محاضرات الكيمياء الفيزيائية لطلبة الصف الأول / قسم المكائن وآلات

Report
‫محاضرات الكيمياء‬
‫الفيزيائية لطلبة الصف‬
‫األول ‪ /‬قسم المكائن‬
‫وآالت الزراعية‬
‫استاذ مساعد‬
‫وليد يعقوب يوسف‬
‫المحاضرة األولى‬
‫الديناميكا الحرارية الكيميائية‬
‫‪Chemical Thermodynamic‬‬
‫•‬
‫المقدمة‪:‬‬
‫•‬
‫تعنى بدراسة جريان الحرارة ‪ ,‬ولماا ااتاا الحارارة ناع تا ا واع اتا اا‬
‫الطاقاااة اااان ننااااث اتااا اا اقةااارة واااع الطاقاااة وقااا (الطاقاااة الحرارياااة‪ ,‬الطاقاااة‬
‫الكهربائةة‪ ,‬الطاقاة المةكاتةكةاة‪ ,‬الطاقاة المننايةياةة‪ ,‬الطاقاة الحراةاة‪ ,‬ياقاة الداد‬
‫اليااطحع) وتحااا وااروي وعةنااة يمكااع لهاامن التا اا وااع الطاقااة ان ت حا الااى‬
‫بعضها البعض‪ .‬الديناوةكا الحرارية تبحث ع تح الطاقات المخ لفاة واع لاك‬
‫الى اخر ويرق ال صا والسا فا ة واع ناما ال حا ‪,‬والبحاث ناع العةقاة باةع‬
‫ناامن التاا اا المخ لفااة وااع الطاقااات ‪.‬امااا ته ا ن بات اااا الحاارارة وااامل الداان‬
‫المصاحب لبعض العملةات الكةمةائةة والفةزيائةة‪.‬‬
‫•‬
‫ي كااااا ن وصاااااطل ‪ Thermodynamic‬واااااع واطعاااااةع نماااااا الماااااة‬
‫‪ Thermo‬اي الحاارارة والمااة يناوةا ‪ Dynamic‬اي الم حاارث وبال ااالع نااما‬
‫المصاااطل يعناااع الحااارارة الم حرااااة وال اااع ت حااا واااع لاااك الاااى اخااار‪ .‬إذن‬
‫القةرو ايناوة ن نلن يه ن بدراسة الطاقة وتح لتها ويهدي تحا تح يا اابار‬
‫وادار وع الطاقة الحرارية الناتجة وع اح راق ال ق الاى ياقاة وةكاتةكةاة بمعناى‬
‫اخر ((تحيةع افاءة المحرث)) ‪ ,‬وبٌن ّع نما العلن نلاى اسااا ال جرباة التيااتةة ‪,‬‬
‫بان الطاقة موجووة ال ممنوخ قهق وا اال ئها وا ‪,‬واع نامن الحاةااة اوكاع اسا نباي‬
‫الحاارارة‪.‬‬
‫نةقااات رياةااةة وخ لفااة بااةع خاا ال الماا ا المخ لفااة ال ااع تماا‬
‫وتع بر الديناوةكةا الحرارية را وع روا الكةمةاء الفةزيائةة المهمة والمي يمكع‬
‫ب اسط ه راساة (بداك تراري) اوكاتةاة حادوت تفانا اةمةاائع واع ندواه ‪ ,‬اي‬
‫ون اجااراء ال جربااة العملةااة ويمكااع وااع خةلهااا ان تااارر وااا اذا ااتااا وا تااان‬
‫اةمةائة ان ت فانةن تلاائةا ام ل ‪ ,‬وما ي ر الكقةر وع ال قا والجهد والكلفة‪ .‬ووع‬
‫قصا ص ا‪-:‬‬
‫•‬
‫(‪ )1‬تبحث ئي قواص الهظام ئي حالة التوازن‪.‬‬
‫•‬
‫(‪ )2‬ممنخ معرئة مدي استمرار التفاعل النيميا ي قبل الوصول الى حالة التوازن‪.‬‬
‫•‬
‫(‪ )3‬قوانيخ الثيرموةامهمك الثالث تعتمود عهوى اي نظرموة اال نموواص قاصوة بالتر يو (الورري‬
‫اال الجزمئي) اال بطبيعة الماة ‪.‬‬
‫•‬
‫(‪ )4‬الثيرموةامهامينا تتعهق بالحالة ا بتدا ية الاله ا ية لههظام ال تعتمد عهوى الحوا ت الوسوطية‬
‫لهوصووول الووى حالووة التوووازن اله ا يووة‪ .‬الان اي تطووور محوودث ئووي ا ئنووار الالهظرمووات الحاليووة‬
‫الخاصة بطبيعة الجزمئات لخ مؤثر باي طرمقة عهى صحة اي نتيجة ةمهامينية ‪.‬‬
‫•‬
‫مميزات الثيرموةامهمك الاجابته عهى تساؤ ت م مة‪-:‬‬
‫)‪ (1‬لمااا محدث التفاعل النيميا ي؟‬
‫)‪ (2‬لمااا تحدث بعض التفاعالت تهقا يا حتى ا تمال ا‪ ,‬الالبعض ا قر تتم جز يا التفواعالت اقور‬
‫تحدث ابدا عهد نفس الظرالف ؟‬
‫)‪ (3‬ماهي تغيرات الطاقة المصاحبة لهتفاعالت النيميا ية سوآءا ئي التفاعالت نفس ا اال ئوي الوسو‬
‫المحي ب ا؟‬
‫)‪ (4‬عهم الدمهامينيا م تم بعامل الوزمخ ئوي التفواعالت‪ ,‬ئ وو مهبوف ئقو ئيموا ااا وان تغيور يميوا ي‬
‫معيخ (اال بصور عاموة تغيور موا ) قابول لهحودالث اال ‪ .‬ةالن تبيوان سورعة الحودالث ل ورا التغيور‬
‫ئربما منون التفاعل تهقا يا المحدث بب ء شدمد صدأ الحدمد مثال البعض ا محتاص الى حث بسوي‬
