علم الفيزياء

Admin عدد المساهمات : 330 تاريخ التسجيل : 01/05/2011

بسم الله الرحمن الرحيم

الحمد لله رب العالمين . الرحمن الرحيم , مالك يوم الدين , والصلاة والسلام على النبي المصطفى , محمد المجتبى , وعلى آله وصحبه ومن اقتفى . أمــا بعد :

نتداول في هذه الاوراق موضاعات منوعه في الفيزياء العامة وت بعض مجالات التخصص..
اتمنى ان تكون مفيده وشيقه بالقدر المطلوب و أن تكون بها مايفيد من معلومات و إيضاحات مهمة ومفيده للكل ..

علم الفيزياء

(هو العلم المختص بدراسة المادة والطاقة)

يحاول الفيزيائيون أن يفهموا ماهية المادة وأسباب سلوكها المشاهد ، وكيفية إنتاج الطاقة ، وانتقالها من موقع إلى آخر وكيفية التحكم فيها . كما أن للفيزيائيين اهتماماً بالعلاقة بين المادة والطاقة وكيف يؤثر بعضها على الآخر على مدى الزمان والمكان

المعرفة المتحصلة من دراسة الفيزياء مهمة في العلوم الأخرى ، بما في ذلك الفلك وعلم الأحياء والكيمياء وعلم الأرض . كما أن هناك صلة وثيقة بين الفيزياء والتطورات العملية في الهندسة والطب والتقنية . فمثلاً يصمم المهندسون السيارات والطائرات بناء على مبادئ معينة في الفيزياء . ومكنت قوانين ونظريات الفيزياء المهندسين والعلماء من وضع المركبات الفضائية في مساراتها ومن استقبال معلومات ترسلها أقمار الفضاء التي تجوب مناطق بعيدة من المجموعة الشمسية . وأدت بحوث الفيزياء إلى استخدام المواد المشعة في دراسة وتشخيص وعلاج أمراض معينة . بالإضافة أن مبادئ الفيزياء وراء تصميم كثير من الأجهزة المنزلية من المكانس الكهربائية إلى مسجلات الفيديو .

ــــــــــــــــــــــــــــ

علوم الفيزياء تنقسم إلى مجموعتين كبيرتين هما :

الفيزياء التقليدية: (تعتني بالأسئلة حول الحركة والطاقة(

أقسامها خمسة هي :

1ـ الميكانيكا 2- الحرارة 3-الصوت 4 -الكهرباء والمغناطيسية 5 - الضوء

الفيزياء الحديثة : تعتني بدراسة التركيب الاساسي للعالم المادي

أقسامها الأساسية هي :

1 - الفيزياء الذرية والجزيئية والالكترونيات 2 - الفيزياء النووية 3 - فيزياء الجسيمات 4 - فيزياء الطاقة الصلبة 5 - فيزياء الموائع والبلازما
معلومات هامه بمجال الفيزياء

الفيزياء لفظ اشتق من اليونانية فيزيكوس φυσικη (طبيعي)، والكلمة مشتقة من الجذر فيزيس φύσις (طبيعة). الفيزياء هو علم الطبيعة ، فبدءا من الكوارك البالغ الصغر إلى الكون العظيم الممتد ، تحاول الفيزياء صياغة قوانين رياضية تحكم هذا العالم المادي الطبيعي و سبر أغوار تركيب المادة و مكوناتها الأساسية ، و القوى الأساسية التي تتبادلها الجسيمات و الأجسام المادية ، إضافة إلى نتائج هذه القوى. أحيانا في الفيزياء الحديثة تضاف لهذه المجالات دراسة قوانين التناظر و الانحفاظ ، مثل قوانين حفظ الطاقة و الزخم و الشحنة الكهربائية.[1]. و لأجل هذا يدرس الفيزيائيون مجالا واسعا من الظواهر الفيزيائية تمتد من المجالات الصغيرة المدى إلى المجالات الواسعة المدى ، و من الجسيمات تحت-ذرية التي تتكون منها جميع المادة الباريونية (فيزياء الجسيمات) إلى درساة سلوك الأجسام الفيزيائية في العالم الكلاسيكي إلى دراسة حركة النجوم في الفضاء المادي سواء ضمن السرعات العادية أو قريبا من سرعة الضوء و أخيرا دراسة الكون بمجمله.

