القانون الثاني للديناميكا الحرارية

مقالة مفصلة: القانون الثاني للديناميكا الحرارية
يتعلق القانون الثاني بالاعتلاج أو الأنتروبية وينص على مبدأ أساسي يقول بأن تغيرًا تلقائيًا في نظام فيزيائي لا بد وأن يترافق بازدياد في مقدار اعتلاج هذا النظام.
صاغ العالم الألماني رودولف كلاوسيوس القانون الثاني أثناء محاضرته امام الجمعية الفلسفية في زيوريخ في 24 أبريل 1865 قائلا:
” تميل الانتروبية في الكون إلى نهاية عظمى.”
ويعتبر هذا النص أشهر نص للقانون الثاني. ونظرا للتعريف الواسع الذي يتضمنه هذا القانون، حيث يشمل الكون كله من دون أي تحديد لحالته، سواء كان كونا مفتوحا أو مغلقا أو معزولا لكي تنطبق عليه صيغة القانون، يتصور كثير من الناس أن الصيغة الجديدة تعني أن القانون الثاني للحرارة ينطبق على كل شيء يمكن تصوره.ولكن هذا ليس صحيحا فالصيغة الجديدة ماهي إلا تبسيط لحقيقة أعقد من ذلك.
وبمرور السنين اتخذت الصيغة الرياضية للقانون الثاني للديناميكا الحرارية في حالة نظام معزول تجري فيه تحولات معينة الشكل التالي :
{\displaystyle {\frac {dS}{dt}}\geq 0}
حيث :
S الإنتروبي (entropy) أو الاعتلاج ،
t الزمن.
والإنتروبية هي مقياس لعدم النظام في نظام ، أي زيادة الهرجلة. والقانون يقول أن الهرجلة تسير تلقائيا وطبيعيا في اتجاه زيادة الهرجلة أو بقائها ثابتة. فمثلا إذا أذبنا قليل من ملح الطعام في كوب من الماء انتشرت جزيئات الملح وتوزعت توزيعا متساويا في الماء. هذه عملية طبيعية تسير من ذاتها ، ونقول أن انتروبية النظام قد ازدادت. إذ أن مجموع إنتروبية ملح الطعام “النقي” + إنتروبية الماء النقي يكون أصغر من إنتروبية المخلوط. أي تزداد إنتروبية النظام بأكمله (الماء النقي + الملح) بمرور الزمن بعد الخلط.
القانون الثالث للديناميكا الحرارية[عدل] مقالة مفصلة: القانون الثالث للديناميكا الحرارية
“من المستحيل تبريد نظام إلى درجة الصفر المطلق”.
هذا القانون يحدد درجة الصفر المطلق كحد طبيعي لا يمكن تعديها إلى أقل منها. حقيقة أنه يمكن بأداء عمل كبير الاقتراب من درجة الصفر المطلقة، مثلما يحدث عند دراسة الميوعة الفائقة للهيليوم-3 حيث تصل درجته الحرجة للميوعة الفائقة عند 0.0026 كلفن ، إلا أنه من المستحيل التبريد حتى درجة الصفر.
الكمونات الدينامية الحرارية[عدل] مقالة مفصلة: كمون دينامي حراري
الطاقة الداخلية {\displaystyle U(S,V,N)} لنظام (وهي دالة للإنتروبيا S والحجم V وكمية المادة N) وجميع مشتقاتها بواسطة تحويل ليجاندر تعتبر كمونات دينامية حرارية للنظام. وتحول معادلات ليجاندر كمون الانتروبيا {\displaystyle S} بالنسبة إلى تغير درجة الحرارة {\displaystyle T} ، وكمون الحجم {\displaystyle V} بالنسبة إلى تغير الضغط ، وتغير كمية المادة {\displaystyle N} بالنسبة إلى تغير الكمون الكيميائي {\displaystyle \mu } .
تستنبط منها 3 أزواج من المتغيرات {\displaystyle {(S,T),(V,p),(N,\mu )}} وينشأ منها بالتالي {\displaystyle 2^{3}=8} كمونات ترموديناميكية.