[عادل الثبيتي]

إن قانون الديناميكا الأول هو حالة خاصة لقانون الطبيعة العام ( قانون حفظ الطاقة ) الذي يؤكد أن الحرارة قادرة على التحول إلى شغل وبالعكس ، دون أن يُشير إلى الشروط
التي تحصل فيها هذه التحولات وبما أن القانون الأول لا يبحث مطلقاً في اتجاه العملية الحرارية ، لذا لا يمكن تعيين طبيعتها ونتائجها منه فمثلاً لا يُجيب القانون الأول على السؤال التالي :
هل يتم انتقال الحرارة من الجسم الساخن إلى البارد أم العكس ؟
بينما يُبين الواقع أن الحرارة تنتقل تلقائياً فقط من الجسم الساخن إلى الوسط الأكثر برودة ويبقى الانتقال مستمراً بينهما حتى يحل التوازن الحراري التام .
أما تغيير اتجاه حركة الحرارة فيتم ببذل شُغل ما لأن الشغل كغيره من أنواع الطاقة المشاركة في عملية ما ، يتحول كلياً إلى بسهولة إلى حرارة .
ولقد عرف الانسان منذ عهود قديمة تحول الشغل كله إلى حرارة فكان يحصل على النار بالاحتكاك وغير ذلك وكذلك في الطبيعة تجري عمليات تحول الشغل إلى حرارة بشكل مستمر ومثال ذلك : الاحتكاك - الاصطدام - الكبح ...
أما بالنسبة لتحول الحرارة إلى شغل فيختلف الأمر تماماً فمثلاً يحدث هذا التحول في الآلات الحرارية فقط بوجود فرق في درجتي حرارة مصدر الحرارة ومُستقبلها ، علماً أنه
عندئذ لا يمكن أن تتحول كل الحرارة إلى شغل ، وينتج مما تقدم أن ثمة فرق كبير بين تحول الحرارة إلى شغل وبالعكس .
أما القانون الذي يدل على اتجاه التدفق الحراري ويُبين الحد الأقصى المحتمل لتحول الحرارة إلى شغل في الآلات الحرارية فهو القانون الثاني الذي تم التوصل إليه من التجارب والحياة العملية والذي يملك أهمية خاصة في جميع العمليات الحرارية ولا يقتصر فعل هذا القانون على الهندسة الحرارية فقط فهو يفعل فعله في الفيزياء والكيمياء والبيولوجيا والفلك .... وغيرها من العلوم .
ويعود الفضل في اكتشاف قانون الديناميكا الثاني إلى المهندس والعالم الفرنسي سادي كارنو الذي صاغ جوهره في عام 1824 م ، في مؤلفاته عن [ القوة المحركة للنار ]
حيث يقول : { أينما وُجد فرقٌ في درجات الحرارة يمكن توليد القوى المحركة } .
أما القوة الحرارية المحركة فهي لا تتعلق بالمواد الوسيطة التي تؤدي إلى نشؤ الحرارة : فقيمتها تتحدد فقط بدرجة حرارة الأجسام التي يجري انتقال السائل الحراري بينها
في نهاية الأمر ، ولكي نحصل على قوة محركة أكبر يجب أن تكون درجة حرارة الغاز في الحالة الأولية أعلى ما يُمكن وكذلك يجب أن يكون التبريد أكبر ما يمكن أيضاً .
ولا يجوز التفكير في استخدام القوة الحرارية المحركة كلها لأن ذلك مستحيل عملياً - بمشيئة الله -
وبعد ذلك وضع العالم ( كلاوزيوس ) في الخمسينات من القرن الماضي الصيغة الأحدث والأعم للقانون الثاني للديناميكا { لا يمكن للحرارة أن تنتقل من جسم بارد إلى جسم ساخن دون دفع الثمن }
ويجب القبول بفرضية كلاوزيوس وكأنها قانون تجريبي تابع من مراقبة الطبيعة المحيطة ، ولقد صاغ كلاوزيوس هذه الفرضية لتطبيقها في مجال الهندسة والتكنيم ، إلا أنها باتت صحيحة في مجال الفيزياء والكيمياء أيضاً .
وتُعبّر هذه الفرضية كغيرها من صيغ القانون الثاني عن أحد القوانين الأساسية لكن غير المطلقة من قوانين الطبيعة لأنها تنطبق على الأجسام ذات القياسات المحدودة في الشروط الأرضية المحيطة بنا .
أما تومسون فقد أعلن في عام 1851 م في آن واحد مع كلاوزيوس عن صيغة أُخرى لقانون الديناميكا الثاني : { لا يمكن أن تتحول كل الحرارة الصادرة عن مصدر حراري ما إلى شغل ، إذ يتحول جزء منها إلى شغل ، أما الآخر فينتقل إلى مُستقبل الحرارة } .
إذاً لإنتاج شغل ما يجب أن يكون لدينا مصدر للحرارة درجة حرارته عالية ، ومصدر حراري درجة حرارته منخفضة ، عدا ذلك تُبين فرضية تومسون أن تصميم محرك أبدي يُنجز الشغل باستخدام الطاقة الداخلية للبحار والمحيطات والهواء وحدها فقط هو أمر غير ممكن .
وأوضح العالم أوستفالد أن هذه المقوله يمكن أن تكون أيضاً صيغة أخرى للقانون الثاني للديناميكا الحرارية { إن تصميم محرك أبدي من النوع الثاني هو أمر غير ممكن } .
ويُقصد بالمحرك الأبدي من النوع الثاني بأنه المحرك القادر على تحويل كل الحرارة المأخوذه من مصدر واحد إلى شُغل .
وهناك صيغ أخرى للقانون الثاني للديناميكا الحرارية لا تختلف من حيث المضمون عن ما ذُكر آنفاً .

* المصدر / كتاب : الترموديناميكا الهندسية والنقل الحراري .
للمؤلف / فلاديمير ناشوكين .
ترجمة الدكتور / محمد جواد المحمد .