‫لحوودالث ا وواحتراو ا ال سووجيخ مووو ال يوودرالجيخ بوجوووة شوورار القوووة‪ .‬المووخ صووفات التفوواعالت‬
‫التهقا ية ان ا غيور انعناسوية حيوث متفنوك المواء بعود تنومهوه‪ .‬ئوي الحقيقوة ئوعن عهوم الودمهامينا‬
‫الحرارمة معطيها أمة معهومات رلك عخ مينانينية التفاعالت التهقا يوة التجيو عوخ مثول هور‬
‫التساؤ ت ةراسة حر ية التفاعالت (الحر ية النيميا ية) ئ هاك بعوض التغيورات التهقا يوة التوي‬
‫تحدث بب ء شدمد ئهجد أن الصور التأصهية الثابتة لعهصر النربون عهد الظورالف العاةموة هوي‬
‫الجرائيت الليس األلماس الالتحول مخ األلماس الوى الجرائيوت هوي عمهيوة تهقا يوة موخ الوج وة‬
‫الدمهامينيووة الحرارمووة الهوورا التحووول مووخ الووب ء بمنووان بحيووث ممنووخ أن مالح و عهوود ةرجووات‬
‫الحرار الالضغوط العاةمة المحتاص الى مالميخ السهيخ‪.‬‬
‫تعاريف أساسية ‪Basic Definitions‬‬
‫الهظام الثيرموةمهاميني الأنواعه‬
‫‪Thermodynamic System and its Types‬‬
‫• الهظووام الثيرموةمهوواميني عبووار عووخ جووزء معوويخ مووخ النووون متنووون مووخ‬
‫الماة أال المواة المشتر ة ئي التغيورات النيميا يوة الالفيزما يوة معزاللوة‬
‫بحوودالة معيهووة قوود تنووون هوور الحوودالة حقيقيووة أال تخيهيووة الالووك مووخ أجوول‬
‫ةراسة تأثير المتغيرات المختهفة عهوى محتوموات الهظوام‪ .‬المسومى ول موا‬
‫تبقى قارص حدالة الهظام بالمحي ‪ ..)surroundings(.‬ما متضح مخ‬
‫•‬
‫الشوونل (‪ .)1‬الهظووام وول شوويء ةاقوول الحوودالة (الموواة الغازمووة السووا هة‬
‫الصووهبة ) أمووا المحووي ئ ووو وول شوويء قارج ووا ‪ .‬التمثوول جوودران الحوواالي‬
‫لههظام الحدالة الفاصهة ببخ الهظام الالمحي ‪.‬‬
‫• اما ئي شنل‪ :)2( .‬ع الديناوةكا الحرارية (العالن واي م الاى‬
‫‪( )system‬الداااااااعء المهااااااان)‪( ,‬الالمحوووووووي‬
‫(نظوووووووام‬
‫‪((Surrounding‬ااااا لااااعء واناااادا النرااااام) المحااااة ااااع‬
‫الكةمةاء (العملع ) وقة يمق ( رجة حارارة ااب اة) او (حماام‬
‫وااائع) الا ‪....‬السااهن تمقا الطاقااة ال ااع ت حا (تن اا ) بااةع‬
‫النرام ووحةطة‪ .‬وقد ت جد نةقة بةع النرام وال س المحاة‬
‫بااه حةااث ياارار اا ونهمااا ااع ارخاار ‪ .‬وبمااا ن ي نظووام ل‬
‫يخل ا وااع ا تااه موواة الطاقووة إتااه يمكااع ن يحاادت تاارارا‬
‫و با بةع الهظام ال المحوي واع خاة المواة أال الطاقوة أال‬
‫هي ما‪.‬‬
‫أصناف األنظمة‬
‫‪System's Types‬‬
‫•‬
‫ممنخ تقسيم الهظام الى ثالثة أنواع الهي ‪ )١( -:‬نظام مفتوح ( ‪ )٢‬نظوام مغهوق‬
‫( ‪ )٣‬نظام معزالل‪.‬‬
‫•‬
‫(‪ )١‬الهظام المفتوح (‪ ) Open System‬المنون الهظوام مفتوحوا إ ااا وان تبواةل‬
‫الماة الالطاقة مو الوس المحي به‪ .‬الممثل الك الهظام بعنواء محتووي عهوى مواء‬
‫مغهي ئعنه مالح أن ماة الهظام الهوي المواء تتصواعد عهوى هيئوة بخوار مهتقول‬
‫الى الوس المحي مخ حولة ما أن حرار الماء (طاقتوه) تتسور الوى الوسو‬
‫المحي ‪ .‬المقال أن هرا الهظام قد باةل الإ موخ ماةتوه الطاقتوه موو الوسو المحوي‬
‫به‪ .‬المخ أمثهوة هورا الهظوام جميوو التفواعالت النيميا يوة التوي توتم ئوي المعمول اال‬
‫المختبر التجر ئي آنية مفتوحة ما ئي الشنل (‪.)a‬‬
‫•‬
‫(‪ )٢‬الهظام المغهق (‪ ) Closed System‬المنوون الهظوام مغهقوا إ ااا انوت حودالة‬
‫الهظام تسمح بتباةل الطاقة ئق عهى شنل حرار الشغل مو المحي بشرط أن‬
‫تتغير مية المواة ئوي الهظوام‪ .‬الممثول الوك الهظوام بمواء مغهوي موضووع ئوي انواء‬
‫مغهووق بعحنووام ئفووي هوور الحالووة مالح و أن حوورار الموواء تتسوور الووى الوس و‬
‫(المحي ) بيهما الماء (الهو ماة الهظام) تهتقل الى الوس المحي ‪ .‬المقوال ان‬
