النظام الثيرموديناميكي وأنواعه Thermodynamic System

– في هذا الموضوع سيتم مناقشة النظام الثيرموديناميكي وأنواعه Thermodynamic System and its Types النظام المفتوح – النظام المغلق – النظام المعزول وسوف نشرح كل نوع بالتفصيل.

تعريف النظام الثيرموديناميكي Thermodynamic System 

– النظام الثيرموديناميكي Thermodynamic System هو عبارة عن جزء معین من الكون یتكون من المادة أو المواد المشتركة في التغيرات الكیمیائیة والفیزیائیة معزولة بحدود معینة قد تكون هذه الحدود حقيقية أو تخیلیة وذلك من أجل دراسة تأثير المتغيرات المختلفة على محتويات النظام.

– ویسمى كل ما تبقى خارج حدود النظام بالمحيط (surroundings). 

– كما یتضح من الشكل التالي أن:

• النظام كل شيء داخل الحدود (المادة الغازية، السائلة، الصلبة).
• أما المحيط فھو كل شيء خارجها.  
• وتمثل جدران الحاوي للنظام الحدود الفاصلة ببن النظام والمحيط.
  

– أما في الشكل التالي في الديناميكا الحرارية العالم مقسوم كما يلي:

• نظام system (الشيء المهم)
• والمحيط  Surrounding (كل شيء ماعدا النظام)

– المحيط في الكيمياء (العملي) مثلاً يمثل (درجة حرارة ثابتة) أو (حمام مائي) الخ.

– والأسهم تمثل الطاقة التي تتحول (تنتقل) بين النظام ومحيطة.

– وقد توجد علاقة بین النظام والوسط المحيط به ، حیث یؤثر كل منھما في الآخر .

– وبما أن أي نظام لا یخلو من كونه مادة وطاقة، فإنه یمكن أن یحدث تأثرا متبادل بین النظام و المحيط، من خلال المادة أو الطاقة أو كلیھما.

أنواع النظام الثيرموديناميكي Types of Thermodynamic System 

– یمكن تقسیم النظام الى ثلاثة أنواع، وھى كما يلي:

(١) النظام المفتوح

(٢) النظام المغلق

(٣) النظام المعزول

وسوف نشرح كل نوع بالتفصيل كما يلي:

(١) النظام المفتوح Open System 

– ویكون النظام مفتوحاً إذا كان تبادل المادة والطاقة مع الوسط المحیط به.

– ویمثل ذلك النظام بإناء یحتوي على ماء یغلي، فإنه یلاحظ أن مادة النظام، وھي الماء، تتصاعد على ھیئه بخار ینتقل الى الوسط المحیط من حوله، كما أن حرارة الماء (طاقته) تتسرب الى الوسط المحیط.

– ویقال أن ھذا النظام قد بادل كلاً من مادته وطاقته مع الوسط المحیط به.

– ومن أمثلة ھذا النظام جمیع التفاعلات الكیمیائیة التي تتم في المعمل او المختبر، وتجرى في آنية مفتوحة كما في الشكل (a).

(٢) النظام المغلق Closed System

– ویكون النظام مغلقاً إذا كانت حدود النظام تسمح بتبادل الطاقة فقط على شكل حرارة وشغل مع المحیط بشرط أن لا تتغیر كمیة المادة في النظام.

– ویمثل ذلك النظام بماء یغلي موضوع في إناء مغلق بإحكام. ففي ھذة الحالة یلاحظ أن حرارة الماء تتسرب الى الوسط (المحيط)، بینما الماء (مادة النظام) لا تنتقل الى الوسط المحيط.

– ويقال إن ھذا النظام قد بادل طاقته فقط، دون مادته مع الوسط المحیط.

– ومن أمثلة ھذا النظام أيضاً، جميع التفاعلات الكیمیائیة التي تتم في المعمل. وتجرى في آنية مغلقة ذات جدار موصل للحرارة كما في الشكل (b).

(٣) النظام المعزول Isolated System 

– ویكون النظام معزولاً إذا كانت حدود النظام لا تسمح بتبادل المادة والطاقة مع المحيط أي أن النظام لا یتأثر أبداً بالمحيط.

– ويمثل ھذا النظام بالترمس ( السخان حافظة الشاي) ، حیث أنه یحفظ حرارة النظام ومادته من التسرب الى الوسط المحیط كما في الشكل (c).

– الشكل التالي يوضح تمثيل أنواع الأنظمة الثلاثة بواسطة ماء في إناء (a) نظام مفتوح ، (b) نظام مغلق ، (c) نظام معزول كما يلي:

– وبإختصار تقسم الأنظمة الواحدة إلى ثلاث طبقاً لتداخلاتها مع المحيط كما يلي:

• نظام مفتوح يستطيع يبادل المادة والطاقة مع المحيط.
• نظام مغلق يستطيع يبادل الطاقة وليس المادة.
• النظام المعزول لا يستطيع تبادل المادة ولا الطاقة.

– ومن الجدیر بالذكر الإشارة الى أن تبادل الطاقة بین النظام والوسط المحيط. ( يمكن أن یحدث على صورتان وھما الحرارة والشغل)