دالة الحالة
في ترموديناميك والفيزياء (بالإنجليزية : state function أو function of state ) هي إحدى خواص نظام التي تعتمد فقط على حالة النظام ، ولا تعتمد على مسيرة النظام حتى وصل إلى تلك الحالة. مثل الطاقة الداخلية للنظام ، وإنثالبي النظام ، وإنتروبيا النظام ، ودرجة الحرارة والحجم والضغط والكتلة والكثافة ومغناطيسية النظام كل تلك هي قيم لحالة النظام حيث تصف حالة توازن حراري لنظام ترموديناميكي بصرف النظر عن كيفية وصول النظام إلى تلك الحالة.
وبالعكس ، فإن حرارة النظام والشغل الميكانيكي الذي يؤديه النظام فتلك دوال للعملية حيث تعتمد قيمتها على مسار النظام بين حالتي توازن.
لذلك نفرق في الديناميكا الحرارية بين دالة الحالة ودالة العملية.
تغير نظام من حالة إلى حالة - مثل تغير حجم النظام أو درجة حرارة النظام - يسمى " تغير الحالة" بمعني " تغير حالة النظام ". ونعتبر حالتين مختلفتين لنظام عندما تتغير قيمة أحد "دوال الحالة " أو أكثر.
في جميع تلك الأحوال لا تعتمد طاقة الوضع التي اكتسبها الجسم إلا على ارتفاع قمة الجبل عن الأرض وكتلة الجسم.
نصل إلى وصف دقيق لحالة نظام في الترموديناميكا الحرارية عن طريق دالات الحالة مثل الضغط p في النظام (الضغط المطلق) ، ودرجة الحرارة T والحجم V ، وعدد الجزيئات N وبالتالي كمية المادة n ، والكثافة ρ ، والطاقة الداخلية U ،و الإنثالبي H ، والإنتروبيا S.
وتبقى دوال الحالة ثابته عندما يكون النظام الترموديناميكي في حالة حراري (توازن ترمويناميكي).
في حالة غاز مثالي تكون الكثافة (عدد الجزيئات في 1 سنتيمتر مكعب) منخفضة ، والضغط منخفض ودرجة الحرارة عالية ، ويمكن كتابة المعادلة العامة للغاز المثالي هكذا:
وبالنسبة لغاز حقيقي تنطبق معادلة فان دير فالس التقريبية:
في ترموديناميك والفيزياء (بالإنجليزية : state function أو function of state ) هي إحدى خواص نظام التي تعتمد فقط على حالة النظام ، ولا تعتمد على مسيرة النظام حتى وصل إلى تلك الحالة. مثل الطاقة الداخلية للنظام ، وإنثالبي النظام ، وإنتروبيا النظام ، ودرجة الحرارة والحجم والضغط والكتلة والكثافة ومغناطيسية النظام كل تلك هي قيم لحالة النظام حيث تصف حالة توازن حراري لنظام ترموديناميكي بصرف النظر عن كيفية وصول النظام إلى تلك الحالة.
وبالعكس ، فإن حرارة النظام والشغل الميكانيكي الذي يؤديه النظام فتلك دوال للعملية حيث تعتمد قيمتها على مسار النظام بين حالتي توازن.
لذلك نفرق في الديناميكا الحرارية بين دالة الحالة ودالة العملية.
تغير نظام من حالة إلى حالة - مثل تغير حجم النظام أو درجة حرارة النظام - يسمى " تغير الحالة" بمعني " تغير حالة النظام ". ونعتبر حالتين مختلفتين لنظام عندما تتغير قيمة أحد "دوال الحالة " أو أكثر.
مثال
مثال عل حالة نظام طاقة الوضع لشخص ما واقف على قمة جبل. فطاقة وضعه لا يتغير مقدارها بتغير الطريق الذي سلكه الشخص حتى وصل إلى تلك النقطة على قمة الجبل (طاقة الوضع عند نقطة ما تعتمد على الارتفاع). ولكن يختلف الشغل الذي يؤديه الشخص للوصول إلى تلك النقطة (واكتسابه لطاقة الوضع المحددة) ، فالشغل المبذول من الشخص يعتمد على الطريق الذي اتخذه إلى أعلى. فقد يكون طريقا مستقيما على حافة الجبل ، أو طريقا حلزونيا حيث يكون "الاحتكاك" أثناء الصعود بالطريقتين مختلفا. كذلك قد يكون الشخص قد صعد إلى قمة الجبل بالمصعد ، عندئذ يبذل المصعد الشغل بدلا عن الشخص نفسه.في جميع تلك الأحوال لا تعتمد طاقة الوضع التي اكتسبها الجسم إلا على ارتفاع قمة الجبل عن الأرض وكتلة الجسم.
- قد يسأل البعض أين تلك طاقة الوضع التي يكتسبها الشخص بالصعود إلى أعلى ؟
- طاقة الوضع للشخص هنا معناها "طاقة وضعه في جهد جاذبية الأرض " ، وكما نرى فهي ترتفع بزيادة ارتفاع الأجسام عن سطح الأرض. بالمثل ففي الذرة تكون طاقة الوضع للإلكترون في الذرة حيث يكون الإلكترون تحت تأثير جهد كولوم الناتج عن الشحنة الموجبةلنواة الذرة.
دالات حالة نظام ترموديناميكي
وتبقى دوال الحالة ثابته عندما يكون النظام الترموديناميكي في حالة حراري (توازن ترمويناميكي).
في حالة غاز مثالي تكون الكثافة (عدد الجزيئات في 1 سنتيمتر مكعب) منخفضة ، والضغط منخفض ودرجة الحرارة عالية ، ويمكن كتابة المعادلة العامة للغاز المثالي هكذا:
وبالنسبة لغاز حقيقي تنطبق معادلة فان دير فالس التقريبية:
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق