ترموډینامیک

ترموډینامیک د فزیک یوه څانګه ده چې له حرارت، کار او تودوخې سره سروکار لري او له انرژۍ، انټروپي او د مادې او وړانګې له فزیکي خواصو سره یې اړیکې څېړي. د دغو کمیتونو چلند د ترموډینامیک د څلورو قوانینو له لارې کنترولېږي چې کمي تشرېحات د اندازه کولو وړ مایکروسکوپي فزیکي کمیتونو په کارولو سره وړاندې کوي، خو دا هم کېدای شي چې د احصایوي میخانیک له لارې د مایکروسکوپي اجزاوو پر بنسټ تشرېح شي. ترموډینامیک په ساینس او انجنیرۍ په ځانګړي ډول په فزیک، بیو کیمیا، فزیکي کیمیا او میخانیکي انجنیرۍ او نورو پېچلو برخو لکه هوا پوهنه کې د بېلابېلو موضوعاتو لپاره کارول کېږي.

له تاریخي پلوه ترموډینامیک د بخار د لومړنیو ماشینونو د اغېزناکتیا ډېرولو ته د لېوالتیا په دلیل رامنځته شو، په ځانګړي ډول د فرانسوي فزیک‌پوه «نیکولاس لیونارډ ساډي کارنو» د څېړنو له لارې یې وده وکړه، ښاغلی نیکولاس په دې باور و چې د ماشین اغېزناکتیا هغه کیلي ده چې د ناپلیون په جګړو کې د فرانسې له بریالیتوب سره مرسته کولی شي. سکاټلنډي الاصله ایرلنډی فزیک‌پوه «لارډ کلوین» لومړنی کس و چې په ۱۸۵۴ کال کې یې د ترموډینامیک یو لنډ تعریف وکړ او ویې ویل: "ترموډینامیک د حرارت او هغو ځواکونو تر منځ د اړیکې موضوع ده چې د اجسامو د پیوستو برخو او د برېښنايي عامل او حرارت تر منځ عمل کوي."

ترموډینامیک لومړی په حرارتي میخانیکي ماشینونو کې کارېده چې ډېر ژر د کیمیايي ترکیباتو او کیمیایي غبرګونونو څېړنې ته پراخ شو. کیمایي ترموډینامیک د کیمایي غبرګونونو په پروسه کې د انټروپي د رول ماهیت څېړي او د دغې څانګې له علم او پراختیا سره یې ډېره مرسته کړې ده. احصایوي ترموډینامیک له مایکروسکوپي چلند څخه د ذراتو د جمعي حرکت پر احصایوي وړاندوېینو تمرکز لري. په ۱۹۰۹ کال کې «کنسټانټین کاراټیوډوري» یوه بشپړه ریاضیکي تګلاره په یوه اکسیومي فورمول کې وړاندې کړه چې تر ډېره د هندسي ترموډینامیک په نامه یادېږي.

پېژندنه

د هر ترموډینامیکي سیستم تشرېح د ترموډینامیک له څلورو قوانینو څخه کار اخلي چې اکسیومي بنسټ جوړوي. لومړی قانون وايي چې انرژي کولای شي د فزیکي سیستمونو تر منځ د حرارت، کار او ماده‌يي انتقال په توګه ولېږدي. دویم قانون د انټروپي په نامه د یوه داسې کمیت شتون تعریفوي چې لوری یا ډایرېکشن له ترموډینامیکي پلوه تشرېح کوي، یعنې دا چې یو سیستم تکامل کولی شي او د یوه سیستم ارام حالت کمي کولی شي او د هغه ګټور کار د کمي کولو لپاره کارېدای شي چې له یوه سیستم څخه یې استخراجولی شو.

تاریخچه

د یوې علمي څانګې په توګه د ترموډینامیک تاریخچه په ټولیز ډول له «اوټو وان ګوریکه» سره پیلېږي چې په ۱۶۵۰ کال کې یې په نړۍ کې د خلا لومړنی پمپ جوړ کړ او خلا یې د خپلو «ماګډبورګ نیمکرو» په مرسته وښوده. ګوریکه د ارسطو د هغې پخوانۍ فرضیې د ردولو لپاره چې ویلي یې وو "طبیعت له خلا څخه کرکه لري"، وهڅېد چې خلا رامنځته کړي. تر ګوریکه لږ وروسته انګرېزي الاصله ایرلنډي فزیک‌پوه او کیمیاپوه «رابرټ بویل» د ګوریکه پر طرحو خبر شو او په ۱۶۵۶ کال کې یې له انګرېز ساینس‌پوه «رابرټ هوک» سره په همغږۍ د هوا یو پمپ جوړ کړ. بویل او هوک د دغه پمپ په مرسته د فشار، تودوخې او حجم تر منځ پیوستون ته متوجه شول. د وخت په تېرېدو سره د بویل قانون پر فورمول بدل شو چې ښوده یې فشار او حجم له یو بل سره معکوسه اړیکه لري. وروسته په ۱۶۷۹ کال کې د دغو مفاهیمو پر بنسټ د بویل یوه همکار «ډنیس پاپین» یو بخار هضموونکی جوړ کړ چې یو سرپټی لوښی و او بخار یې تر هغه وخته محدوداوه چې لوړ فشار رامنځته شي.

