صور عسكريه

 

نظارات إنويت التقليدية لمكافحة العمى الثلجي

نظارات إنويت التقليدية لمكافحة العمى الثلجي

نظارات الثلج الإسكيمو من ألاسكا

نظارات الثلج الإسكيمو من ألاسكا 

مصنوع من الخشب المنحوت 

 1880-1890 (أعلى) 

 Caribou antler 

1000-1800 (أسفل)

نظارات الجليد

نظارات الجليد 
هي نوع من النظارات التي تستخدم عادة من قبل الإنويت و يوبيك 
المعروف سابقا باسم الإسكيمو 
شعوب القطب الشمالي لمنع عمى الثلوج . 
و نظارات واقية مصنوعة عادة من الاخشاب الطافية (وخاصة شجرة التنوب ) والعظام و العاج الفظ 
 الوعل قرن الوعل
 أو في بعض الحالات شاطئ البحر العشب.
 نحتت قطعة العمل لتناسب وجه مرتديها 
 وتم نحت واحدة أو أكثر من الشقوق الأفقية الضيقة من الأمام. 
تتناسب نظارات السباحة بإحكام مع الوجه بحيث يدخل الضوء الوحيد من خلال الشقوق ،
ويتم أحيانًا استخدام السخام في الداخل للمساعدة في تقليل الوهج.
تصنع الشقوق ضيقة ليس فقط لتقليل كمية الضوء الداخلة ولكن أيضًا لتحسين حدة البصر .
 كلما زاد عرض الشقوق 
زاد حجم مجال الرؤية . 

الاسكيمو نظارات واقية مصنوعة من  قرن الوعل

نظارات الثلج الإسكيمو من ألاسكا 

مصنوع من الخشب المنحوت ، 1880-1890 (أعلى)

 Caribou antler 1000-1800 (أسفل)

نظارات الثلج تستخدم تقليديا من قبل الاسكيمو

نظرية ديناميكا الغازات

تنص نظرية ديناميكا الغازات

 على أن الغازات تتكون من ذرات منفردة أو جزيئات منفردة 

 وكل منها له كتلة ${\displaystyle m}$ وسرعة ${\displaystyle v}$. 

وتتناسب متوسط طاقة الحركة لجميع الجسيمات تناسبا طرديا مع درجة الحرارة.

${\displaystyle {\overline {E_{\mathrm {kin} }}}={\frac {1}{2}}m{\bar {v^{2}}}={\frac {3}{2}}k_{\mathrm {B} }T}$

حيث ${\displaystyle {\bar {v^{2}}}}$ متوسط مربع سرعة الجسيمات ، وk_B ثابت بولتزمان.

ومنها نرى أن الجزيئات تتحرك بسرعات كبيرة عندما تكون درجة حرارة الغاز عالية. 

تفعل ذلك فلا تكون سرعاتها متساوية 

 وإنما تتبع السرعات توزيعا احصائيا منتظما، ويسمى هذا التوزيع توزيع ماكسويل-بولتزمان.

فإذا كان الغاز موجودا في وعاء حجمه ${\displaystyle V}$ تصتدم جزيئات الغاز باستمرار بجدار الوعاء وترتد منه. 

بذلك تعطي الجزيئات بعضا من زخم حركتها 

 وتعطي الجزيئات جزءا من زخم حركتها للجدار في كل ثانية على كل سنتيمتر مربع من سطح الجدار. 

وتؤثر صدمات الجزيئات على كل جزء من أجراء جدار بقوة نسميها "ضغط الغاز" ${\displaystyle p}$.

• زخم حركة الجزيئ = الكتلة . السرعة

= ${\displaystyle m}$ . ${\displaystyle v}$

ويكون ذلك الضغط كبيرا كلما زادت سرعة الجسيمات. فمن ناحية يزداد معدل اصتدام الجزيئات بالجدار بزيادة سرعة الجزيئات 

 ومن جهة أخرى تكون الصدمات أكثر شدة بزيادة السرعة و يزداد جزء زخم الحركة الذي تعطيه الجزيئات إلى الجدار . 

