تبديد
في الديناميكا الحرارية ، التبديد هو نتيجة لعملية لا رجعة فيها تؤثر على نظام ترموديناميكي . في عملية التبديد، تتحول الطاقة ( الداخلية ، أو الحركية التدفقية ، أو المحتملة للنظام ) من شكل أولي إلى شكل نهائي، حيث تكون قدرة الشكل النهائي على القيام بعمل ترموديناميكي أقل من قدرة الشكل الأولي. على سبيل المثال، يعد نقل الطاقة على شكل حرارة تبديدًا لأنه نقل للطاقة بخلاف العمل الترموديناميكي أو عن طريق نقل المادة، وينشر الطاقة المركزة سابقًا. وفقًا للقانون الثاني للديناميكا الحرارية ، في التوصيل والإشعاع من جسم إلى آخر، تتغير الإنتروبيا مع درجة الحرارة (تقلل من قدرة تركيبة الجسمين على القيام بالعمل)، لكنها لا تقل أبدًا في نظام معزول.
في الهندسة الميكانيكية ، التبديد هو التحويل غير القابل للرجوع فيه للطاقة الميكانيكية إلى طاقة حرارية مع زيادة مصاحبة في الإنتروبيا. [1]
تنتج العمليات ذات درجة الحرارة المحلية المحددة الإنتروبيا بمعدل معين. معدل إنتاج الإنتروبيا مضروبًا في درجة الحرارة المحلية يعطي الطاقة المبددة . ومن الأمثلة المهمة على العمليات غير القابلة للعكس: تدفق الحرارة عبر المقاومة الحرارية ، وتدفق السوائل عبر مقاومة التدفق، والانتشار (الخلط)، والتفاعلات الكيميائية ، وتدفق التيار الكهربائي عبر المقاومة الكهربائية ( تسخين جول ).
تعريف
العمليات الديناميكية الحرارية المبددة غير قابلة للعكس بشكل أساسي لأنها تنتج الإنتروبيا . اعتبر بلانك الاحتكاك المثال الرئيسي لعملية ترموديناميكية غير قابلة للعكس. [2] في عملية يتم فيها تحديد درجة الحرارة محليًا بشكل مستمر، فإن الكثافة المحلية لمعدل إنتاج الإنتروبيا مضروبة في درجة الحرارة المحلية تعطي الكثافة المحلية للطاقة المبددة. [ بحاجة لتعريف ]
لا يمكن وصف حدوث معين لعملية تبديد من خلال صيغة هاملتونية فردية واحدة . تتطلب العملية التبددية مجموعة من الأوصاف الهاميلتونية الفردية المقبولة، والتي تصف بالضبط حدوث معين فعلي للعملية موضع الاهتمام كونها غير معروفة. ويشمل هذا الاحتكاك والطرق، وكل القوى المماثلة التي تؤدي إلى فقدان تماسك الطاقة - أي تحويل تدفق الطاقة المتماسك أو الموجه إلى توزيع غير مباشر أو أكثر تماثلًا للطاقة.
طاقة
"إن تحويل الطاقة الميكانيكية إلى حرارة يسمى تبديد الطاقة." – فرانسوا رودييه [3] ويُطبق المصطلح أيضًا على فقدان الطاقة بسبب توليد الحرارة غير المرغوب فيها في الدوائر الكهربائية والإلكترونية.
الفيزياء الحسابية
في الفيزياء الحاسوبية ، يشير التبديد العددي (المعروف أيضًا باسم " الانتشار العددي ") إلى بعض الآثار الجانبية التي قد تحدث نتيجة لحل عددي لمعادلة تفاضلية. عندما يتم حل معادلة الحمل الحراري الخالصة ، الخالية من التبديد، بطريقة تقريبية عددية، يمكن تقليل طاقة الموجة الأولية بطريقة مماثلة لعملية الانتشار. يقال إن مثل هذه الطريقة تحتوي على "تبديد". في بعض الحالات، تتم إضافة "التبديد الاصطناعي" عمدًا لتحسين خصائص الاستقرار العددي للحل. [4]
الرياضيات
تم تقديم تعريف رسمي رياضي للتبديد، كما يستخدم عادة في الدراسة الرياضية للأنظمة الديناميكية المحافظة على القياس ، في المقالة المجموعة المتجولة .
أمثلة
في الهندسة الهيدروليكية
التبديد هو عملية تحويل الطاقة الميكانيكية للمياه المتدفقة إلى طاقة حرارية وصوتية. يتم تصميم أجهزة مختلفة في قيعان الأنهار لتقليل الطاقة الحركية للمياه المتدفقة لتقليل قدرتها على التآكل على ضفاف الأنهار وقيعانها . في كثير من الأحيان، تبدو هذه الأجهزة مثل الشلالات الصغيرة أو الشلالات المتتالية ، حيث يتدفق الماء عموديًا أو فوق الحجارة ليفقد بعضًا من طاقته الحركية .
عمليات لا رجعة فيها
ومن الأمثلة المهمة على العمليات غير القابلة للعكس ما يلي:
- تدفق الحرارة من خلال المقاومة الحرارية
- تدفق السوائل من خلال مقاومة التدفق
- الانتشار (الخلط)
- التفاعلات الكيميائية [5] [6]
- تدفق التيار الكهربائي عبر المقاومة الكهربائية ( تسخين جول ).
الموجات أو التذبذبات
تفقد الموجات أو التذبذبات طاقتها بمرور الوقت ، وعادةً ما يكون ذلك بسبب الاحتكاك أو الاضطراب . وفي كثير من الحالات، ترفع الطاقة "المفقودة" درجة حرارة النظام. على سبيل المثال، يُقال إن الموجة التي تفقد سعتها تتبدد. وتعتمد الطبيعة الدقيقة للتأثيرات على طبيعة الموجة: على سبيل المثال، قد تتبدد الموجة الجوية بالقرب من السطح بسبب الاحتكاك مع كتلة الأرض، وعلى مستويات أعلى بسبب التبريد الإشعاعي .
تاريخ
تم تقديم مفهوم التبديد في مجال الديناميكا الحرارية بواسطة ويليام تومسون (اللورد كلفن) في عام 1852. [7] استنتج اللورد كلفن أن مجموعة فرعية من عمليات التبديد غير القابلة للعكس المذكورة أعلاه ستحدث ما لم يتم التحكم في العملية بواسطة "محرك ترموديناميكي مثالي". كانت العمليات التي حددها اللورد كلفن هي الاحتكاك والانتشار وتوصيل الحرارة وامتصاص الضوء.
انظر أيضا
مراجع
- ^ Escudier, Marcel; Atkins, Tony (2019). A Dictionary of Mechanical Engineering (2 ed.). Oxford University Press. doi :10.1093/acref/9780198832102.001.0001. ISBN 978-0-19-883210-2.
- ^ بلانك ، م. (1926). "Über die Begründung des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik"، Sitzungsber. بريوس. أكاد. ويس.، فيز. الرياضيات. كوالالمبور. ، 453-463.
- ^ Roddier F.، Thermodynamique de l'évolution (الديناميكا الحرارية للتطور)، طبعات مشروطة، 2012
- ^ توماس، JW المعادلة التفاضلية الجزئية العددية: طرق الفروق المحدودة. دار نشر سبرينغر. نيويورك. (1995)
- ^ Glansdorff, P., Prigogine, I. (1971). Thermodynamic Theory of Structure, Stability, and Fluctuations , Wiley-Interscience, London, 1971, ISBN 0-471-30280-5 , p. 61.
- ^ Eu, BC (1998). الديناميكا الحرارية غير المتوازنة: طريقة المجموعة ، منشورات كلوير الأكاديمية، دوردرخت، ISBN 0-7923-4980-6 ، ص. 49،
- ^ دبليو تومسون حول الميل العالمي في الطبيعة إلى تبديد الطاقة الميكانيكية المجلة الفلسفية، السلسلة 4، ص 304 (1852).