الفيزياء هو علم الطبيعة، تفصيلاً؛ هو فرع من العلوم والذي يهتم باستكشاف وتشخيص القوانين الكونية التي تتحكم في طبيعة المادة و الطاقة والفراغ والزمن. الإستكشافات في الفيزياء لها صدي كبير وتأثير بالغ في العلوم الطبيعية، والفيزياء وصفها العلماء بأنها العلم الأساسي وذلك لأن مجالات العلوم الأخري مثل الكيمياء و علم الأحياء تقوم بتشخيص أنظمة مادية تعتمد خواصها علي قوانين الفيزياء.

الفيزياء كعلم تميزت عن الفلسفة الطبيعية مع بداية الثورة العلمية خلال القرنين السادس عشر و السابع عشر، وظلت هكذا حتي أشرق فجر الفيزياء الحديثة مع بداية القرن العشرين. استمر المجال في التوسع بسبب مجموعة متنامية من البحوث التي أدت ألي استكشافات ثورية مثل وضع النموذج المثالي لحركة الجسيمات الرئيسية أي النواة وما حولها من الإليكترونات، وكذلك وضع بحث لتاريخ الكون بالتفصيل، حتي وصلت إلى الطاقة النووية وأشباه الموصلات اللتين أحدثتا ثورة عظيمة في عالم التكنولوجيا.

أما الآن في هذه البحوث تجري لإحداث تقدم في مجالات التوصيل الفائق الحوسبة الكمومية وذلك في حالة الدرجات العالية. بناءا علي الملاحظة والتجربة والنظريات العميقة بعيدة المدي فإن الفيزياء قدمت العديد من الإسهامات في مجال العلوم و التكنولوجيا والفلسفة
[تحرير] النظريات الأساسية
رغم أن الفيزياء تتناول تشكيلة واسعة من الظواهر الفيزيائية ، فإن جميع الفيزيائيين يجب أن يكونوا علي دراية بالنظريات الأساسية ؛ الميكانيكا الكلاسيكية و الكهرومغناطيسية و ميكانيكا الكم و الديناميكا الحرارية و نظرية النسبية . كل واحدة من هذه النظريات تم اختبارها من خلال العديد من التجارب وأثبتت أهليتها كنماذج لشرح وتبيين بعض الأحوال الطبيعية . فعلي سبيل المثال ، الميكانيكا الكلاسيكية تصف بشكل صحيح ، حركة الأجسام وذلك علي مستوي الحياة اليومية ، ولكنها انهارت عندما حاولت ان تصف حركة الأجسام الذرية الدقيقة ، حيث حلت محلها نظرية ميكانيكا الكم ، وذلك لأن حركة هذه الأجسام تصل إلي سرعة الضوء حيث تتجلي أهمية التأثيرات النسبية في وصف هذه الحركة . مع أن هذه النظريات طالما كانت مفهومة جيدا ، إلا أنها كانت محطة نشطة لأبحاث كثيرة ومتعددة ، علي سبيل المثال : أحد الجوانب البارزة في الميكانيكا الكلاسيكية ، كانت نظرية الفوضى التي وضعت في القرن العشرين أي بعد ثلاث قرون من الصياغة الأصلية للميكانيكا الكلاسيكية علي يد إسحاق نيوتن (1642 - 1727). هذه النظريات تشكل محور الأساس عند دراسة المواضيع المتخصصة.