فإذا زادت كثافة الجزيئات في الغاز ${\displaystyle N/V}$ يزيد احتمال اصتدام الجزيئات بالجدار . 

من ذلك يمكن استنباط معادة الضغط للغاز:

${\displaystyle p={\frac {2}{3}}{\frac {N}{V}}{\frac {m}{2}}{\bar {v^{2}}}={\frac {2}{3}}{\frac {N}{V}}{\overline {E_{\mathrm {kin} }}}}$.

وإذا عوضنا عن متوسط طاقة الحركة للجزيئات بدرجة الحرارة ، نحصل على معادلة اغاز المثالي :

${\displaystyle p\cdot V=Nk_{\mathrm {B} }T}$.

تنطبق تلك المعادلة على غازات قليلة الكثافة وعند درجة حرارة عالية. 

وعند استنباطنا لها فقد أهملنا قوي التجاذب بين الجسيمات ، التي تخفض من ضغط الجسيمات على جدار الوعاء.

 وفوق ذلك فإن الجزيئات لها حجم ولا يمكن للغاز أن ينكمش إلى ما لانهاية لأن الجزيئات تشغل جزء من الحجم. 

أما وصف حالة غاز حقيقي فيمكن بتطبيق معادلة فان دير فال.

معادلة الغاز المثالي

تصف المعادلة العامة حالة غاز مثالي 

من حيث 

دوال الحالة : 

الضغط p

 والحجمV 

ودرجة الحرارةT 

وكمية الغاز n وعدد جزيات الغاز N 

 وبالتالي كتلة الغاز m. 

ويمكن كتابة المعادلة في صياغات مختلفة

 ولكنها جميعا متساوية 

 وكل منها يصف حالة النظام بدقة كاملة.

صياغات المعادلة:

${\displaystyle p\cdot V=n\cdot R_{m}\cdot T}$

${\displaystyle p\cdot V={\frac {m}{M}}\cdot R_{m}\cdot T}$

${\displaystyle p\cdot V=N\cdot k_{\mathrm {B} }\cdot T}$

${\displaystyle p\cdot V=m\cdot R_{s}\cdot T}$

صياغات أخرى:

${\displaystyle p\cdot v_{m}=R_{m}\cdot T}$

${\displaystyle p\cdot v=R_{s}\cdot T}$

${\displaystyle p=\rho \cdot R_{s}\cdot T\qquad {\text{consequently}}\qquad {\frac {p}{\rho \cdot T}}=R_{s}}$

في تلك المعادلات تعني الرموز الآتية ما يلي:

• k_B - ثابت بولتزمان
• R_m - ثابت الغازات العام (أو ثابت الغازات المولي)
• R_s - ثابت الغاز النوعي
• ρ - الكثافة
• v_m - الحجم المولي
• v - الحجم النوعي
• N - عدد الجزيئات
• n - عدد المولات
• m - الكتلة
• M - كتلة مولية

تمثل المعادلة العامة للغاز المثالي معادلة الحالة الترموديناميكية عندما تكون الكثافة صغيرة ${\displaystyle \rho \rightarrow 0}$ dar

 أي عندما يكون الضغط صغيرا جدا ودرجة الحرارة عالية.

 في تلك الحالة يمكن إهمال حجم الجزيئات نفسها وقوى التجاذب بينها.

وتمثل معادلة الغاز المثالي

 تمثيلا تقريبيا لغازات كثيرة مثل الهواء المشبع ببخار الماء في الظروف الطبيعية 

(1 ضغط الجوي ،و درجة حرارة 20 مئوية) 

 فهي تصف حالته بدقة تقريبية مناسبة. 

وينتج من المعادلة العامة للغاز المثالي 

أنالطاقة الداخلية للغاز المثالي لا تعتمد على الضغط أو الحجم 

 وتعتمد فقط على درجة الحرارة.

 وتتكون الطاقة الداخلية في هذه الحالة

 من طاقة الحركة والحركة الحرارية لجزيئات الغاز.

قانون الغازات المثالية

قانون الغازات المثالية 

في الفيزياء والكيمياء 

هو قانون يحكم متغيرات الغاز المثالي.

