادر المحدودة من الوقود الأحفوري، مثل الغاز الطبيعي، والنفط. فأنت عندما تستخدم مصدراً مثل الغاز الطبيعي لتدفئة منزلك، فإنك لا تستهلك الطاقة التي في الغاز، وإنما تحول الطاقة الكيميائية الكامنة في جزيئات الغاز إلى طاقة حرارية في اللهب، ثم تنتقل الطاقة الحرارية التي في اللهب إلى طاقة حرارية في الهواء داخل المنزل، ولا تفنى الطاقة حتى لو تسرب هذا الهواء الدافئ إلى الخارج؛ فالطاقة لم تستهلك. أما الإنتروبيا فقد ازداد.

إن التركيب الكيميائي للغاز الطبيعي منظم جداً، وكما تعلمت، عندما تصبح مادة أكثر سخونة، فإن متوسط الطاقة الحركية للجزيئات داخل المادة يزداد، أما الحركة العشوائية للهواء الدافئ فتصبح غير منتظمة. ورغم أنه من الممكن رياضياً للترتيب الكيميائي الأصلي، إلا أن احتمال حدوث ذلك بالتأكيد معدومة. وهذا السبب، يستخدم الإنتروبى غالباً بوصفه مقياساً لعدم توافر طاقة مفيدة. فالطاقة التي في الهواء المنزل غير متوفرة لتنجز شغلاً ميكانيكيًا أو لتنقل الحرارة إلى أجسام أخرى، كما هو الحال بالنسبة لجزيئات الغاز الأصلية. وإن نقص الطاقة القابلة للاستخدام هو فعلياً النسبة الجزئيات الغاز إلى شغل ميكانيكي في أواخر القرن الثامن عشر. وأكان أساساً يدرس تحول الطاقة الحرارية إلى شغل ميكانيكي في أواخر القرن الثامن عشر. وكان أساساً للطاقة الحرارية.

خط زمني يبين إسهامات بعض العلماء في تطور علم الديناميكا الحرارية وتطبيقاتها.

Ministry of Education 2025 - 1447

وإذا غصت في بركة سباحة فسوف تتوقع بديعاً أنك ستدفع جزيئات الماء بعيداً عند دخولك إلى الماء، ولكنك ستندهش إذا عملت الجزيئات كلها على قذف تلقائياً إلى منصة الغطس. لن يخالف أي من هذه العمليات الافتراضية المعكوسة القانون الأول في الديناميكا الحرارية. وتعد ببساطة أمثلة على الأحداث التي لا تحدث ولا حصر لها؛ لأنها لا تخالف القانون الثاني في الديناميكا الحرارية. يقدم القانون الثاني في الديناميكا الحرارية وزيادة الإنتروبيا معنى جديداً لما يسمى أزمة الطاقة. وتشير أزمة الطاقة إلى المشاكل الناجمة عن الاستخدام المستمر للمصادر المحدودة من الوقود الأحفوري، مثل الغاز الطبيعي، والنفط. فأنت عندما تستخدم مصدراً مثل الغاز الطبيعي لتدفئة منزلك، فإنك لا تستهلك الطاقة التي في الغاز، وإنما تحول الطاقة الكيميائية الكامنة في جزيئات الغاز إلى طاقة حرارية في اللهب، ثم تنتقل الطاقة الحرارية التي في اللهب إلى طاقة حرارية في الهواء داخل المنزل، ولا تفنى الطاقة حتى لو تسرب هذا الهواء الدافئ إلى الخارج؛ فالطاقة لم تستهلك. أما الإنتروبيا فقد ازداد. إن التركيب الكيميائي للغاز الطبيعي منظم جداً، وكما تعلمت، عندما تصبح مادة أكثر سخونة، فإن متوسط الطاقة الحركية للجزيئات داخل المادة يزداد، أما الحركة العشوائية للهواء الدافئ فتصبح غير منتظمة. ورغم أنه من الممكن رياضياً للترتيب الكيميائي الأصلي، إلا أن احتمال حدوث ذلك بالتأكيد معدومة. وهذا السبب، يستخدم الإنتروبى غالباً بوصفه مقياساً لعدم توافر طاقة مفيدة. فالطاقة التي في الهواء المنزل غير متوفرة لتنجز شغلاً ميكانيكيًا أو لتنقل الحرارة إلى أجسام أخرى، كما هو الحال بالنسبة لجزيئات الغاز الأصلية. وإن نقص الطاقة القابلة للاستخدام هو فعلياً النسبة الجزئيات الغاز إلى شغل ميكانيكي في أواخر القرن الثامن عشر. وأكان أساساً يدرس تحول الطاقة الحرارية إلى شغل ميكانيكي في أواخر القرن الثامن عشر. وكان أساساً للطاقة الحرارية. --- SECTION: الشكل 17-6 --- خط زمني يبين إسهامات بعض العلماء في تطور علم الديناميكا الحرارية وتطبيقاتها. --- SECTION: وزارة التعليم --- Ministry of Education 2025 - 1447 --- VISUAL CONTEXT --- **DIAGRAM**: خط زمني يبين إسهامات بعض العلماء في تطور علم الديناميكا الحرارية وتطبيقاتها. Description: A horizontal timeline illustrating key contributions to thermodynamics. It features dates and brief descriptions of scientific achievements. The timeline starts around 1790's and progresses to 1845. Key figures and their contributions are highlighted. X-axis: Years (e.g., 1790's, 1824, 1840, 1841, 1844, 1845) Y-axis: Not applicable for this timeline diagram Context: Provides historical context for the development of thermodynamics, highlighting key scientists and their foundational contributions to the field.