الميكانيكا الكلاسيكية
الميكانيكا الكلاسيكية هي أساس دراسة فيزياء القوى التي تؤثر علي الأجسام . غالبا ما يشار إلي الميكانيكا الكلاسيكية بإسم ميكانيكا نيوتن نسبة إلي إسحاق نيوتن الذي اكتشفها . الميكانيكا الكلاسيكية يمكن أن تنقسم إلي قسمين ؛ الإستاتيكا او علم السكون التي تدرس حالة الأجسام المادية الساكنة ، و الكينماتيكا أو علم الحركة التي تدرس الأجسام التي في حالة حركة ، وكذلك الديناميكا او علم التحريك التي تدرس حالة الأجسام الواقعة تحت تأثير قوي .الأجسام المادية المستمرة والقابلة للسقوط ، وهي نفسها تنقسم إلي قسمين ؛ ميكانيكا الموائع و ميكانيكا المواد الصلبة . ميكانيكا الموائع إنما تكون طبقا لحالة المادة موضع الدراسة سواء كانت من السوائل أو [[غاز الميكانيكا الإستمرارية هي فرع من فروع الميكانيكا الكلاسيكية التي تدرس |الغازات]] وهي تتناول مواضيع كثيرة ، مثل ؛ الهيدروستاتيكا و الهيدروديناميكا و ميكانيكا الغازات و الديناميكا الهوائية وغيرها من المجالات . الميكانيكا الكلاسيكيه تعطي نتائج دقيقة جدا وذلك ضمن مجال الحياة اليومية ، وذلك عند حساب سرعة سيارة مثلا فإنها تكون كافية . يحل محلها الميكانيكا النسبية في حالة الأنظمة التي تسير بسرعات كبيرة تكاد تقترب من سرعة الضوء . ويحل محلها ميكانيكا الكم في حالة الكلاسيكيه يمكن استخدامها لوصف حركة الأجسام بشريه الحجم ( مثل السيارات وكرة البيسبول ) ، والعديد من الأجسام الفلكية مثل ( الكواكب والمجرات ) ، وبعض الأجسام المجهريه مثل ( الجزيئات العضوية ). أحد المفاهيم الهامة في الميكانيكا هو مفهوم حفظ الطاقة و كمية التحرك ، الأمران اللذان جعلا لاجرانج و [[ميكانيالأنظمة الدقيقة ، و نظرية المجال الكمومي النسبي في حالة الأنظمة التي لها الخاصيتين السابقتين . ومع ذلك ، فإن الميكانيكا الكلاسيكيه ما زالت مفيدة جدا ، لأنها أسهل وأبسط بكثير من تطبيق هذه النظريات الأخرى ، ولها مجال كبير من الشرعية عند تطبيقها في مجال النظريات الأخرى . الميكانيكا ك هاملتون|هاميلتون]] يقومان بإعادة صياغة قوانين نيوتن . النظريات مثل ميكانيكا الموائع و النظرية الحركية للغازات نتجتا عن تطبيق الميكانيكا الكلاسيكيه للأنظمة الدقيقة . و نظرية الفوضى تختص بدراسة الأنظمة التي إذا حدث بها تغييرات طفيفة ينتج عنها آثار كبيرة . قانون نيوتن للجاذبية تم صياغته ضمن الميكانيكا الكلاسيكيه موضحا قوانين كيبلر لحركة الكواكب ، وساهم في بروز الميكانيكا الكلاسيكيه كعنصر هام في الثورة العلمية .

الكهرومغناطيسية
الكهرومغناطيسية – باختصار- تصف التفاعل الذي يتم بين الجسيمات المشحونة وبين مجالات كهربية ومجالات مغناطيسية . ويمكن تقسيم الكهرومغناطيسية إلى ؛ الإليكتروستاتيكا التي تدرس الشحنات الكهربية في حالة السكون ، والإليكتروديناميكا التي تدرس التفاعل بين الشحنات المتحركة والإشعاع . النظرية الكلاسيكية للكهرومغناطيسية تعتمد علي قانون قوي لورنتز ومعادلات ماكسويل . بالنسبة لالإليكتروستاتيكا فهي دراسة الظواهر المرتبطة بالأجسام المشحونة في حالة السكون ، وهذه الأجسام بالتأكيد تبذل قوي باتجاه بعضها البعض ، كما وصفها قانون كولوم . وسلوك هذه الأجسام يمكن تحليلها ومعرفتها من خلال مفهوم أن أي جسم مشحون يكون محاطا بمجال كهربي بحيث إذا كان هناك جسم مشحون آخر يقع في مجال الجسم الأول فإنه بدوره يقع تحت تأثير قوي تتناسب مع مقدار الشحنة والقطبية التي تسبب حدوث تجاذب أو تنافر بين الجسيمات المشحونة . الإليكتروستاتيكا لها تطبيقات كثيرة ، بدءا من تحليل الظواهر مثل العواصف الرعديه إلي دراسة سلوك أنابيب الإلكترون .