‫هرا الهظام قد باةل طاقته ئق ةالن ماةتوه موو الوسو المحوي ‪ .‬الموخ أمثهوة هورا‬
‫الهظام أمضا جميو التفاعالت النيميا ية التي تتم ئوي المعمول التجور ئوي آنيوة‬
‫مغهقة اات جدار موصل لهحرار ما ئي الشنل (‪.)b‬‬
‫•‬
‫(‪ )٣‬الهظووام المعووزالل )‪ )Isolated System‬المنووون الهظووام معووزال إ ااا انووت‬
‫حدالة الهظام تسومح بتبواةل المواة الالطاقوة موو المحوي أي أن الهظوام متوأثر‬
‫أبداإ بالمحي ‪.‬البمثل هرا الهظام بالترمس حيوث أنوه محفو حورار الهظوام الماةتوه‬
‫مخ التسر الى الوس المحي ما ئي الشنل (‪.)c‬‬
‫(شككك‬
‫‪: )3‬تمثي ك‬
‫أنككاان األنظمككة الث‬
‫بااسكككككككككك ة مككككككككككا‬
‫كككككككككك‬
‫إنككككككككككا‬
‫(‪)a‬نظكككككاو م كككككا ‪)b( ,‬نظكككككاو م ككككك‬
‫(‪)c‬نظاو معزول‬
‫ككة‬
‫‪,‬‬
‫تقسممم االمةمممة الوااممدث الممق ممدا البقمما لتممدا دت ا م م‬
‫المحممين مةممات مفتمموي يسممتطي يبمماول الممماوث والطاقممة م م‬
‫المحين ‪.‬مةات مغلق يستطي يبماول الطاقمة ولميل المماوث‪.‬‬
‫النةمممات المعمممزول ال يسمممتطي تبممماول المممماوث وال الطاقمممة‪.‬‬
‫ومن الجدیر بالذكر اإلشارث الق أن تباول الطاقة بين النةمات‬
‫والوسممن (المحممين (يمكممن أن یحممدا علممق رممورتان وھممما‬
‫الحمممممممممممممممممرارث وال مممممممممممممممممغ ‪ ,‬شمممممممممممممممممك (‪)4‬‬
‫شككك (‪:)5‬عنككد قككرل يال ككياو يارباني ك (‪)CaCO3‬‬
‫ي كان غاز( ‪ )CO2‬يعم ع كى ف كا ال كا المحكي بكة‬
‫ضد المحي يبعد طبقة الهاا المحكي بك‬
‫ين ج ش‬
‫يكككان ال يككر بال الككة الداق يككة الكك مكك ال الككة‬
‫الم هككككككككككككككككككككككككككككزة بككككككككككككككككككككككككككككالحرل‪.‬‬
‫• يمككا أن لككااني الككداناميكا الحراراككة ذات‬
‫جميا الحاالت‪،‬‬
‫طبيعة عامة‪ ،‬وتن ب‬
‫ولي كك محككدوفة ع ككى قككاالت ال ككاازن‬
‫بالذات‪.‬‬
‫قالة النظاو وتاابا الحالة‬
‫‪State of the‬‬
‫‪System and State Functions‬‬
‫• الحالووة‪ :‬ئووي عهووم الثيرموةمهاميووك تعهووي النميووات التووي ممنووخ قياسو ا‬
‫(المتغيرات الثيرموةمهامينية) أال توابو الحالوة (مثول الحجوم الالضوغ‬
‫الةرجة الحرار الالمنونات)‪ .‬القد سميت برلك ألن ا تساهم ئي تحدمود‬
‫الحالووة الفيزما يووة لهظووام معوويخ‪ .‬القيمت ووا ئووي أي حالووة مووخ الحووا ت‬
‫تعتمد عهى تارمخ العيهة السابقة‪ .‬ئعهوى سوبيل المثوال ‪ :‬معتمود حجوم‬
‫مووول الاحوود مووخ الموواء عهوود ةرجووة حوورار ( ‪ ) C°25‬الضووغ ( ‪1‬‬
‫‪ )atm‬عهووى قوويم ةرجووة حرارتووه أال ضووغطه ئووي ئتوور زمهيووة سووابقة‪.‬‬
‫أضف الى الك أنه حيخ نهتقل مخ حالة الى أقور ئوعن التغييورات ئوي‬
‫قوويم (‪ )T, V, P‬تعتموود عهووى يفيووة معالجووة العيهووة‪ .‬ئووعاا تووم تغييوور‬
‫ةرجة الحرار لعيهة مخ الماء مخ‪ C° 25‬الى ‪C ° 35‬ئال ئرو ئيموا‬
‫ااا تووم تبرموود العيهووة الووى ‪ C° 35‬أال تووم تسووخيه ا مباشوور مووخ ‪C° 0‬‬
‫الوى ‪C ° 35‬ئدرجوة الحورار ئوي الحالوة اله ا يوة هوي نفسو ا بغوض‬
‫الهظووور عوووخ الطرموووق التوووي سوووهنت بووويخ الظووورئيخ (الحوووالتيخ) األاللوووي‬
‫الاله ووا ي اللوورلك ئووعن التغييوور ئووي ةرجووة الحوورار معتموود ئق و عهووى‬
‫ةرجتي حرار الحالتيخ األاللية الاله ا ية‪)I,f( .‬‬
‫• مثوووووال توضوووووويحي ااا ووووووان لووووودمها نظووووووام غووووووازي متجوووووانس‬
‫)‪(homogeneous‬متنووون مووخ موواة الاحوود ئووعن منوناتووة بووالطبو‬
‫ثابتة المخ ثم ئوعن حالوة الهظوام تعتمود عهوى (الضوغ الالحجوم الةرجوة‬
‫الحووورار ئقووو ‪ ).‬الااا انوووت جميوووو هووور النميوووات ثابتوووة ئوووعن جميوووو‬
