تبديد

📅 آخر تحديث: ٢٤ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٤ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

في الديناميكا الحرارية ، يُعدّ التبديد نتيجةً لعملية غير قابلة للانعكاس تؤثر على نظام ديناميكي حراري . في عملية التبديد، تتحول الطاقة ( الداخلية ، أو طاقة التدفق الكلي ، أو طاقة الحركة، أو طاقة النظام الكامنة ) من شكلها الأولي إلى شكلها النهائي، حيث تكون قدرة الشكل النهائي على بذل شغل ديناميكي حراري أقل من قدرة الشكل الأولي. على سبيل المثال، يُعدّ انتقال الطاقة على شكل حرارة تبديدًا لأنه انتقال للطاقة بطريقة أخرى غير الشغل الديناميكي الحراري أو انتقال المادة، وينشر طاقة كانت مُركّزة سابقًا. ووفقًا للقانون الثاني للديناميكا الحرارية ، في التوصيل والإشعاع من جسم إلى آخر، تتغير الإنتروبيا بتغير درجة الحرارة (مما يقلل من قدرة الجسمين معًا على بذل شغل)، ولكنها لا تنخفض أبدًا في نظام معزول.

في الهندسة الميكانيكية ، يُعرف التبديد بأنه التحويل غير العكوس للطاقة الميكانيكية إلى طاقة حرارية مع زيادة مصاحبة في الإنتروبيا. [ 1 ]

تُنتج العمليات ذات درجة الحرارة المحلية المحددة إنتروبيا بمعدل معين. ويعطي معدل إنتاج الإنتروبيا مضروبًا في درجة الحرارة المحلية الطاقة المبددة . ومن الأمثلة المهمة على العمليات غير العكوسة: تدفق الحرارة عبر مقاومة حرارية ، وتدفق السوائل عبر مقاومة تدفق، والانتشار (الخلط)، والتفاعلات الكيميائية ، وتدفق التيار الكهربائي عبر مقاومة كهربائية ( تسخين جول ).

تعريف

تُعتبر العمليات الديناميكية الحرارية التبددية غير قابلة للانعكاس أساسًا لأنها تُنتج إنتروبيا . وقد اعتبر بلانك الاحتكاك المثال الأبرز على العمليات الديناميكية الحرارية غير القابلة للانعكاس. [ 2 ] في عملية تُحدد فيها درجة الحرارة محليًا بشكل مستمر، فإن حاصل ضرب الكثافة المحلية لمعدل إنتاج الإنتروبيا في درجة الحرارة المحلية يُعطي الكثافة المحلية للطاقة المبددة.

لا يمكن وصف حالة معينة من عملية تبديد الطاقة بصيغة هاميلتونية واحدة . تتطلب عملية تبديد الطاقة مجموعة من الأوصاف الهاميلتونية الفردية المقبولة، ولا يُعرف تحديدًا أي منها يصف الحالة الفعلية للعملية محل الاهتمام. يشمل ذلك الاحتكاك والطرق، وجميع القوى المشابهة التي تؤدي إلى فقدان ترابط الطاقة - أي تحويل تدفق الطاقة المتماسك أو الموجه إلى توزيع غير موجه أو أكثر تجانسًا للطاقة.

طاقة

"يُطلق على تحويل الطاقة الميكانيكية إلى حرارة اسم تبديد الطاقة." – فرانسوا رودييه [ 3 ] كما يُطبق المصطلح أيضًا على فقدان الطاقة بسبب توليد الحرارة غير المرغوب فيها في الدوائر الكهربائية والإلكترونية.

الفيزياء الحاسوبية

في الفيزياء الحاسوبية ، يشير التبديد العددي (المعروف أيضًا باسم " الانتشار العددي ") إلى بعض الآثار الجانبية التي قد تحدث نتيجةً للحل العددي لمعادلة تفاضلية. عند حل معادلة الحمل الحراري البحتة ، الخالية من التبديد، باستخدام طريقة التقريب العددي، قد تنخفض طاقة الموجة الأولية بطريقة مشابهة لعملية الانتشار. يُقال إن هذه الطريقة تتضمن "تبديدًا". في بعض الحالات، يُضاف "تبديد اصطناعي" عمدًا لتحسين خصائص الاستقرار العددي للحل. [ 4 ]

الرياضيات

يتم تقديم تعريف رياضي رسمي للتبديد، كما هو شائع الاستخدام في الدراسة الرياضية للأنظمة الديناميكية التي تحافظ على القياس ، في مقالة المجموعة المتجولة .