الإليكتروديناميكا هو دراسة الظواهر المرتبطة بالأجسام المشحونة المتحركة . حيث أن الشحنات الكهربية المتحركة تنتج مجال كهربيا يحيط بها ، فإن الإليكتروديناميكا تختص بالآثار الناتجة عن ذلك مثل ؛ المغناطيسية و الإشعاع الكهرومغناطيسي و الحث الكهرومغناطيسي . هذه المواضيع من الإليكتروديناميكا تعرف بالإليكتروديناميكا الكلاسيكية ، وكانت قد شرحت لأول مرة بواسطة جيمس ماكسويل ، ومعادلات ماكسويل تصف ظواهر هذا المجال أي الإليكتروديناميكا الكلاسيكية بطريقة جيدة وعامة . الآن هناك تطور حديث لمجال الإليكتروديناميكا الكمومية الذي يتضمن قوانين نظرية الكم لشرح تأثير الإشعاع الكهرومغناطيسي علي المادة . ديراك و هايسينبيرج و باولي كانوا روادا في صياغة الإليكتروديناميكا الكمية . الإليكتروديناميكا النسبية – من جهة أخري – تفسر التصحيحات التي تجريها نظرية النسبية علي سرعة الجسيمات المشحونة عندما تقترب من سرعة الضوء . وهي تنطبق على الظواهر المتضمنة في معجلات الجسيمات ، و أنابيب الإلكترون التي تحمل فروق جهد وتيارات عالية . الكهرومغناطيسية تشمل عديد من ظواهر العالم الحقيقي التي في ذاتها تعتبر ظواهر ذات خواص كهرومغناطيسية . فعلى سبيل المثال ، الضوء عبارة عن مجال كهرومغناطيسي متذبذب الذي يُـشع من جسيمات مشحونة معجلة . مبادئ الكهرومغناطيسية تجد العديد من التطبيقات في مختلف المجالات مثل موجات الميكروويف ، والهوائيات ، والآلات الكهربائية ، والاتصالات الفضائية ، والكهرومغناطيسية الحيوية ، البلازما ، والأبحاث النووية ، والألياف البصرية ، والتداخل والتوافق الكهرومغناطيسي ، وتحويل الطاقة الكهروميكانيكية ، ومعرفة الأرصاد من خلال الرادار ، والإستشعار عن بعد .

وتشمل الأجهزة الكهرومغناطيسية : المحولات الكهربية ، والمبادلات ، وأجهزة الراديو والتلفاز ، والهاتف ، والمحركات الكهربائيه ، وخطوط الإرسال ، وموجهات الموجات ، والألياف البصرية ، وأجهزة الليزر .

الديناميكا الحرارية
الديناميكا الحرارية هي علم متخصص في دراسة آثار التغيرات في درجات الحرارة والضغط والحجم على الأنظمة الفيزيائية في نطاق رؤيتنا الشخصية ، وكذلك تدرس أيضا عملية انتقال الطاقة كحرارة بالطبع . تاريخيا ؛ علم الديناميكا الحرارية - خلال عصر المحركات - تطور نتيجة الحاجة الملحة إلى زيادة كفاءة المحركات البخارية المبكر .

نقطة الانطلاق في الملاحظات التي أدت إلي ظهور ونمو هذا العلم كانت قوانين الديناميكا الحرارية ، وهي جميع تسلم بأن الطاقة يمكن أن تتبادل بين الأنظمة الفيزيائية كحرارة أو شغل . كما إنها مسلمة أيضا بوجود كمية تسمي الأنتروبيا ، التي يمكن أن تعرف علي أي نظام . في الديناميكا الحرارية ، التفاعلات التي تتم بين المجموعات الكبيرة من الأجسام تأخذ بعين الإعتبار . وسط هذه الأمور تظهر أهمية مفهوم النظام ومفهوم الوسط المحيط ؛ النظام يتكون من مجموعة من الجسيمات التي تتحدد حالتها متوسط الحركة لهذه الجسيمات ، التي بدورها ترتبط مع بعضها البعض من خلال معادلات الحالة . هذه الخواص من خلالها يمكن تعريف الطاقة الداخلية للنظام وغيرها من المفاهيم المفيدة في تحديد الإتزان . الميكانيكا الإحصائية يمكن أن تحلل الأنظمة المرئية من خلال تطبيق المبادئ الإحصائية لمكوناتها المجهرية . وهذا بدوره يوفر إطارا لربط الخواص المجهرية للذرات والجزيئات الفردية بالخواص المرئية للمواد التي نراها في حياتنا اليومية . وذلك عن طريق فهم أعمق للمواد التي تتطرق لها الديناميكا الحرارية .