‫الخووووواص الفيزما يووووة األقوووور مثوووول النتهووووة الالنثائووووة الالهزالجووووة‪.‬‬
‫‪ )viscosity(...‬مج أن تنون ثابتة‪.‬‬
‫معافالت الحالة‬
‫‪Equation of states‬‬
‫ههوواك بعووض األمثهووة التووي ممنووخ التعبيوور ئي ووا عووخ العالقووات البيهيووة بوويخ ةا ت الحالووة )‪)P,T.V‬‬
‫بواسووطة معاةلووة تسوومى معاةلووة الحالووة ‪Equation of state‬البالتووالي ئمعاةلووة الحالووة هووي‬
‫عالقوات رماضوية لحسوا المتغيورات الثيرموةمهامينيوة (‪ )T, V, P‬مثال وا معاةلوة الحالوة لهغواز‬
‫المثوالي حيوث تنوون ئي ووا العالقوة بويخ الضووغ الالحجوم ال ميوة الغواز الةرجووة الحورار موا مهووي‪:‬‬
‫) ‪)PV = nRT‬‬
‫( هفخ) )‪ )K‬ةرجة الحرار المطهقة )‪ (T‬عدة المو ت )‪ , )n‬الحجوم )‪ (atm )( V‬الضوغ‬
‫)‪)P‬‬
‫‪R‬ثابت الغازات العام‪) 0.0821 )L . atm/ mol . K( :‬‬
‫•‬
‫مهحوظة‪:‬‬
‫•‬
‫مقدار التغير ئي توابو الحالة معتمود عهوى المسوار الوري مسوهنه الهظوام عهودما متغيور موخ‬
‫حالة الى أقر الانما معتمد عهى الحالة ا بتدا ية الاله ا ية لههظام‪.‬‬
‫•‬
‫مثال توضيحي‪ :‬الحجم اإلبتدا ي لغاز مساالي (‪ )Vi = 1 L‬ثوم تمودة ليصوبح (‪)Vf = 3 L‬‬
‫ئعن التغير ئي الحجم ‪ :‬ما مأتي ( ح شنل ‪)6‬‬
‫•‬
‫‪ΔV= 3 - 1 = 2 L‬‬
‫•‬
‫الحجووم اله ووا ي هووو)‪ )3L‬بغووض الهظوور عووخ الطرمقووة التووي اتبعووت إلحووداث هوورا التغيوور تووم‬
‫اإلتفاو عهى أن تنون رموز توابو الحالة بحرالف بير مثل ‪(G) -:‬الطاقة الحور )‪(S‬‬
‫األنترالبي )‪(U‬الطاقة الداقهية )‪(H‬اإلنثالبي‪.‬‬
‫‪ΔV = Vf - Vi‬‬
‫الشنل (‪)6‬‬
‫المحاضرة الثانية‬
‫قااص النظاو ال يزيائية‬
‫‪Physical Properties of the System‬‬
‫• الخوووووووووووووووووووواص الما رالسووووووووووووووووووونوبية الالمينرالسووووووووووووووووووونوبية‬
‫‪Macroscopic and Microscopic Properties‬‬
‫• تع مااد الخ ا ال المااروسااك بةة للنرااام نلااى ال راةااب الخ اارجع‬
‫لمح ياااات النراااام بةنماااا تع ماااد الخااا ال المةكروساااك بةة نلاااى‬
‫ال راةب الداخلع للمرات والجزيئات المك تة للنرام‪.‬‬
‫• الخووواص الما رالسوونوبية‪:‬وتاياان الخاا ال المااروسااك بةة الااى‬
‫قيمةع ونما ‪-:‬‬
‫• (أ) قواص شامهة (قواص قارجية(‪) Extensive Properties‬‬
‫قووواص انتشووارمة ونااع تداام جمة ا الخ ا ال ال ااع تع مااد نل اى‬
‫امةة الما ة و الما ا الم جا ة اع النراام وقا ‪ -:‬الك لاة الحجان‬
‫الياااعة الحرارياااة الطاقاااة الداخلةاااة األت روباااع الطاقاااة الحااارة‬
‫)‪ ...‬والهااا خ ا ال تع مااد نلااى وااادار المااا ة‬
‫وياااحة اليااط‬
‫الم ج ة ع النرام‪).‬‬
‫‪( Intensive‬‬
‫• ( ) قوووووواص مر وووووز (قوووووواص ةاقهيوووووة‬
‫‪Properties‬قواص مستقهة تدم جمة الخا ال ال اع ل تع ماد‬
‫رجااة‬
‫نلااى امةااة المااا ة الم ج ا ة ااع النرااام وق ا ‪ -:‬الضاان‬
‫الحرارة الكقا ة اللزوجة الحرارة الن نةة ال تر اليطحع‪.‬‬
‫جممدول (‪ )1‬بعمما الاممواش ال‬
‫مماملة والمركممزث( ممواش وا ليممة (ال‬
‫تعتممممد علمممق كميمممة المممماوث‬
‫(‪(Intensive Properties‬‬
‫و واش ارجية تعتمد علق كمية الماوث ( ‪(Extensive Properties‬‬
‫الخواص الداقهية (المر ز )‬
‫تعتمد عهى مية الماة‬
‫‪Intensive Properties‬‬
‫الضن‬
‫الحرارة‬
‫الكقا ة‬
‫اللزوجة‬
‫ال تر اليطحع‬
‫الحرارة الن نةة‬
‫رجة ال جمد‬
‫رجة النلةان‬
‫‪pressure‬‬
‫‪temperature‬‬
‫‪density‬‬
‫‪viscosity‬‬
‫‪surface Tension‬‬
‫‪specific Heat‬‬
‫‪freezing Point‬‬
‫‪boiling Point‬‬
‫القواص الخارجية (الشامهة)‬
‫تعتمد عهى مية الماة‬
‫‪Extensive Properties‬‬
‫الحجن‬
‫الك لة‬
‫ند الم لت‬
‫الطاقة الحرة‬
‫األت روبع‬
‫ا تقالبع‬