 ذكر القانون لأول مرة بواسطة العالم الفرنسي بينوا كلابيرون في عام 1834. 

اشتق القانون من حقيقة أنه في الحالة المثالية لأي غاز

 يحتل عدد معين من الجسيمات نفس الحجم، وأن الحجم يتناسب عكسيا مع تغير الضغط والحرارة خطياً.

بالإضافة لأشياء أخرى

يدمج قانون الغازات المثالية قانون شارل وقانون بويل

حيث ينطبق قانون الغاز المثالي على جميع درجات الحرارة والضغوط المتصورة . 

كما أن الغاز المثالي من المستحيل أن يتحول إلى سائل تحت أي حرارة أو ضغط.

المتغيرات التي منها تعرف كمية الغاز وحالته هي الضغط، الحجم والحرارة طبقا للقانون التالي: ح ض = ر ن د

${\displaystyle \ pV=nRT}$

حيث:

• ض أو p: ضغط الغاز
• ح أو V: حجم الغاز
• ن أو n: عدد المولات في الغاز
• ر أو R: ثابت الغازات العام
• د أو T: درجة الحرارة المطلقة.

حيث أن قانون الغازات المثالية يتجاهل كلا من الحجم الجزيئي والتفاعلات بين الجزيئات وبعضها، يعد قانون الغازات المثالية أكثر دقة مع الغازات أحادي الذرة في الضغوط المنخفضة ودرجات الحرارة العالية. 

يكون تجاهل الحجم الجزيئي أقل أهمية كلما ازداد الحجم، أي عند الضغوط المنخفضة. الأهمية النسبية للتفاعلات الجزيئية تضعف بزيادة الطاقة الحرارية أي بزيادة الحرارة.

• الغازات أحادية الذرة مثل الهليوم والكريبتون وغيرها هي كلها من الغازات الخاملة حيث لا ترتبط الذرات مع بعضها البعض مكونة جزيئات وإنما تبقى كل ذرة بمفردها. 
• هذا بالمقارنة بغاز ثنائي مثل الأكسجين والنيتروجين والكلوركلجزيئ منها مكون من ذرتين. 
• ومثال على جزيئ ثلاثي الذرات : ثاني أكسيد الكربون وجزيئه يتكون من 1 ذرة كربون و 2 ذرة أكسجين.
•  وتعتبر الجزيئات الأحادية الذرات أبسط أنواع الغازات في الدراسة وتسمي لذلك غاز مثالي.
•  الغازات الثنائية والثلاثية الذرات والجزيئات الأعقد من ذلك يحدث فيها اهتزاز الذرات وكذلك يمكنها "الدوران" حول محور أو أكثر  مما يصعب دراستها.

وضعت معادلات أكثر تعقيدا مثلا معادلة فان دير فالس والتي تسمح بادخال الحجم الجزيئي والتفاعلات بين الجزيئات في الاعتبار

تأثير جول-طومسون

تأثير جول-طومسون 
في الفيزياء و الكيمياء 
 هو تأثير تتسم به الغازات حيث تتغير درجة حرارة الغاز عند تحرره من ضغط عال مطبق عليه .
وتؤدي تلك الخلخلة للغاز إما إلى ارتفاع حرارته أو هبوطها بحسب نوع الغاز ودرجة حرارته.

عفريت ماكسويل

عفريت ماكسويل 
==========
 هو تجربة فكرية أوجدها الفيزيائي الاسكتلندي جيمس كلارك ماكسويل 
"لإثبات أن القانون الثاني الخاص بالديناميكا الحرارية ذو حقيقة إحصائية فقط". 
توضّح التجربة الافتراضية وجهة نظر ماكسويل عن طريق وصف كيفية نقض القانون الثاني. تعتمد التجربة على تقسيم وعاء متخيل إلى جزئين عن طريق جدار عازل، يحوي الجدار بابا يمكن فتحه وإغلاقه بواسطة ما أطلق عليه لاحقا "عفريت ماكسويل".
 يستطيع العفريت الافتراضي أن يسمح لجزيئات الغاز "الساخنة" فقط بالتدفق إلى جانب مفضل من الغرفة مما يسبب ارتفاع حرارة ذلك الجانب تلقائيا فيما يبرد الجانب الآخر.