د ترموډینامیک لومړنی درسي کتاب په ۱۸۵۹ کال کې «ویلیم رانکېن» ولیکه چې په «ګلاسکو پوهنتون» کې د میخانیکي او سېول انجنیرۍ د استاد او فزیک‌پوه په توګه روزل شوی و. د ترموډینامیک لومړی او دویم قانون په هم‌مهاله ډول په ۱۸۵۰مه لسیزه کې رامنځته شول چې تر ډېره د ویلیم رانکېن، روډولف کلازیوس او ویلیم ټامسون (لارډ کلوین) له اثارو څخه واخیستل شول. د احصایوي ترموډینامیک بنسټونه د جېمز کلارک مکسوېل، لوډویک بولټزمن، ماکس پلانک، روډولف کلازیوس او ویلارډ ګیبس په څېر فزیک‌پوهانو له‌خوا کېښودل شول.

د ۱۸۷۳-۱۸۷۶ کلونو په جریان کې امریکايي فزیک‌پوه «جوزیا ویلارډ ګیبز» د درېیو مقالو ټولګه خپره کړه چې تر ټولو مشهوره یوه یې د نامتجانسو توکو د تعادل په اړه وه، په دې مقاله کې یې وښوده چې د کیمیايي غبرګون په څېر ترموډینامیکي پروسې څه ډول د ګرافیکي څېړنې په ډول تحلیلولی شو. د ترموډینامیکي سیستم انرژي، انټروپي، حجم، تودوخه او فشار په داسې ډول دي چې کولای شو مشخصه کړو چې ایا یوه پروسه په خپله رامنځته کېدای شي که نه. د دې تر څنګ «پیر دوهېم» هم په نولسمه پېړۍ کې د کیمیايي ترموډینامیک په اړه لیکل وکړل. د شلمې پېړۍ په لومړیو کې د «ګیلبرټ لوئیس»، «مرل رانډل» او «ګوګنهایم» په څېر کیمیاپوهانو د کیمیايي پروسو د تحلیلولو لپاره د ګیبس ریاضيکي مېتودونه وکارول.

د ترموډینامیک څانګې

احصایوي میخانیک

احصایوي میخانیک چې د احصایوي ترموډینامیک په نامه هم پېژندل کېږي، د نولسمې پېړۍ په وروستیو او د شلمې پېړۍ په لومړیو کې د اتومي او مالیکولي تیوریو په رامنځته کېدو سره را څرګند شو او کلاسیک ترموډینامیک یې د کوانټومي میخانیکي حالتونو په تشرېح کولو سره بشپړ کړ. دا برخه د هر اتوم او هر مالیکول مایکروسکوپي ځانګړنې  د توکو له هغو مایکروسکوپي ځانګړنو سره اړوندوي چې انسانانو ته د لیدو وړ نه دي؛ بالاخره کلاسیک ترموډینامیک د طبیعي احصایو، کلاسیک میخانیک او کوانټومي تیورۍ د پایلې په توګه په مایکروسکوپي کچه تشرېح کوي.

تعادلي ترموډینامیک

تعادلي ترموډینامیک په هغو سیستمونو یا اجسامو کې د مادې او انرژۍ د انتقال څېړنه ده چې د خپلو شاوخوا مرکزونو په مرسته د یوه ترموډینامیکي تعادل له حالت څخه بل حالت ته هدایت کېدای شي. د «ترموډینامیکي تعادل» اصطلاح د تعادل هغه حالت ښيي چې په هغه کې ټول مایکروسکوپي جریانونه صفر دي. د ډېرو ساده سیستمونو یا اجسامو متمرکز خواص متجانس دي او فشار یې پر پولو عمود دی. د تعادل په حالت کې د سیستم د بېلابېلو مایکروسکوپي برخو تر منځ هېڅ نامتعادل پتانشیل یا محرکه قوه نه‌شته.

غیر تعادلي ترموډینامیک

غیر تعادلي ترموډینامیک د ترموډینامیک یوه څانګه ده او پر هغو سیستمونو تمرکز کوي چې ترموډینامیکي تعادل نه‌لري. ډېری هغه سیستمونه چې په طبیعت کې موندل کېږی، په ترموډینامیکي تعادل کې نه دي، ځکه چې په ساکن حالت کې نه دي او په پیوسته او ناپیوسته ډول د مادې او انرژۍ په جریان کې ښکېل دي. د غیر تعادلي سیستمونو ترموډینامیکي څېړنه د تعادلي ترموډینامیک په نسبت لږ څه پراخو مفاهیمو ته اړتیا لري. ډېری طبیعي سیستمونه لا هم د پېژندل شویو مایکروسکوپي ترموډینامیکي مېتودونو تر محدودې پورته پاتې دي.