‫اليعة الحرارية‬
‫‪volume‬‬
‫‪mass‬‬
‫‪number of moles‬‬
‫‪free energy‬‬
‫‪entropy‬‬
‫‪enthalpy‬‬
‫‪heat of capacity‬‬
‫عم يات الديناميكا الحرارية‬
‫‪Thermodyamic Processnes‬‬
‫• عهدما متحول نظام ةمهاميني حوراري موخ حالوة الوى أقور ئعنوه‬
‫مطهوق عهوى الوك التحوول اسوم عمهيوة )‪.(Process‬الئوي الحقيقوة‬
‫ئعن العمهيات التي تتم مصواحب ا تغيور ئوي بعوض قوواص األنظموة‬
‫الخاضعة لهتغير مثل ‪ :‬الحجم الالضغ الةرجة الحرار ‪.‬‬
‫• البها إء عهى هر التغيرات ممنخ تقسيم عمهيات الدمهامينا الحرارمة‬
‫الى ‪:‬‬
‫• (‪)1‬عمهية أمزالثيرمالية‬
‫‪Isothermal process‬‬
‫الهووي تهووك العمهيووة التووي تووتم بيهمووا تنووون ةرجووة الحوورار‬
‫•‬
‫لههظام ثابتة ةالن تغير‪.‬الممنخ تحقيق الك عخ طرمق الضو الهظام‬
‫ئووووي حمووووام مووووا ي اي ةرجووووة حوووورار ثابتووووة ئووووي حالووووة العمهيووووة‬
‫األمزالثيرمية )‪.(dT =0‬‬
‫• (‪ )2‬عمهية أةماباتينية‬
‫‪Adiabatic process‬‬
‫الهي تهك العمهية التي تتم ةالن انتقال لهحرار مخ المحي‬
‫•‬
‫الى الهظام أال مخ الهظام الوى المحوي الممنوخ الوصوول الوى الوك‬
‫بوضو الهظام ئوي انواء معوزالل )‪ ((Insulated container‬ئوي‬
‫حالة العمهية األةماباتينية )‪dq = 0‬‬
‫عم يات الديناميكا الحرارية‬
‫‪Thermodyamic Proceses‬‬
‫• (‪ )3‬عمهية أمزالبار ية‬
‫‪Isobaric process‬‬
‫ونااع تلا العملةااة ال ااع تا ن ننااد ابا ت الضاان ‪.‬ووااع‬
‫•‬
‫وقل ها جمة العملةات ال ع ت ن ع آتةة وف حة وال اع تكا ن‬
‫وعرةة للضن الج ي ع حالة العملةة األيزوباراةة ‪. (dp‬‬
‫‪=0‬‬
‫• (‪ )4‬عمهية أمزال ورمة‬
‫‪Isochoric process‬‬
‫ونااع تل ا العملةااة ال ااع ت ا ن ننااد اب ا ت الحجاان ‪.‬ووااع‬
‫•‬
‫وقل ها العملةات ال ع ت ن ون حادوت لان و تماد ‪.‬ونكاما‬
‫إن( )‪ dv =0‬ع حالة العملةة األيزوا رية‪.‬‬
‫• (‪) )5‬عمهية مغهقة( ةا رمة‬
‫‪Cyclic process‬‬
‫نااع العملةااة ال ااع يماار ةهااا النرااام بعااد وااع ال نةارات‬
‫•‬
‫)العملةاااات( اااان يعااا خةااارا الاااى حال اااه ‪:‬ا ب دائةاااة وااارة‬
‫خار ‪.‬وبالنيابة للعملةاة المنلااة )‪(dE = 0, dH = 0‬‬
‫)‪(cyclic process‬حةاث ‪dE‬ناع ال نةار اع الطاقاة‬
‫الداخلةة ع حةع ‪ dH‬نع ال نةر ع ا تقالبع ‪.‬‬
‫العم يات العك‬
‫ية وغير العك‬
‫ية‬
‫‪Reversible and Irreversible‬‬
‫• تعري العملةة العكيةة )‪) reversible process‬برتها تل‬
‫العملةة ال ع ت ن باب ء و ناان اع الصانر وال اع يمكاع نكا‬
‫اتجانهااا ننااد ي لحرااة ب نةةاار و نااان ااع الصاانر ااع حالااة‬
‫النراااام أال هوووي العمهيوووة التوووي ممنوووخ عنسووو ا عهووود الطهووو‬
‫بعحووداث تغيوورات متهاهيووة ئووي الصووغر ئووي ةرجووة الحوورار أال‬
‫الضغ أال أمة متغيرات أقر ‪.‬‬
‫• التعرف العمهية غير العنسوية )‪(irreversible process‬‬
‫برتهااا تلا العملةااة ال ااع تمااروع الحالااة ا ب دائةااة الااى الحالااة‬
‫النهائةااة ااع خط ا ة واحاادة ول يمكااع ن تيااةر ااع التج اان‬
‫العكيااع و نااع العملةااة ال ااع ل يمكااع نكيااها ننااد الطل اب‬
‫بإحاادات تنةاارات و نانةااة ااع الصاانر ااع ي وااع و نةاارات‬
‫الحالة للنرام‪.‬‬
‫ال الة الداق ية‬
‫)‪Internal Energy (E‬‬
‫(سؤال) ‪:‬هل ممنخ قياس الطاقة الداقهية )‪ )E‬المطهقة لههظام‬
‫عهد حالة معيهة؟‬
‫(ج اب) ‪:‬ل يمكع ذل ألن الطاقة الم ج ة ع النرام و عد ة‬
‫‪,‬ياقة رواب الطاقة الحراةة للجزيئات ياقة تجاذب بةع‬
‫ا لك روتات والبروت تات ياقة ال جاذب بةع الجزيئات ‪...‬‬
‫وامل لعدم وعر نا بيرنة حراة جزيئات النرام وامل لعدم‬
‫وعر نا با ال جاذب بةع الجزيئات نلى النرام‪.‬‬
