close
دانلود فیلم
قوانین ترمودینامیک قسمت اول

شیمی پیام نور
يكي از تعاريف عالي ترموديناميك اين است كه ترموديناميك علم انرژي و آنتروپي ميباشد. ترديدي نيست كه علم در چنين تعريفي با تعبيري پوزيتيويستيك…

قوانین ترمودینامیک قسمت اول

یکشنبه 6 فروردين 1391

يكي از تعاريف عالي ترموديناميك اين است كه ترموديناميك علم انرژي و آنتروپي ميباشد. ترديدي نيست كه علم در چنين تعريفي با تعبيري پوزيتيويستيك به معناي دانشي بر پايهء مشاهدات تجربي بيان شده است. از اين منظر هركجا كه سخني از علم ميرود مقصود علم تجربي است  .

 

يكي از تعاريف عالي ترموديناميك اين است كه ترموديناميك علم انرژي و آنتروپي ميباشد. ترديدي نيست كه علم در چنين تعريفي با تعبيري پوزيتيويستيك به معناي دانشي بر پايهء مشاهدات تجربي بيان شده است. از اين منظر هركجا كه سخني از علم ميرود مقصود علم تجربي است  .  برتراند راسل معتقد است اگر نتوانيم از چيزي آگاهي تجربي بدست آوريم هيچ آگاهي ازآن نخواهيم داشت. با اين تفاسير ترموديناميك يك علم تجربي  است. چرا كه  در قوانين بنيادي آن  يافته هاي تجربي  بصورت  روابط   رياضي درآمده اند. بنيان ترموديناميك بر پايهء مشاهدات تجربي است.  تجربي  است از اينرو كه  قابليت تجربه پذيري همگاني  دارد. پديده اي كه مورد كاوش تجربي قرار مي گيرد  بايد چنان  باشد كه همه بتوانند در آزمون آن شركت  كنندوهركس  با تحصيل  شرايط خاص  بتواند به آساني آن را تجربه كند. اموري كه تنها براي يكبار اتفاق مي افتد  يا اموري كه تجربه آنها همگاني نيست از قلمروكاوشهاي علمي بيرون مي مانند             

  تجربه مشاهدات تكرارپذيريست كه عيني بوده وهمه بتوانندآن كاوش را انجام داده و نتايجش را بررسي كنند.بنابراين واضح است كه ترموديناميك واجد شرايط تجربه پذيري علمي است. بااين وجود مباحث مربوط به ترموديناميك فاقد آن تجربه گري صرف است كه در برخي ازعلوم وجود دارد. بدين معني كه ترموديناميك فقط برپايه تجربه ومشاهده نيست.اصولا مباحث مرتبط با مكانيك و شاخه هاي آن دقت و تاكيد فراواني بر استدلال استقرايي دارندواصول بنيادي مكانيك برپايه مدلسازي رياضي ازپديده هاي فيزيكي است .  پايه هاي اصلي مباحث ترموديناميك را مانند تكيه گاههاي منطقي علم مكانيك بايد  در شهود  و تجربه جستجوكرد.ازآن پس  ميتوان يك چارچوب ذهني ترتيب داد و به عنوان مثال  با پي ريزي يك مدل منطقي  ميتوان مطالعهء مكانيك شاره ها را  در ادامهء  مكانيك مقدماتي و ترموديناميك قرار داد.     