سهم الزمن

سهم الزمن
======
في العلوم الطبيعية، سهم الزمن مصطلح سكه عام 1927 الفلكي البريطاني آرثر إدنغتون لتمييز اتجاه الزمن على خارطة رباعية الأبعاد للعالم.
 وفقا لإدنغتون فإن اتجاه الزمن يمكن ان يحدد عن طريق دراسة تنظيمات وتجمعات الذرات والجزيئات والأجسام.
العمليات الفيزيائية على المستوى المجهري يمكن أن تصور إما على أساس أنها متناظرة زمنيا كليا أو جزئيا، مما يعني أن العبارات الفيزيائية التي تصف هذه العمليات يجب أن تبقى صحيحة إذا تم عكس الزمن. 
العمليات الفيزيائية التلقائية التي تترافق غالبا بازدياد في الإنتروبية لا تؤمن شرط التناظر في الزمن هذا مما يجعل منح الزمن اتجاه محدد من الماضي إلى الحاضر إلى المستقبل أمرا ضروريا.

Entropy

القصور الحراري أو الإنتروبيا
هي الكمية الوحيدة في الفيزياء والكيمياء التي تحتاج إلى تعريف اتجاه الزمن أو ما يسمى سهم الزمن . 
فبحسب القانون الثاني للديناميكا الحرارية تزداد إنتروبية نظام معزول مع مرور الزمن تلقائيا 
أي يمكن قياس مرور الزمن بمعرفة تغير الإنتروبية . 
ولكن بالنسبة إلى الأنظمة الترموديناميكية (الحرارية) الغير معزولة يمكن لأنتروبية النظام المفتوح أن تنخفض :
 وتوجد أنظمة عديدة تتغير فيها الانتروبيا وتقل مع الزمن 
 مثل الكائنات الحية 
 و عمليات التبلور. 
في تلك الأنظمة تنخفض قيمة الإنتروبيا على حساب زيادته في الوسط المحيط . 
ومثال على ذلك تبلور البلورات وعمل الثلاجة و ووجود الحياة 
إذ يوجد تبادل طاقة بين النظام والوسط المحيط في النظام المفتوح.

رودولف كلاوزيوس

رودولف كلاوزيوس 
(2 يناير 1822 - 24 أغسطس 1888)
عالم فيزيائي ألماني أطلق مفهوم الاعتلاج في علم التحريك الحراري .
ولد في كوزالين بمقاطعة بوميرانيا وعاصر مملكة بروسيا والحرب الفرنسية البروسية
 التحق بمدرسة داخلية ألمانية في شتشيتسين
 ثم انتظم في جامعة هومبولدت في برلين حتى تخرج منها سنة 1844 
بإجازة في الرياضيات والفيزياء
وصاحبه في دفعة التخرج مجموعة من العلماء كهنريك ماقنوس وجون ديراكلت ويعقوب ستينر.
كما درس التاريخ مع المؤرخ ليوبلد رانكه.
وفي بحر عام 1847
 نال شهادة العالمية من جامعة هال ويتبرق عن أطروحته التي تبحث في تأثير الضوء على غلاف الأرض الجوي.
ثم دخل سلك التعليم حتى وصل إلى مرتبة أستاذ
ومن سنة 1855 حتي سنة 1867 عمل استاذا في المعهد الفدرالي السويسري ثم انتقل إلى جامعة فورتسبورغ ودرس طلابها سنتين قبل أن يرتحل إلى جامعة بون.
وفي أثناء الحرب الفرنسية البروسية نظم فرقة إسعاف لإغاثة المصابين البروس بيد أنه أصيب في معركة إصابة تسببت في إعاقة مزمنة له فمنح الصليب الحديدي عرفانا له من لدن المملكة البروسية.
وفي سنة 1875 توفيت زوجته فاضطلع بتنشئة عيالهما الستة فقل عطائه العلمي.
وفي سنة 1886 تزوج بامرأة ثانية فأنجبت له ولدا سابعا ثم توفي بعدها بسنتين في مدينة بون.