‫ولكع غالبا تااا ( ‪ . ) ΔE‬نندوا ي نةرالنرام وع حالة الى‬
‫‪EΔ = E2 - E1‬‬
‫خر ‪:‬‬
‫‪: EΔ‬ال نةر ع الطاقة الداخلةة للنرام ‪:‬‬
‫•‬
‫الت ووتم الوودمهامينا الحرارمووة ئق و بدراسووة التغيوورات ئووي الطاقووة الداقهيووة‬
‫المصواحبة لهتفواعالت الالتغيورات النيميا يوة الالتوي ممنوخ قياسو ا ‪.‬ال موا‬
‫هوووو معووورالف ئوووعن التفووواعالت أال التغيووورات النيميا يوووة مصووواحب ا سووور‬
‫لهرالاب الاعاة ترتي لهررات( مهتج عه وا تنوومخ مر بوات جدمود الهوي‬
‫المواة الهاتجة )مما مؤةي الى تغير ئي الطاقوة الداقهيوة( الموواة الهاتجوة‬
‫تنون ل ا طاقة ةاقهية تختهف عخ طاقة المواة األصهية‪.‬‬
‫•‬
‫(سؤال)‪ :‬الى مااا معز ) ما سب‬
‫•‬
‫(جوا )‪ :‬معز الى تغير نوع الاحد أال أ ثر مخ أشونال الطاقوة المختهفوة‬
‫التوي )تنوون الطاقوة الداقهيوة لههظوام (‪.‬التتغيور الطاقوة ألي مجموعوة ااا‬
‫برلت شغالإ أال برل عهي ا شغل أال ااا امتصت أال أطهقت حرار‬
‫(سؤال)‪ :‬الى مااا مؤةي زماة الطاقة الداقهية لهظام ما؟‬
‫•‬
‫(جوووا ) ‪:‬ممنووخ أن مووؤةي الووى ‪)1(-:‬ارتفوواع ةرجووة حوورار الهظووام‬
‫·(‪)2‬تغير طور الماة المنونة لههظام حدالث الورالبان أال التبخور· (‪)3‬أال‬
‫أن محوودث تفاعوول يميووا ي ئووي األنظمووة النيميا يووة ااا انووت الزموواة ئووي‬
‫الطاقة الداقهية ائيوة لنسور الورالاب النيميا يوة التسومح بتنوومخ رالابو‬
‫جدمد ‪.‬‬
‫•‬
‫(سؤال)‪ :‬الى مااا مؤةي انخفاض الطاقة الداقهية لهظام ما؟‬
‫•‬
‫(جوا ) انخفاض الطاقة الداقهيوة ممنوخ أن موؤةي الوى ‪ )1( -:‬انخفواض‬
‫ةرجة الحرار لههظام· (‪)2‬أال تغير ئي الطور حدالث تجمد أال تنثف· ‪.‬‬
‫•‬
‫(سؤال) مااا معهي أن الطاقة الداقهية تابعة لحالة الهظام؟‬
‫•‬
‫(جوا ) أي أن وا تعتمود عهوى الحالوة اإلبتدا يوة الالحالوة اله ا يوة لههظوام‬
‫ال تعتمد عهى المسارالري مسهنه الهظام‪.‬‬
‫•‬
‫(تغير الطاقة الداقهية لهظام ما؟‬
‫فالة الحالة‬
‫‪Function of State‬‬
‫•‬
‫هي تهك الخاصية أال النمية التي تعتمد ئق عهى الحالة اإلبتدا يوة قبول التغيور الالحالوة اله ا يوة‬
‫بعد التغير بغض الهظر عخ الطرمق أال المسار الوري توم موخ قاللوه التغيور‪ .‬الموخ أمثهت وا الطاقوة‬
‫الداقهيوة(‪.(E‬الالمحتوو الحوراري اإلنثوالبي )‪ . (H‬أموا النميوات" )"‪q‬ال"‪ )"w‬ميوة الحورار‬
‫الالشغل ) ئوعن قيمت وا تتغير ثيورأ بتغيرظورالف التجربوة البالتوالي ئ وي تعتبور(" ةالوة حالوة أال‬
‫اإلبتدا ية الالحالة اله ا ية ئق ‪.‬‬
‫الشغل ‪:‬‬
‫‪Work‬‬
‫•‬
‫(تابو حالة " (حيث أن ا تعتمد عهى المسار الالخطوات التي تم مخ قالل ا التغير ال تعتمد‬
‫عهى الحالة)‬
‫•‬
‫( سؤال) عرف الشغل المينانيني )‪(mechanical work‬‬
‫•‬
‫(جوا ) هو حاصل ضر القو ئي اإلزاحة المرمز له بالحرف )‪. (w‬‬
‫•‬
‫حيث القو (‪ )force) )F‬ال( ‪ )L‬المسائة (ا زاحة) اان الشغل مساالي القو‬
‫(‪(w = FΔL‬‬
‫المسائة‬
‫•‬
‫اللنخ معها ئي عهم الثيرموةمهاميك أالسو مخ الك حيث مشتمل عهى الشغل المينانيني‬
‫)‪.(Electrical work‬الشغل‬
‫المبرالل ضد الجاابية األرضية الالشغل الن ربي‬
‫التمدةي(‪ )Expantion work‬الالشغل ا ننماشي(‪ )compression work‬الغيرها‬
‫•‬
‫سهر ز عهى الشغل الهاتج عخ التغير ئي حجم مية معيهة مخ الغاز تحت ظرالف معيهة‪ .‬ما‬
‫موضح بالشنل (‪.)7‬‬
‫ئعهد تمدة الغاز ئعنة مودئو المنوبس الوى أعهوى‬
‫ضد ضغ مضواة( ‪ )p‬معوا س تجوا التغيور‬
‫‪External‬‬
‫مووووووثال (الضووووووغ الجوووووووي‬
‫‪(pressure‬مهجزاإ شغالإ ضد المحي ‪).‬‬
‫‪X‬تغير‬
‫•‬
‫البما أن الضغ معرف بأنة القو المسهطة عهى الحد المساحات ‪ P=F/A‬ئعن ‪F=P/A‬‬
‫•‬