....
الديناميكا الحراريهمقدمة للموضوع :
يتناول موضوع الديناميكا الحرارية العلاقة بين الحرارة heat والشغل work ويبنى على قانونين اساسيين من قوانين الفيزياء هما القانون الاول والقانون الثاني في الديناميكا الحرارية . وعبر هذين القانونين العامين يمكن الربط بين كثير من خواص المادة أمثال معاملات التمدد والانضغاط والحرارة النوعية والضغط والحرارة اللازمة لتحول المادة من طور لاخر .

ولا تقدم الديناميكا الحرارية أي فرضية بخصوص الطبيعة الجزيئية أو الذرية للمادة وإنما هي علم تجريبي أوشبه تجريبي تتحدد صلاحية الصيغ المطبقة أو المستعملة فيه بمدى صلاحية وشمول القانونين الاول والثاني .

ورغم أن الديناميكا الحرارية تستطيع الربط بين كثير من الكميات المقيسية أو التي تقع تحت الحس المباشر ،إلا أنها لا تستطيع اعطاء قيم مطلقة لتلك الكميات . وإذا ما أريد دراسة المواد بعمق أكثر لزم الربط بين الديناميكا الحرارية والنظرية الجزيئية أو الذرية للمواد . وينتج من التزاوج بين هذين الموضوعين ما يعرف بالميكانيك الاحصائي أو الفيزياء الاحصائي

هناك نقطة اخرى هي أن مبادئ الديناميكا الحرارية قد تدلنا على اتجاه التفاعل الذي يجري في الجملة أو الكيان (سيأتي تعريف لذلك المصطلح) مثلاً هل ستزداد درجة حرارة الجملة أم ستنقص أو هل سيتحول الكيان من طور غازي إلى سائل أو إلى جامد أو العكس ، لكنها لا تستطيع أن تدلنا على سرعة هذا التفاعل أو معدل حدوثه مع الزمن . وإذا ما اريد معرفة ذلك لزم أن تؤخذ الطبيعة الجزيئية أو الذرية وحركية تلك الجسيمات بعين الاعتبار .

مفاهيم وتعريفات :

في موضوع الديناميكا الحرارية يتكرر ورود ذكر بعض المفاهيم والمصطلحات وفيما يلي تعط تعريفاً لبعض منها :

جملة أو كيان system :

يقصد به جزء محدد من المادة له حدود معينة سواء كانت حقيقة أم وهمية ينصب الاهتمام عليه .

الوسط المحيط surrounding :

يقصد به الوسط المحيط بالجملة أو الكيان من فراغ أو مادة سواء تفاعل مع الجملة أم لم يتفاعل .

الجملة المفتوحة open system :

وهي الجملة التي يمكن أن تتبادل المادة مع الأوساط المحيطة بها .

الجملة المغلقة closed system :

وهي الجملة لا تتبادل المادة مع الأوساط المحيطة بها فلا ينتقل منها ولا إليها مادة مما يحيط بها .

الجملة المعزولة isolated system :

وهي الجملة التي لا تتبادل أي نوع من انواع الطاقة بما فيها الكتلة والحرارة والشغل مع الاوساط المحيطة بها .

الكون universe :

وتعني الجملة مضافاً إليها ماله تعلق بها مما يحيط بها .

عملية أو إجراء a process :

ويقصد بها أي تحول ينقل الجملة أو الكيان من وضع اتزان إلى وضع اتزان آخر خلال فترة زمنية معينة . وخلال العملية أو الإجراء قد يطرأ تغير على حرارة الكيان وقد يؤدي شغلاً أو يعطى له شغل .

مسار العملية أو الأجراء The path of a process :

ويقصد به سلسلة حالات الاتزان التي يمر من خلالها الكيان أثناء تعرضه للعملية أو الإجراء .

وصف الكيان أو الجملة

للتعرف على الجملة يلزم اعطاء وصف دقيق لها ، وهناك طريقتان لوصف الجملة بالكامل هما :

الطريقة المجهرية (الميكروسكوبية ) microscopic

الطريقة الجهرية أو الكلية ( الماكروسكوبية ) macroscopic

ولتبيين المراد بهاتين الطريقتين دعنا نحاول وصف مادة متجانسة substance homogeneous ونقصد بالمادة المتجانسة كل مادة تتماثل أجزاؤها المحتلة من وجهة نظر كيميائية وفيزيائية مثل كمية من الماء أو مثل غاز الهيدروجين .

