أنواع الأنظمة في علم الديناميكا الحرارية

تصنيف الأنظمة في الديناميكا الحرارية

تُقسم الأنظمة في الديناميكيا الحرارية إلى ثلاثة أنواع بناءً على خصائصها المختلفة. وفيما يلي توضيح لكل نوع من هذه الأنظمة:

النظام المفتوح

النظام المفتوح (بالإنجليزية: open system) هو النظام الذي يسمح بتبادل كل من الطاقة والمادة مع محيطه. على سبيل المثال، يعد الموقد نظامًا مفتوحًا، حيث تخرج الحرارة وبخار الماء إلى الخارج وقد يتشتت في الهواء.

النظام المغلق

النظام المغلق (بالإنجليزية: closed system) هو النظام الذي يسمح بتبادل الطاقة فقط دون تبادل المادة مع بيئته. مثال على ذلك هو استخدام غطاء محكم على الموقد، مما ينتج عنه انتقال الحرارة فقط إلى المحيط الخارجي بينما تحتفظ الكتلة المادية بثباتها.

النظام المعزول

النظام المعزول (بالإنجليزية: isolated system) هو النظام الذي لا يتأثر بالمحيط ولا يمكنه تبادل الطاقة أو المادة. من الصعب تحقيق نظام معزول بشكل مثالي، ولكن يمكن اعتبار صندوق تبريد المشروبات كمثال عملي، حيث يكون معزولًا في حدود معينة. على الرغم من أن الأشياء داخل الصندوق قد تتبادل الطاقة فيما بينها، إلا أن التبادل مع البيئة الخارجية يكون ضئيلاً جدًا.

هل يُعتبر جسم الإنسان نظامًا مغلقًا أم مفتوحًا؟

بعد التعرف على الأنظمة الديناميكية الحرارية، قد يتبادر إلى الذهن السؤال حول ما إذا كان جسم الإنسان يُعتبر نظامًا مفتوحًا أو مغلقًا. الجواب هو أن جميع الكائنات الحية تعتبر أنظمة مفتوحة، حيث يحدث تبادل دائم للطاقة بين الجسم والمحيط. فعلى سبيل المثال، أثناء النشاط البدني، يتم زفير الهواء وتحرير ثاني أكسيد الكربون في الجو، مما يدل على وجود تبادل للطاقة والمادة مع البيئة المحيطة.

تعريف الديناميكيا الحرارية

الديناميكيا الحرارية (بالإنجليزية: Thermodynamics) هو فرع من الفيزياء يختص بدراسة الطاقة وعمل الأنظمة، فضلاً عن توصيف التغيرات في الطاقة الحرارية (بالإنجليزية: Thermal energy) ونقلها بين أشكال الطاقة المختلفة. بدأ الاهتمام بهذا المجال في القرن التاسع عشر، عندما اكتشف العلماء كيفية تصميم وتشغيل المحركات البخارية. ومن الجدير بالذكر أن الطاقة الحرارية هي الطاقة التي تحملها المادة أو النظام نتيجة لدرجة حرارته، مما يعكس حركة أو اهتزاز الجزيئات.

تعريف النظام في الديناميكيا الحرارية

يمكن تعريف النظام الديناميكي الحراري بأنه جزء من الكون يتعرض لبعض التغيرات، بينما تمثل المناطق المحيطة بالنظام الديناميكي بقية الكون وتعبر عن كل شيء عدا النظام نفسه. وبالتالي، يُمكن التعبير عن العلاقة بين النظام الديناميكي الحراري ومحيطه كما يلي:

الكون = نظام + محيط.