‫البما أن الشغل = ‪ w = F ΔL‬القو ئي ا زاحة ‪.‬نعوض قيمة (‪ P/A =) F‬ئي معاةلة الشغل‬
‫•‬
‫‪ w = F ΔL‬نحصل عهى الشغل المهجز(‪ )w = P* A*Δ L‬النتيجة لهتمدة الحيوث أن المنوبس مهوزاح‬
‫باتجووا معووا س تجووا القووو ئووعن التغيوور ئووي الحجووم (‪ )ΔV‬مسوواالي حاصوول مسوواحة المقطووو (‪ )A‬ئووي‬
‫الزاحة ( ‪ ) ΔL‬مسبوقة بعشار سالبة ‪Δv = - A* ΔL‬‬
‫•‬
‫المخ المعواةلتيخ السوابقتيخ نحصول‬
‫•‬
‫‪)1( .. w = P* A*Δ L‬‬
‫عهى ان الشغل‪::‬‬
‫ال ‪)2( …. Δv = - A* ΔL‬‬
‫اآلتي ‪ : w = - PΔV‬الممنخ تابة المعاةلة )‪w = - P (Vf – Vi‬‬
‫•‬
‫حيث‪:‬الحجم اإلبتدا ي لهغاز ‪.Vi‬‬
‫•‬
‫الحجم اله ا ي لهغاز ‪. : Vf‬‬
‫•‬
‫الاإلشار السالبة تدل عهى أن طاقة الهظام تهخفض عهدما مزةاة الحجم أي أن الهظوام معمول (شوغل عهوى‬
‫المحي ‪).‬‬
‫•‬
‫الااا انت قيمة(‪ ) P‬مية موجبة )‪ (+‬ئعن الشغل معطى حس العالقة) ‪(w = - PΔv‬‬
‫•‬
‫‪)- ١‬ااا انووت قيمووة الضووغ المضوواة أال الخووارجي ( ‪) P‬أصووغر مووخ ضووغ الغوواز ئووعن الغوواز متموودة‪ .‬ضوود‬
‫المحي التنون (‪ )V2>V1‬البالتالي ئعن ‪ ΔV‬موجبة البرلك تنون قيمة الشغل(‪ )w‬سالبة ا أن الهظوام‬
‫أنجز شغالإ عهى المحي (الهظام ئقد طاقة شغل)‬
‫•‬
‫‪)- ٢‬ااا ان ضغ المحي أ بر مخ ضغ الغاز ئعن الغاز مهنمش الئي هور الحالوة منونالضوغ المضواة‬
‫هو ضغ الغاز نفسة ألنة معا س اتجا التغير(‪ )V2<V1‬البالتالي ئعن(‪ )ΔV‬تصبح سالبة التنون قيمة‬
‫الشغل()‪ )(w‬موجبة‪.‬أي أن المحي معمل شغالإ عهى الهظام)تزةاة طاقوة الهظوام بسوب الشوغل الوري بورل‬
‫عهية‪(.‬‬
‫•‬
‫)البالتالي ئعن الضغ (‪ )p‬هو الري محدة مسار العمهية مما معهي أن الشغل ليس تابعا إ) لهحالة‪.‬‬
‫•‬
‫س )عهل ‪ :‬الشغل ليس تابو لهحالة؟‬
‫ص )ألن الشغل معتمد عهى الضغ ( ‪.‬‬
‫مثال (‪)1‬‬
‫مثال (‪)2‬‬
‫مثال (‪) 3‬‬
‫حد وع خة ال فانةت التةة ي وع المعا لت بم ةها النرام لنة نلى المحة و ال علة‬
‫‪SnF4(s).........1‬‬
‫)‪Sn(s) + 2F2(g‬‬
‫‪Si(s) + 2I2(g.(........2‬‬
‫‪H2(g) + Cl2(g)........3‬‬
‫)‪SiI4(g‬‬
‫)‪2HCl(g‬‬
‫الجوا‬
‫‪)1‬عهدما منون عدة المو ت الغازمة الهاتجة ) ‪ (np‬أ بر مخ عدة المو ت الغازمة المتفاعهة )‪ )nR‬ئعن هرا معهي أن الهظام قد زاة حجمة‬
‫(تمدة) البالتالي ئعن الهظام عمل شغالإ عهى المحي‬
‫‪ )2‬عهدما منون عدة المو ت الغازمة الهاتجة ( ‪)nR‬اصغر مخ عدة المو ت الغازمة المتفاعهة ( ‪)nP‬ئعن هرا معهي أن الهظام قد قل حجمة‬
‫(اننمش) البالتالي ئعن المحي عمل شغالإ عهى الهظام‪.‬‬
‫‪ )٣‬عهد تساالي عدة المو ت الغازمة الهاتجة الالمتفاعهة ئعن التغير ئي الحجم مساالي صفراإ البالتالي محدث شغل‪.‬‬
‫القانان األول‬
‫الثيرمافيناميك "لانان‬
‫ق ظ (بقا ) ال الة‬
‫•‬
‫القانون األالل ئوي الثيرموةمهاميوك موراةف لقوانون حفو الطاقوة الموهص‬
‫"‪First Law of Thermodynamics‬‬
‫عهى أن ‪:‬‬
‫•‬
‫"الطاقة تفهى ال تستحدث (تخهوق موخ عودم) اللنوخ ممنوخ ئقو‬
‫نقه ا مخ منان الى آقرأال تحومه ا مخ شنل الى آقر أثهاء التفواعالت أال‬
‫التغيرات النيميا ية "بمعهى أن طاقوة الهظوام المعوزالل عوخ محيطوة تظول‬
‫ثابتة‪ .‬البالتالي ممنخ صياغة القانون األالل لهدمهامينا الحرارمة ما مهي‬
‫"الطاقة النهية لهظام معزالل تظل ثابتة الممنخ تحول الطاقوة موخ صوور‬
‫الووى أقوور "‪.‬الهوورا معهووي أن مجموووع وول أنووواع الطاقووات ثابووت ئووي أي‬
‫مجموعووة معزاللووة المووخ الووك مأتيووالقول المعوورالف الالقا وول بووأن طاقووة‬
‫النون ثابتة عهى أساس أن النون معتبر نظاما إ معوزال إ‪ .‬أ بور األثور ئوي‬
‫ةعم هرا – ان لهتجار التي أجراها جيمس جول حيث أثبت بتجاربوة‬
‫أن الحرار الالشغل المينانيني هما الج وان لعمهوة الاحود الهوي الطاقوة‬