الوصف بالطريقة المجهرية : يمكن تصور المادة المتجانسة على أنها مكونة من عدد هائل من الدقائق أو الجسيمات (ذرات أو جزيئات) لها نفس الكتلة . لكي نعطي وصفاً كاملاً يلزم تحديد موقع وسرعة كل جسيمة . ففي الحداثيات الكارتزية مثلاً يلزم تحديد x , y , z لكل جسيمة وكذلك معرفة Vx ، Vy ، Vz لكل جسيمة . فإذا كانت المادة مكونة من N من الجسيمات ازم معرفة 6N من القيم لتحديد حالة الجملة . يعرف هذا الوصف بالوصف المجهري . وحيث أن الجسيمات قد تكون في حالة حركة دائبة فواضح أن هذا الوصف إنما يصف حالة المادة في لحظة من اللحظات فقط ، وفي لحظة تالية يلزم اعطاء وصف جديد وهكذا .

الوصف بالطريقة الجهرية أو الكلية : لوصف الجملة بهذه الطريقة يكفي معرفة بعض خواصها التي تقع تحت الحس المباشر مثل الكتلة M والضغط P والحجم V ودرجة الحرارة T ..... إلخ . يلاحظ أن هذه الخواص بجانب وقوعها تحت الحس المباشر فإنه يمكن من ناحية نظرية تعيينها من معرفة لحالة المادة المجهرية . فمثلاً الضغط ماهو إلا محصلة أو متوسط القوة التي تؤثر بها الجزيئات على وحدة المساحة عند اصطدامها بجدار الوعاء الحاوي للمادة وبتعبير آخر هي متوسط معدل التغير في زخم الجسيمات المصطدمة بوحدة المساحة . إن كل حالة لجملة أو كيان يمكن وصفها بكميات قابلة للقياس تسمى حالة عيانية أو جهرية macrostate .

مقارنة بين الطريقتين :

لطريقة الوسط المجهرية سلبيات منها :

1 – يفترض فيها المعرفة التامة بطبيعة المادة المدروسة مثل أن نفترض أن الجملة تتكون من جزيئات .

2 – يتطلب وصف الجملة معرفة عدد هائل (في الغالب) من القيم هي (6N)

3 – الكميات المطلوب معرفتها عند وصف الجملة مثل مكان الجزيئات وسرعتها لا يمكن قياسها بسهولة هذا إذا لم يكن مستحيلاً .

4 – أن الوصف فيما إذا أمكن الحصول عليه فهو حقيقي عند لحظة من اللحظات فقط .

أما ميزة هذه الطريقة فهي أنه لا يمكن الغوص والتعمق في وصف الكيان وتكوين تصور دقيق (جزيئي أو ذري) بدون هذه الطريقة .

أما ميزات الطريقة الجهرية فهي :

1 – لا يلزم افتراض أي شيء عن التركيب الدقيق لمادة الكيان .

2 – يكفي لوصف الكيان معرفة عدد قليل جداً من الكميات مقارنة بالطريقة المجهرية .

3 – أن الكميات المطلوبة للوصف مما يمكن قياسه بسهولة مثل الحجم والكتلة ودرجة الحرارة والضغط...الخ (M,V,P,T,….).

وإذا ما أمكن وصف الكيان بالطريقتين معاً فمن البديهي أن يتوجب الحصول على نفس النتيجة في كلا الحاليه

