سأتحدث اليوم في هذه المقالة عن الديناميكا الحرارية والتي تعد من أساسيات الهندسة الميكانيكية الحرارية، وبمجرد أن تُفهم أساسيات الديناميكا الحرارية مع بعض التطبيقات، سوف يكون من السهل على طلبة التخصص والمطّلعين أن يكونوا ملمّين بآلية عمل التطبيقات التي تعتمد بشكل رئيسي على قوانين الديناميكا الحرارية.

سأتحدث عن هذا الموضوع في عدة مدونات أحاول فيها أن أبذل قصارى جهدي وأن أقوم بتلخيص كتاب: Thermodynamics An Engineering Approach، وأن أنتقي المواضيع فيه بطريقتي الخاصة.
وأبرز ما سأتحدث عنه هو المواضيع الآتية:

      1.     الشغل والحرارة والفرق بينهما

      2.     القوانين الثلاثة للديناميكا الحرارية

      3.     الطاقة الداخلية

      4.     تطبيقات على القانون الأول في دوائر التبريد والتكييف

وغيرها من المواضيع الشيقة والتابعة للعناوين المذكورة أعلاه.

للديناميكا الحرارية دور مهم في تحليل وتصميم أنظمة انتقال الطاقة وتحويلها من شكل لآخر. وعملية تحويل الطاقة الحرارية إلى شغل مفيد تعدّ واحدة من أعظم الثورات الصناعية التي حدثت في تاريخ البشريّة. ليس من الغريب أن نعلم بأن معظم أنشطتنا اليومية تحتوي على انتقالٍ للطاقة من شكل إلى شكل آخر. فجسم الإنسان تتحول في الطاقة الكيميائية الناتجة عن تفكك روابط الطعام إلى أشكال مختلفة من الطاقة، منها الطاقة الحرارية، والكيميائية، وكذلك الميكانيكية.

وليس الإنسان وحده الذي يعتمد على مبادئ تحوّل الطاقة من شكل لآخر، فالنبات على سبيل المثال يحوّل طاقة الإشعاع من الشمس ويجعلها طاقة كيميائية تفيدها في عملية البناء الضوئي. كذلك السيارات فهي تحوّل طاقة الوقود من طاقة كيميائية إلى طاقة حرارية وبعد ذلك إلى طاقة ميكانيكية دورانية. وأيضاً لو تحدثنا عن سخانات المياه في المنازل، فهي تحوّل الطاقة الكهربائية القادمة من شركة الكهربائية إلى طاقة حرارية. الأمثلة هنا لا تعد ولا تحصى ولها تفصيلات يطول ذكرها في كيفية تحويل الطاقة من شكل لآخر، ولكن الهدف من ذكر الأمثلة أن نتعرّف على أن (الطاقة لا تُفنى ولا تُستحدث من العدم، ولكنها تنتقل وتتحول من شكل لآخر). وفي قادم الأيام سنرى بأن القانون الأول للديناميكا الحرارية يعتد على هذا المبدأ.

أثناء تحدثنا عن الديناميكا الحرارية، يجب علينا أن نعلم بأن هنالك نوعين من الأنظمة:

     1.     النظام المفتوح: يحدث فيه عملية انتقال للكتلة بالإضافة للطاقة.

     2.     النظام المغلق: لا يحدث فيه انتقال للكتلة، فقط انتقال للطاقة.

وفي النظام المفتوح يمكننا ضرب الأمثلة بالتوربينات، والضواغط (الكمبريسور) ليست جميعها على كل حال، فهناك أنواع مختلفة. أما النظام المغلق فأمثلته الخزانات المغلقة والأسطوانات التي تحتوي على مكبس.

لكل نظام خصائص معينة ، تصف حالته الفيزيائية يطلق على هذه الخصائص مصطلح "خواص" (properties) ، من أهمها: درجة الحرارة، الضغط، الكثافة، الحجم، واللزوجة.