‫الأنووة ممنووخ تحوموول صووور الطاقووة الووى بعض و ا الووبعض الأن الطاقووة‬
‫تفهى‪.‬الالتجار التي تثبت أن الطاقة تفهى ال تخهق مخ عودم اللنه وا‬
‫تتحول مخ صور الى اقر ثير المه ا ‪ :‬عهد برل قدر مخ الطاقة ئي‬
‫ضغ لول مخ الصه ثم ااابتة الهومضغوط ئي حامض ئقد مبدال أن‬
‫الطاقووة التووي بوورلت ئووي ضووغ الهولو قوود ئقوودت اللنووخ ئووي الحقيقوة ان ووا‬
‫اقتزلووت بالهول و المؤ وود الووك أن ميووة الحوورار التووي تهووتج مووخ االبووان‬
‫الهول المضغوط تنون أ بر مخ تهك التي تهتج عخ االبان الهول نفسة‬
‫الهو غير مضغوط‪.‬الالفرو بيخ القيمتويخ مسواالي مقودار الشوغل المبورالل‬
‫ئوووي ضوووغ الهولووو (ئوووي هووور الحالوووة نجووودأن الشوووغل قووود تحوووول الوووى‬
‫حرار )‪.‬المعبر عخ القانون األالل رماضيا إ ‪:‬‬
‫• ‪ΔE = q + w‬‬
‫حيث ‪ΔE :‬مقدار التغير ئي الطاقة الداقهية لههظام‪ q .‬مية‬
‫الحرار الممتصة أال المهبعثة بواسطة الهظام‪W .‬الشغل‬
‫المبرالل عهى أال بواسطة الهظام‪.‬‬
‫مهحوظة ‪:‬بعض المراجو تنت القانون األالل ئي الثيرموةمهاميك‬
‫رماضيا إ عهى الصور ‪:‬‬
‫‪ :ΔE = q + w‬بد إ مخ الصور ‪ΔE = q - w‬ال الهما‬
‫صحيح ألن الإ مه م أعطى الشغل المبرالل عهى الهظام أال‬
‫المبرالل بواسطة الهظام اشار مخالفة ‪:‬‬
‫‪ - : ΔE = q - w‬ئفي القانون ئعن الشغل المبرالل بواسطة‬
‫الهظام تنون اشارت م موجبة‬
‫أما ااا ان الشغل مبرال إ عهى الهظام تنون اشارته سالبة‪.‬‬
‫الئي مسا هها الحسابية سهعتمد العالقة‪:‬‬
‫‪ΔE = q + w‬‬
‫•‬
‫س) يف ممنخ لهطاقة أن تهقل الى نظام ما؟‬
‫•‬
‫ص) ممنخ لهطاقة أن تهقل الى نظام ما بطرمقتيخ أساسيتيخ مختهفتيخ ‪:‬‬
‫•‬
‫‪ )١‬أن مسمح لهحرار أن تهتقل ةاقل الهظام‪ )٢ .‬أن معمل شغل عهى الهظام‪.‬‬
‫•‬
‫التوضيح ‪:‬‬
‫•‬
‫‪ )١‬ااا ان لدمها نظام متباةل الطاقة مو محيطة عهى شنل شغل أال طاقة‬
‫حرارمة الطاقتة الداقهية اإلبتدا ية تساالي(‪)Ei‬‬
‫•‬
‫السمحها لنمية مخ الطاقة أن تهتقل الى الهظام عهى شنل حرار (‪)q‬ئعن‬
‫الطاقة الداقهية لههظام تصبح ‪:‬‬
‫•‬
‫•‬
‫‪Ei + q‬‬
‫ئعن طاقتة الداقهية عهد الحالة اله ا ية تنون ‪ )٢ W‬ااا سمح أن تهتقل‬
‫مية مخ الطاقة الى الهظام عهى شنل شغل‬
‫• ‪Ef = Ei + q + w‬‬
‫•‬
‫الالتي ممنخ صياغت ا بالصور هي الصيغة الرماضية المهاسبة لهقانون‬
‫األالل لهثيرموةمهاميك حيث تبيخ تغير الطاقةالداقهية المرائقة لتباةل الشغل‬
‫الالحرار بيخ الهظام الالمحي‬
‫•‬
‫‪ΔE = q - PΔV‬‬
‫جدول ( ‪ : )٣‬م خص إلشارة الش‬
‫ويمية الحرارة‬
‫‪w‬‬
‫‪q‬‬
‫اإلشار‬
‫)‪ (-‬تهطهق حرار مخ الهظام الى المحي (عمهية ناشر لهحرار ) الهظام معمل شغالإ عهى المحي (تهطهق مية مخ الطاقة)‬
‫)‪ (+‬ممتص الهظام حرار مخ المحي (عمهية ماصة لهحرار ) الهظام محصل عهى شغل مخ المحي ) تمتص مية مخ الطاقة)‬
‫(سؤال) هل (‪ )w,q‬تابعين للحالة؟‬
‫ج‪ -:‬لةيا تابعةع للحالة ألن اة ونهما يع مد نلى‬
‫الطريق المي يحدت خةلة ال نةر لمل روزتا لهما‬
‫بحروي صنةرة )‪(q‬وامةة الحرارة (‪)w‬‬
‫س) هل(‪) ΔE‬تابعة لهحالة؟ •‬
‫ص) نعم ألن ا تعتمد ئق عهى الحالة اإلبتدا ية •‬
‫الالحالة اله ا ية لههظام‪.‬‬
‫الحا ت الخاصة لهمعاةلة العامة •‬
‫‪• ΔE = q - PΔV‬‬
‫جدول ( ‪ : )٤‬ملاص للعدقات الریاضية للقامون األول عند‬
‫ظروف ماتلفة‬
‫الصيغة الرماضية لهقانون‬
‫األالل ئي الثيرموةمهاميك‬
‫عهد حجم ثابت‬
‫‪ΔV= 0‬‬
‫عهد ةرجة حرار ثابتة‬
‫‪ΔT = 0 ΔE = 0‬‬
‫نظام معزالل‬
‫)‪(q=0‬‬
‫عمهية ةا رمة‬
‫(‪)ΔE = 0‬‬
‫‪ΔE = q- PΔV‬‬
‫‪ΔE=qv‬‬
‫‪q =- w=PΔV‬‬
‫‪ΔE = w=-PΔV‬‬
‫‪q =- w=PΔV‬‬
‫• مثال ‪4‬‬
‫مثال (‪)5‬‬
‫مثال‬
‫مثال‬

similar documents