موضوع ومجال الديناميكا الحرارية : Scope of thermodynamic

لقد سبقت الاشارة إلى أن وصف جملة أو كيان عن طريق تحديد بعض خواصه الواقعة تحت الحس المباشر والقابلة للقياس بيسر وسهولة تشكل الطريقة الجهرية للوصف . وتعتبر تلك الطريقة هي نقطة البداية في مختلف الدراسات الفيزيائية . فمثلاً عند دراسة ميكاميكية جسم جامد متماسك rigid **** نلجأ للطريقة الجهرية ذلك أننا لا نهتم إلا بمظاهره الخارجية . حيث حيث يجري تحديد موقع مركز كتلته بالنسبة لمحاور مختارة عند لحظة معينة . فتحديد الموقع والزمن أو ما يتركب منهما مثل السرعة تؤلف مع بعض الكميات الجهرية المستخدمة في الميكانيك وتسمى بالاحداثيات الميكانيكية mechanical coordinates . وعن طريق هذه الاحداثيات الميكانيكية نتمكن من معرفة طاقة حركة وطاقة وضع الجسم الجامد بالنسبة لمحاور معينة . ويمثل هذان النوعان من الطاقة الطاقة الخارجية external أو الطاقة الميكانيكية للجسم الجامد أو الجاسئ . إن من أهداف الميكانيكا أن توجد العلاقات المناسبة بين احداثيات الموقع والزمن بما يتفق من الميكانيكا النيوتونية أي قوانين الحركة لنيوتن . أما في الديناميكا الحرارية فإن الانتباه ينصب على داخل الكيان . وتتبع الطريقة الجهرية للوصف ويتم التأكيد على الكميات الجهرية التي ترتبط بحالة الكيان أو الملة الداخلية . ويتحتم عن طريق التجربة والمشاهدة أن نعين الكميات الضرورية والكافية لوصف الحالة الداخلية للكيان بالاحداثيات الثيرموديناميكا Thermodynamic coordinates . تمكن معرفة هذه الاحداثيات من تحديد الطاقة الداخلية للكيان internal energy . إن من أهداف الثيرموديناميكا أو الديناميكا الحرارية أن توجد العلاقات المناسبة بين مختلف الاحداثيات الثيرموديناميكا وبما يتفق مع قوانين الديناميكا الحرارية .

يسمى الكيان الذي يوصف بالاحداثيات الثرموديناميكية بكيان ثيرموديناميكي . وفي الهندسة ربما أن أهم الكيانات الثيرمودينامية هي الغازات مثل الهواء وبخار المادة ومخاليط تلك مثل بخار الوقود السائل مع الهواء وبخار المادة الملامس لسائلها مثل الامونيا وبخارها . وتهتم الديناميكا الحرارية الكيميائية بالكيانات السابقة مضافاً إليها الجوامد solids والاغشية السطحية والاعمدة أو الخلايا الكهربائية eelectic cells. وتهتم الديناميكا الحرارية الفيزيائية بكل ما سبق بالاضافة لكيانات اخرى مثل الاسلاك المشدودة والمكثفات الكهربائية electric capacitors والازدواجات الحرارية والمواد المغناطيسية thermocouples and magnetic substaces .

دوال أو توابع الحالة Functions of State

توصف المادة المتجانسة بالطريقة الجهرية كما سبق الاشارة إلى ذلك بلالة خواصها المقيسة مثل كتلتها M وحجمها V وضغطها P ودرجة حرارتها T وكثافتها ولزوجتها أو معامل انكسارها.... الخ . تسمى هذه الكميات بتوابع الحالة ويقال عن الجملة بأنها في حالة اتزان equilibrium stat إذا بقيت توابع الحالة فيها (خواصها) ثابة مع الزمن .

ويمكن بشكل عام تقسيم خواص الجملة إلى نوعين :

خواص تركيزية intensive

خواص امتدادية Extensive

لنتصور أن جملة ما جزئت إلى جزئين متماثلين . تسمى الخواص التي لم تتغير من جراء التجزيئ بالخواص التركيزية مثل : الضغط ، الحرارة ، الكثافة ، اللزوجة . أما تلك التي تجزأت فتسمى بالامتدادية مثل : الكتلة ، الحجم ، الطاقة U ، والشحنة Q .

ولذلك فيمكن القول بأن الخواص التركيزية intensive هي تلك التي لا تعتمد على كمية المادة في الجملة بخلاف الخواص الامتدادية Extensive فهي ترتبط بكمية المادة الموجودة في الجملة . ومن الخواص الثيرموديناميكية الامتدادية التي ستمر معنا في هذا المقرر : الطاقة الداخلية U والانثالبي H والانتروبية S ودالة هيلموتز A ودالة جبس G

ومع ذلك فإن لكل خاصية امتدادية مماثلاً تركيزياً ، تلك هي الخواص النوعية أو المولية specific or molar properties مثل حجم وحدة الكتل v أو حجم مول من المادة ، والطاقة الداخلية لمول من المادة u ، وانثالبية مول من المادة h ، وانتروبية مول من المادة s .