الإنتروبيا

الإنتروبيا

 أو القصور الحراري

أصل الكلمة مأخوذ عن اليونانية ومعناها تحول

 وهو مفهوم هام في التحريك الحراري

 وخاصة للقانون الثاني 

الذي يتعامل مع العمليات الفيزيائية للأنظمة الكبيرة المكونة من جزيئات بالغة الأعداد ويبحث سلوكها كعملية تتم تلقائيا أم لا.

 ينص القانون الثاني للديناميكا الحرارية

 على مبدأ أساسي يقول:

 أي تغير يحدث تلقائيا في نظام فيزيائي لا بد وأن يصحبه ازدياد في مقدار إنتروبيته

قانون دولون-بتي

تحتل الذرات في مادة صلبة بلورية أماكن منتظمة وتزاول عندها اهتزازات تشتد بارتفاع درجة الحرارة. 

ويمكن تصور اهتزازات الذرات على أنها هزازات توافقية. 

وطبقا لقانون التوزيع المتساوي المستبط من الإحصاء التقليدي للحركة الحرارية (الترموديناميكية)

 تصل طاقة كل درجة حرية لاهتزازات الذرات القيمة 1/2 kT.

 (تهتز كل ذرة في ثلاثة اتجاهات x و y و z وبالتالي يكون لها 3 درجات حرية للاهتزاز).

ويتساوى متوسط طاقة الوضع للهزاز التوافقي ومتوسط طاقة حركته. 

وبناء على ذلك تكون كل حركة اهتزازية لذرة في المادة الصلبة مقترنة بطاقة تعادل kT في المتوسط وبالتالي 3kT ثلاثة اهتزازات في الاتجاهات x و y و z.

فإذا اعتبرنا عدد الذرات في 1 مول من المادة فنجد أن طاقته تبلغ E == 3N_AkT == 3RT,

 وهذه هي السعة الحرارية المولية :

${\displaystyle c_{V,m}=\left({\frac {\partial U_{m}}{\partial T}}\right)_{V}\approx c_{p,m}=\left({\frac {\partial H_{m}}{\partial T}}\right)_{p}\approx 3R}$

حيث :

R ثابت الغازات العام,

T درجة الحرارة المطلقة (أي بالكلفن),

k ثابت بولتزمان,

N_A عدد أفوجادرو

M الكتلة المولية للذرات.

ونحن نفرق في الكيمياء والفيزياء بين حرارتين نوعيتين للمادة :

${\displaystyle c_{p,m}}$:الحرارة النوعية المولية عند ثبات الضغط (p)،

und ${\displaystyle c_{V,m}}$: الحرارة النوعية المولية عند ثبات الحجم (V).

Dulong-Petit law

قانون دولون-بتي في الكيمياء 

==================

يقول أن الحرارة النوعية المولية لمادة صلبة مكونة من ذرات منفردة تصل إلى قيمة ثابتة عامة (لجميع المواد) 

 وهي ثلاثة أضعاف ثابت الغازات العام أي 3R .

${\displaystyle c_{n}=3R\approx 3\cdot 8{,}3\,{\frac {\mathrm {J} }{\mathrm {mol} \cdot \mathrm {K} }}=24{,}9\,{\frac {\mathrm {J} }{\mathrm {mol} \cdot \mathrm {K} }}}$

تبين من نتائج التجارب التي أجراها العالمان الفرنسيان بيير دولون و"أليكسيس بتي " على مواد صلبة مختلفة أن حرارتها النوعية المولية متساوية 

وقاما عام 1819 بنشر رسالة علمية معتقدين أنها تنطبق على جميع المواد.

وتبين طرق الإحصاء الكلاسيكية في الديناميكا الحرارية 

(والتي لا تأخذ التأثيرات الكمومية في الحسبان) 

أن الحرارة النوعية المولية للمواد الصلبة المكونة من ذرات متماثلة تصل فعلا إلى قيمة ثابتة مقدارها 3R. 

وقد سميت تلك النتيجة باسم أصحابها وتهرف بقانون دولون-بتي". 

