دليل على أنواع الأنظمة في الديناميكا الحرارية

أنواع الأنظمة في الديناميكية الحرارية

تمّ تصنيف الأنظمة في الديناميكيا الحرارية إلى ثلاثة أنواع وكان ذلك تبعًا لاختلاف خصائصهم، وبالتالي قدْ تمّ تصنيفه كما في المحاور التالية:

النظام المفتوح

النظام المفتوح (بالإنجليزيّة: open system) هو النظام الذي يسمح بتبادل الطاقة والمادة مع المحيط الموجود حوله، ومن الأمثلة على هذا النظام؛ اشتعال الموقد حيث يعدّ نظامًا مفتوحًا؛ ويعود سبب ذلك لأنّ الحرارة وبخار الماء خرجا للمحيط ويمكن أن يضيعا في الهواء.¹

النظام المغلق

النظام المغلق (بالإنجليزيّة: closed system) هو النظام الذي يسمح بتبادل الطاقة فقط مع المحيط الموجود حوله ولا يمكنه تبادل المادة، ومن الأمثلة العملية لهذا النظام هو وضع غطاء محكم الإغلاق عند اشتعال الموقد، مما يؤدي إلى حدوث انتقال للحرارة فقط نحو المحيط الخارجي وتبقى كتلة المادة ثابتة.¹

النظام المعزول

النظام المعزول (بالإنجليزيّة: isolated system) وهو النظام الذي لا يتأثر بمحيطه، حيث لا يمكنه تبادل المادة أو الطاقة معه، وفي الحقيقة فإنّه يصعب الحصول على نظام معزول مثالي، ومن الأمثلة العملية لهذا النظام؛ صندوق تبريد المشروبات حيث إنّه يكون معزولًا بغطاء يشبه من الناحية النظرية نظامًا معزولًا حقيقيًا، كما يمكن للأشياء الموجودة بالداخل تبادل الطاقة مع بعضها البعض، وهذا هو سبب زيادة برودة المشروبات مع ذوبان الجليد قليلاً، ولكنهما في واقع الأمر يتبادلان القليل جدًا من الطاقة الحرارية مع البيئة الخارجية.¹

هل يعد جسم الإنسان نظامًا مغلقًا أم مفتوحًا؟

بعد معرفة الأنظمة الموجودة في الديناميكيا الحرارة لا بدّ من التساؤل إذا كان جسم الإنسان يعدّ نظامًا مفتوحًا أم مغلقًا؟ والإجابة هي أنّ جميع الكائنات الحية هي نظام مفتوح، إذ إنّ هناك تبادل مستمر للطاقة بين أجسام الكائنات الحية والمحيط، فعند حدوث أي جهد سيؤدي إلى خروج الزفير وإطلاق ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، مما يعني في هذه الحالة أنّ هناك تبادل للطاقة وللمادة مع البيئة المحيطة.¹

ما هي الديناميكيا الحرارية؟

الديناميكيا الحرارية (بالإنجليزيّة: Thermodynamics) هي فرع من فروع الفيزياء التي تتعامل مع الطاقة وعمل نظام ما بالإضافة إلى وصف تحولات الطاقة الحرارية (بالإنجليزيّة: Thermal energy) من وإلى أشكال أخرى من الطاقة، وكيف أن لها تأثير كبير عليها، وقدْ بدأ التعامل فيها بالقرن التاسع عشر عندما كان العلماء يكتشفون لأول مرة كيفية بناء وتشغيل المحركات البخارية، وومن الجدير بالذكر أنّ الطاقة الحرارية هي الطاقة التي تمتلكها المادة أو نظام ما بسبب درجة حرارتها، مما يعني طاقة الجزيئات المتحركة أو الاهتزازية.²³

النظام في الديناميكيا الحرارية

يمكن تعريف النظام الديناميكي الحراري على أنّه جزء من الكون يحدث عليه بعض التغييرات، والمناطق المحيطة بالنظام الديناميكي الحراري هي بقية الكون وتعبر عن كلّ شيء ما عدا النظام، لذلك يمكن التعبير عن العلاقة بين النظام الديناميكي الحراري ومحيطه والكون على النحو التالي:⁴

الكون = نظام + محيط.