پايه ها ي  مطالعه مكانيك شاره ها:

پايستاري جرم

قانون دوم نيوتن

اصل تكانه زاويه اي

قانون اول و دوم ترموديناميك

شش اصل بنيادي در مكانيك مقدماتي

اصل قابليت انتقال    

قانون گرانش نيوتن   

قانون اول نيوتن  

قانون دوم نيوتن  

قانون سوم نيوتن

قانون متوازي الاضلاع براي جمع بستن نيروها

به استثناء قانون اول نيوتن و اصل قابليت انتقال كه دو اصل بنيادي مستقل هستند ساير اصول مكانيك مقدماتي مبتني بر شواهد تجربي اند.با اين اوصاف مطالعه ترموديناميك صرفاً بر پايهء تجربه گري نيست بلكه آميزه اي از درك شهودي و تجربهء مستقيم ميباشد. قوانين ترموديناميك را ميتوان بر اساس تعاريف اصولي و رايج علم نيز بررسي كرد:

الف: يك قانون علمي نظمي هميشگي و پايدار را بيان ميكند.قضاياي كلي عموما"  با هميشه/هيچ/هر يا همه آغاز ميشوند

ب: قوانين علمي توانايي پيشگويي مشروط دارند و با دانستن وضع فعلي سيستم ميتوان آيندهء آن را به طور مشروط معلوم كرد.

ج: قوانين علمي وقوع برخي پديده ها را در جهان نامكمن و نشدني اعلام مي كنند ابطال پذيرند و ميتوان تصور كرد كه روزي تجربه اي خلاف آن مشاهده شود.

د: قوانين و فرضيات علمي توتولوژيك نيستند حصر منطقي ندارند و جميع حالات ممكن را در بر نميگيرند

ه: قوانين علمي گزينشي هستند و هرگز همه جوانب پديده ها را تجربه و تحقيق نمي كنند.

 قوانين ترموديناميك مجموعهء اين تعاريف را ارضا مي كند. في المثل وقتي گفته ميشود كه قانون اول ترموديناميك براي هر سيكل بسته اي برقرار ميباشد سخن از يك تجربه هميشگي و پايدار گفته ايم. با قوانين ترموديناميك مي توان آيندهء يك سيستم را از قرائن فعلي آن پيش بيني نمود. قوانين ترموديناميك همچنين وقوع پديده هايي را ناممكن اعلام مي كنند. اين خاصيت ابطال پذيري قوانين علمي است كه به پديده ها اجازه هرگونه جهتي را نمي دهند ونسبت به جهتگيري حوادث بي تفاوت نيستند. ابطال پذيري به معناي باطل بودن نيست. قانون ابطال پذير يعني قانوني كه براي آن بتوان تصور كرد كه در صورت وقوع پديده اي باطل مي شود.  نقش تجربه هم در علوم كشف بطلان است و نه اثبات صحت . ابطال پذيري به معناي اين نيست كه اين  قوانين حتماً روزي  باطل خواهند شد بلكه اگر صحت يك قانون علمي تضمين هم شده باشد باز هم ابطال پذير خواهد بود.

يعني در فرض مي توان تجربه اي را كه ناقض آن است پيدا كرد.ابطال پذيري  معادل تجربه پذيري است. قانوني علمي است كه تجربه پذير باشد ووقتي تجربه پذير است كه ابطال پذير باشد و وقتي ابطال پذير است كه نسبت به جهان خارج وجهت  پديده هاي آن بي تفاوت نباشد قوانين ترموديناميك مثل هر قانون علمي ديگرگزينشي هستند. وفقط چند خاصيت محدود را بررسي مي كنند. بعنوان مثال مدل گازايده آل فرايند پلي تروپيك  PV=mRT

فقط به چند خاصيت از قبيل فشار دما حجم و... محدود مي شود. هيچ قانون ترموديناميكي يافت نمي شود كه در آن همهء  خواص ترموديناميكي منظور شده باشد.هر قانون تنها جنبه هايي خاص را مورد بررسي قرار مي دهد. بدين ترتيب در ترموديناميك با يك سري قواعد اصالتاً علمي مواجهيم  كه ضمن علمي بودن نتايج و برداشتهاي فلسفي با اهميتي را نيز در بر مي گيرد.

ترموديناميك در قالب چهار قانون بنيادي ارائه مي شود و در نامگذاري اين چهار قانون نوعي روند تكاملي لحاظ شده است.

