الديناميكا الحرارية أو التحريك الحراري أو الثرموديناميك (باللاتينية: Thermodynamica) تعبر عن أحد فروع الميكانيكا الإحصائية الذي يدرس خواص انتقال الشكل الحراري للطاقة خصوصا وتحولاته إلى أوجه أخرى من الطاقة. يقوم هذا العلم باستخدام الميكانيكا الإحصائية لصياغة القوانين التي تحكم تحول الطاقة من وجه إلى آخر، والاتجاه الذي تفضله الطاقة الحرارية في انتقالها، والطاقة المتاح تحويلها إلى عمل.
معظم هذه الدراسات تعتمد على فكرة أن أي نظام معزول في أي مكان من الكون يحتوي على كمية فيزيائية قابلة للقياس تسمى الطاقة الداخلية للنظام ويرمز لها بالرمز (U). وتمثل هذه الطاقة الداخلية مجموع الطاقة الكامنة والطاقة الحركية للذرات والجزيئات ضمن النظام، أي جميع الأنماط التي يمكن أن تنتقل مباشرة كالحرارة، وبذلك تستثنى الطاقة الكيميائية (المختزنة في الروابط الكيميائية) أو الطاقة النووية (الموجودة في نوى الذرات) باعتبارها أنماط طاقية لا يمكن نقلها ضمن الشروط الطبيعية. تبقى الطاقة الداخلية (U) ثابتة حتى يفك عزل النظام فيصبح قادراً على تبادل الطاقة أو المادة منه وإليه، عندئذ يمكن للطاقة الداخلية أن تتغير عن طريق انتقال المادة أو انتقال الحرارة أو إنجاز عمل.
أصل الكلمة
المصطلح في اللغات الأوروبية (باللاتينية: Thermodynamica) مأخوذ من الأصول اليونانية θέρμη أي حرارة و δύναμις أي طاقة، وتترجم إلى الديناميكا الحرارية
تمهيد
في أواخر القرن الثامن عشر ظهر علم الديناميكا الحرارية كعلم بدرس تحول الطاقة الحرارية إلى عمل ميكانيكي، واستنادا إلى ذلك وضعت الأسس النظرية لعمل الآلات الحرارية. غير أن التطور المستمر في المحركات الحرارية أعطى علم الديناميكا الحرارية أهمية كبيرة تخطت حدود الهندسة الحرارية لتلقى استخداما واسعا في فروع مختلفة من العلوم الأساسية كالفيزياء والكيمياء. والديناميكا الحرارية الحديثة هو العلم الذي يتطرق إلى دراسة قوانين التحولات المتبادلة لمختلف أشكال الطاقة، كما ويعالج العمليات أو الظواهر التي تحدث في الطبيعة من خلال تحول الطاقة من شكل إلى آخر. وتختلف الديناميكا الحرارية عن الفيزياء والكيمياء بأنها لا تستند إلى أي نموذج لبناء المادة، كما لا ترتبط بأي تصور عن البنية الجزيئية لهذه المادة، ولكنه يعتمد على القوانين العانى التي توصل إليها تجريبيا.
وعلم الديناميكا الحرارية يرتكز على ثلاث قوانين تجريبية ومعادلة الحالة:
القانون الأول، أو المبدأ الأول في الديناميكا الحرارية، أو قانون حفظ وتحول الطاقة.
القانون الثاني، أو المبدأ الثاني في الديناميكا الحرارية، ويبين اتجاه الظواهر حالطبيعية التي تحدث في الطبيعة.
القانون الثالث، أو المبدأ الثالث في الديناميكا الحرارية، ويؤكد عدم بلوغ الصفر المطلق لدرجة الحرارة.
وتعطي الديناميكا الحرارية وصفا شاملا للعمليات والظواهر التي تحدث في الطبيعة وفي مجال الصناعة إذ أنه لا يكشف آلية هذه الظواهر، كما لا يجيب عن السؤال لماذا تحدث هذه العملية على هذا النحو بالذات، فأسباب حدوث هذه الظواهر والعمليات تطرحها نظرية الحركة الجزيئية للغازات.
يهتم علم الديناميكا الحرارية -كما يدل الاسم- بالحرارة أو الطاقة الحرارية بالدرجة الأولى وبكل الظواهر التي تظهر أو تتعلق بهذه الطاقة كعملية انتقال الحرارة من جسم لآخر أو كيفية تخزين هذه الطاقة أو توليدها. يقوم علم الديناميكا الحرارية على أربعة قوانين كبرى وهي القانون صفر (أو القانون الرابع) والقانون الأول والقانون الثاني والقانون الثالث
المفاهيم الأساسية
المفاهيم الأساسية في الديناميكا الحرارية هي كمية الحرارة ودرجة الحرارة والحرارة النوعية والسعة الحرارية. وتعد مختلف أشكال الجمل الدينامية الحرارية موضوع الدراسة الذي تتعرض له الديناميكا الحرارية
الجملة الدينامية الحرارية
هي جسم أو مجموعة من الأجسام المادية التي تتبادل الطاقة والمادة فيما بينها أو مع الأجسام المادية المحيطة بها والواقعة خارج حدود الجملة الدينامية الحرارية والمسماة بالوسط المحيط أو الوسط الخارجي. مثال: الغاز المحصور ضمن اسطوانة مع المكبس يشكل جملة دينامية حرارية، حيث يمثل الهواء الجوي المحيط بالاسطوانة من الخارج الوسط المحيط أو الوسط الخارجي وجدران الاسطوانة مع سطح المكبس حدود الجملة والغاز المحصور بالجسم العامل.
وتصنف الجمل الدينامية الحرارية حسب شروط التبادل مع الجمل الأخرى إلى مايلي
1.الجملة الدينامية الحرارية المعزولة: وهي الجملة التي لا تتبادل الطاقة والمادة مع الوسط المحيط أو الجمل الدينامية الحرارية الأخرى.
2.الجملة الدينامية الحرارية المغلقة: وهي الجملة التي لا تتبادل المادة مع الوسط المحيط أو الأجسام الأخرى ولكن تتبادل بالطاقة.
3.الجملة الدينامية الحرارية المفتوحة: وهي الجملة التي تتبادل المادة مع الوسط المحيط والأجسام الأخرى.
4.الجملة الدينامية الحرارية المعزولة حراريا: وهي الجملة التي لا تتبادل الطاقة الحرارية مع الوسط المحيط أو الأجسام الأخرى المحيطة بها وتسمى أيضا بالجملة المعزولة أديباتيا.
ويطلق على مجموعة الخواص الفيزيائية للجملة عند ظروف العمل بالحالة الدينامية الحرارية للجملة، فهناك الحالة المتوازنة (المستقرة)، والحالة غير المتوازنة (غير المستقرة) للجملة الدينامية الحرارية. فالحالة المتوازنة (المستقرة) للجملة الدينامية الحرارية تتميز بأن عناصر الحالة للجملة لا تتغير مع مرور الزمن تحت تأثير الظروف الخارجية الثابتة للوسط المحيط، كما يطلق على حالة الجملة الدينامية الحرارية بأنها متوازنة حراريا عندما تحافظ جميع نقاط الجملة على درجة حرارة ثابتة. وتدعى حالة الجملة الدينامية الحرارية بالمستقرة إذا حافظت عناصر الحالة للجملة في جميع نقاطها على قيم ثابتة تحت تأثير القوى الخارجية ومع مرور الزمن. أما إذا تغيرت قيمة أحد عناصر الحالة تحت تأثير الشروط الخارجية ومع مرور الزمن فتدعى حينئذ الجملة الدينامية الحرارية بغير المستقرة
