محاضرات الكيمياء الفيزيائية لطلبة الصف الأول / قسم المكائن وآلات
Download
Report
Transcript محاضرات الكيمياء الفيزيائية لطلبة الصف الأول / قسم المكائن وآلات
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