-          قانون صفرم ترموديناميك: هر دو جسم كه با جسم سومي داراي تساوي درجه حرارت باشند آن دو جسم نيزبا هم تساوي حرارت دارند

 

-          قانون اول ترموديناميك: براي هر سيستم در حال پيمودن يك سيكل انتگرال سيكلي حرارت متناسب با انتگرال سيكلي كار مي باشد.(قانون بقاي انرژي)

-          قانون دوم ترموديناميك:غيرممكن است وسيله اي بسازيم كه در يك سيكل عمل كند وتنها اثر آن انتقال حرارت از جسم سردتر به گرمتر باشد.

قانون سوم ترموديناميك: اين قانون بيان مي‌كند كه ممكن نيست از طريق يك سلسله فرايند متناهي به صفر مطلق دست يافت. به عبارتي رسيدن به صفر مطلق محال است.

قانون صفرم ترموديناميك منطقاً بديهي به نظر مي رسد.اگر چه كه تجربه پذير است و مي توان صحت و اعتبار آن را آزمايش كرد.اين قانون اساس اندازه گيري درجه حرارت است و نمي توان آن را از ساير قوانين نتيجه گرفت. قانون صفرم ترموديناميك از اين رو قبل از قوانين اول و دوم مي آيد كه براي بيان ساير قوانين ترموديناميك به مقياسي  براي ادوات اندازه گيري درجه حرارت نياز است. بدين ترتيب اعدادي را روي دماسنج قرار داده و گفته مي شود جسم داراي درجه حرارتي است كه روي دماسنج قرائت مي شود. بنا براين منطقي است كه اين قانون قبل از ساير قوانين ترموديناميك ارائه شود.مطابق با اين قانون اندازه گيري درجه حرارت يك پايه منطقي پيدا مي كند و در ادامه مي توانيم ساير قوانين بنيادي ترموديناميك را با اتكا به اين پايه منطقي بيان كنيم. قانون اول ترموديناميك بيانگر اين مطلب است كه در يك سيكل ترموديناميكي مقدار حرارت منتقل شده از سيستم برابر با مقدار كار انجام شده بر سيستم مي باشد. در عين حال اين قانون هيچ محدوديتي براي  جهت جريان حرارت و كار ايجاد نمي كند. اين محدوديت در قالب  قانون دوم بيان ميشود.

قانون دوم ترموديناميك بيان مي دارد كه يك فرايند فقط در يك جهت معين پيش مي رود و در جهت خلاف آن قابل وقوع نيست.  متناقض نبودن يك سيكل با قانون اول دليلي بر اين نيست كه آن سيكل حتما اتفاق مي افتد.اين نوع مشاهدات تجربي منجر به تنظيم قانون دوم ترموديناميك مي شود. پس فقط  آن سيكلي  قابل وقوع است كه با قوانين اول و دوم ترموديناميك همخواني داشته باشد. پس واضح به نظر مي رسد كه قانون دوم بيان يك توضيح تكميلي از قانون اول است كه قيد مجاز نبودن به هر جهت دلخواه  براي  كار  و حرارت را بر آن مي نهد. از اين رو در روند تكامل منطقي قوانين ترموديناميك پس از قانون اول بيان مي شود.  در كاربرد قانون دوم  دانستن مقدار مطلق آنتروپي ضروري مي شود و همين مساله منجر به تنظيم  قانون سوم ترموديناميك مي گردد.   بنابراين مشاهده شد كه قوانين ترموديناميك در يك سير تكامل منطقي در امتداد يكديگر بيان مي شوند. قانون اول پايهء منطقي اندازه گيري درجه حرارت را مي دهد.  قانون اول منجر به بيان قانون دوم شده وقانون دوم نيز به بيان قانون سوم ترموديناميك مي انجامد.......ادامه دارد

 منبع

سایت سی پی اچ تئوری . سایت هویا گزیده هایی از مقاله عرفان کسرایی