ثم تبين مع مطلع القرن العشرين أن قانون دولون-بتي ينطبق فقط في حيز درجة حرارة عالية 

 وأنه يحتاج إلى تعديل لتغطية باقي درجات الحرارة ومن ضمنها درجات الحرارة المنخفضة. 

أدى ذلك إلى أخذ تأثيرات نظرية الكم في الاعتبار.

نموذج ديباي

 نموذج ديباي

 لحالة المواد الصلبة مناظرا لنموذج ماكس بلانك بشأن قانون إشعاع الجسم الأسود 

 حيث تُعامل الأشعة الكهرومغناطيسية كما لو كانت غاز فوتونات في صندوق . 

ويتعامل نموذج ديباي مع اهتزازات الذرات في المادة الصلبة على أنها فونونات في صندوق

 (الصندوق هو المادة الصلبة)

 ونجد أن معظم الحسابات في الحالتين متشابهة .

وكانت الطريقة التي اتبعها ديباي لاشتقاق القانون طريقة التبسيط وسهلة . 

فهو يعتبر المادة الصلبة عبارة عن وسط مستمر 

وو جد أن عدد حالات الاهتزاز بترددات أقل من حد معين تصل إلى حد ثابت طبقا للعلاقة :

${\displaystyle n\sim {1 \over 3}\nu ^{3}VF\,,}$

حيث:

${\displaystyle V}$ حجم المادة الصلبة (وتحتوي على عدد N من الذرات )،

${\displaystyle F}$ هي معامل قام بحسابة بالاستعانة بمعامل المرونة و الكثافة.

ثم قام بربط تلك العلاقة بالطاقة الناتجة من هزاز توافقي عند درجة حرارة T بحيث تؤدي إلى طاقة U مقدارها:

${\displaystyle U=\int _{0}^{\infty }\,{h\nu ^{3}VF \over e^{h\nu /kT}-1}\,d\nu \,,}$

عندما تصل ترددات الاهتزازات إلى ترددات عالية جدا. 

تلك الصيغة تعطي الحرارة النوعية بدقة عند درجات الحرارة المنخفضة .

 ثم وجد ديباي أن تلك الطريقة سوف تؤدي إلى عدد من حالات الاهتزاز قدرها ${\displaystyle 3N}$ لعدد N من الذرات . 

وافترض أن طيف الترددات في حالة المادة الصلبة سيتبع العلاقة السابقة حتى تصل إلى حد أعلى للتردد ${\displaystyle \nu _{m}}$ بحيث يكون عدد الحالات الكلي ${\displaystyle 3N}$:

${\displaystyle 3N={1 \over 3}\nu _{m}^{3}VF\,.}$

وعرف ديباي أن هذا الافتراض لن يكون صحيحا (فالترددات العالية سوف تكون أكثر كثافة عما اخذه في الاعتبار ) 

 ولكن عرف في نفس الوقت أن تلك المعادلة تكون صحيحة في درجات الحرارة العالية وتؤدي إلى قانون دولون-بتي .

 وبناء على ذلك تبلغ الطاقة المحسوبة :

${\displaystyle U=\int _{0}^{\nu _{m}}\,{h\nu ^{3}VF \over e^{h\nu /kT}-1}\,d\nu \,,}$

${\displaystyle =VFkT(kT/h)^{3}\int _{0}^{T_{D}/T}\,{x^{3} \over e^{x}-1}\,dx\,,}$

حيث ${\displaystyle T_{D}}$ هي ${\displaystyle h\nu _{m}/k}$.

${\displaystyle =9NkT(T/T_{D})^{3}\int _{0}^{T_{D}/T}\,{x^{3} \over e^{x}-1}\,dx\,,}$

${\displaystyle =3NkTD_{3}(T_{D}/T)^{3}\,,}$

حيث ${\displaystyle D_{3}}$ هي دالة سميت فيما بعد دالة ديباي من الدرجة الثالثة.

تبين المعادلة الأخيرة اعتماد الحرارة النوعية لمادة صلبة على درجة الحرارة بالقوة T³ عند درجات حرارة منخفضة جدا 

 ونستخدمها في تعيين تغير الإنتروبي بدرجة الحرارة.