أنواع الأنظمة في دراسة الديناميكا الحرارية

أنواع الأنظمة في الديناميكا الحرارية

تنقسم الأنظمة في الديناميكا الحرارية إلى ثلاثة أنواع رئيسية، وذلك بناءً على اختلاف خصائص كل نوع. وتم تصنيف هذه الأنظمة كما يلي:

النظام المفتوح

النظام المفتوح (بالإنجليزية: open system) هو النظام الذي يتيح تبادل الطاقة والمادة مع بيئته المحيطة. ومن الأمثلة الشائعة على هذا النظام هو الموقد، حيث يتم إطلاق الحرارة وبخار الماء إلى المحيط، مما يؤدي إلى فقدانها في الهواء.

النظام المغلق

النظام المغلق (بالإنجليزية: closed system) هو النظام الذي يسمح بتبادل الطاقة فقط مع محيطه، دون تبادل المادة. ومن الأمثلة العملية على هذا النظام هو استخدام غطاء محكم على الموقد، مما يمكن الحرارة من الانتقال إلى البيئة الخارجية مع بقاء كمية المادة ثابتة.

النظام المعزول

النظام المعزول (بالإنجليزية: isolated system) هو النظام الذي لا يتأثر بمحيطه، حيث لا يحدث تبادل للمادة أو الطاقة مع البيئة الخارجة. ومن الصعب تحقيق نظام معزول بشكل مثالي. ومن الأمثلة العملية على ذلك صندوق تبريد المشروبات، الذي يتميز بغطاء يعزله وبالتالي يشبه نظاماً معزولاً. رغم أن الأشياء داخله قد تتبادل الطاقة فيما بينها، إلا أن تبادل الطاقة الحرارية مع البيئة الخارجية يكون ضئيلاً جداً، مما يؤدي إلى انخفاض درجة حرارة المشروبات عند ذوبان الجليد القليل داخل الصندوق.

هل يُعتبر جسم الإنسان نظامًا مغلقًا أم مفتوحًا؟

بعد التعرف على الأنظمة في الديناميكا الحرارية، يطرح سؤال مهم: هل يُعتبر جسم الإنسان نظامًا مفتوحًا أم مغلقًا؟ الجواب هو أن جميع الكائنات الحية تُصنف كنظام مفتوح، حيث يتم تبادل الطاقة باستمرار بين الكائنات الحية وبيئتها. فعند ممارسة أي جهد، يتم إنتاج الزفير وإطلاق ثاني أكسيد الكربون إلى الغلاف الجوي، مما يُشير بوضوح إلى تبادل الطاقة والمادة مع المحيط الخارجي.

ما هي الديناميكا الحرارية؟

الديناميكا الحرارية (بالإنجليزية: Thermodynamics) هي فرع من فروع الفيزياء الذي يتعامل مع الطاقة وكيفية عمل الأنظمة، بالإضافة إلى وصف تحولات الطاقة الحرارية (بالإنجليزية: Thermal energy) إلى أشكال أخرى من الطاقة وتأثير ذلك عليها. بدأ الاهتمام بمجال الديناميكا الحرارية في القرن التاسع عشر، عندما اكتشف العلماء كيفية تصميم وتشغيل المحركات البخارية. ومن الجدير بالذكر أن الطاقة الحرارية هي الطاقة التي تمتلكها المادة أو النظام بفعل درجة حرارته، مما يعني أنها تعكس طاقة الجزيئات المتحركة أو الاهتزازية.

النظام في الديناميكا الحرارية

يمكن تعريف النظام الديناميكي الحراري على أنه جزء من الكون الذي يحدث عليه تغييرات. والمناطق المحيطة بهذا النظام، تُعرف بأنها بقية الكون وتعبر عن كل ما عدا النظام نفسه. وبالتالي، يمكن التعبير عن العلاقة بين النظام الديناميكي الحراري ومحيطه والكون بالصورة التالية:

الكون = النظام + المحيط.