أمثلة

في الهندسة الهيدروليكية

التبديد هو عملية تحويل الطاقة الميكانيكية للمياه المتدفقة إلى الأسفل إلى طاقة حرارية وصوتية. تُصمَّم أجهزة متنوعة في مجاري الأنهار لتقليل الطاقة الحركية للمياه المتدفقة، وبالتالي الحد من قدرتها على تآكل ضفاف الأنهار وقيعانها . غالبًا ما تبدو هذه الأجهزة كشلالات صغيرة ، حيث تتدفق المياه عموديًا أو فوق الصخور لتفقد جزءًا من طاقتها الحركية .

العمليات غير القابلة للانعكاس

من الأمثلة المهمة على العمليات غير القابلة للانعكاس ما يلي:

  1. تدفق الحرارة عبر مقاومة حرارية
  2. تدفق السوائل عبر مقاومة التدفق
  3. الانتشار (الخلط)
  4. التفاعلات الكيميائية [ 5 ] [ 6 ]
  5. تدفق التيار الكهربائي عبر مقاومة كهربائية ( تسخين جول ).

موجات أو تذبذبات

تفقد الأمواج أو التذبذبات طاقتها بمرور الوقت ، عادةً بسبب الاحتكاك أو الاضطراب . وفي كثير من الحالات، تؤدي الطاقة "المفقودة" إلى رفع درجة حرارة النظام. فعلى سبيل المثال، يُقال إن الموجة التي تفقد سعتها تتلاشى. وتعتمد طبيعة هذه التأثيرات على طبيعة الموجة نفسها: فالموجة الجوية ، على سبيل المثال، قد تتلاشى بالقرب من سطح الأرض بسبب الاحتكاك مع اليابسة، وفي المستويات الأعلى بسبب التبريد الإشعاعي .

تاريخ

طُرح مفهوم التبديد في مجال الديناميكا الحرارية على يد ويليام طومسون (اللورد كلفن) عام 1852. [ 7 ] استنتج اللورد كلفن أن مجموعة فرعية من عمليات التبديد غير العكوسة المذكورة أعلاه ستحدث ما لم تخضع العملية لـ "محرك ديناميكي حراري مثالي". وشملت العمليات التي حددها اللورد كلفن الاحتكاك، والانتشار، وتوصيل الحرارة، وامتصاص الضوء.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ إسكودير، مارسيل؛ أتكينز، توني (2019). قاموس الهندسة الميكانيكية (  الطبعة الثانية). مطبعة جامعة أكسفورد. doi : 10.1093/acref/9780198832102.001.0001 . ISBN 978-0-19-883210-2.
  2. ^ بلانك، م. (1926). "Über die Begründung des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik"، Sitzungsber. بريوس. أكاد. ويس.، فيز. الرياضيات. كوالالمبور. ، 453-463.
  3. ^ Roddier F.، Thermodynamique de l'évolution (الديناميكا الحرارية للتطور) ، Parole éditions، 2012
  4. ↑ توماس، جيه دبليو. المعادلات التفاضلية الجزئية العددية: طرق الفروق المحدودة. سبرينغر-فيرلاغ. نيويورك. (1995)
  5. ↑ غلانسدورف، ب.، بريغوجين، إ. (1971). النظرية الديناميكية الحرارية للبنية والاستقرار والتقلبات ، وايلي-إنترساينس، لندن، 1971، ISBN 0-471-30280-5، ص 61.
  6. ↑ Eu, BC (1998). الديناميكا الحرارية غير المتوازنة: طريقة المجموعة ، منشورات كلوير الأكاديمية، دوردريخت، ISBN 0-7923-4980-6، ص 49،
  7. ↑ دبليو. طومسون حول الميل العالمي في الطبيعة لتبديد الطاقة الميكانيكية مجلة الفلسفة، السلسلة 4، ص 304 (1852).

مراجع عامة

  • «النظام المبدد للطاقة هو نظام يفقد الطاقة خلال تطوره الزمني». ​​بيننسون، دبليو؛ هاريس، جيه دبليو؛ ستوكر، إتش؛ لوتز، إتش. (2002). «6.1.3». دليل الفيزياء . نيويورك، نيويورك: سبرينغر-فيرلاغ. ص 219. ISBN  978-0-387-21632-4.