عملية شبه ساكنة

في الديناميكا الحرارية ، تُعرف العملية شبه الساكنة ، أو العملية شبه المتوازنة (من الكلمة اللاتينية quasi ، والتي تعني "كما لو" ^{[ 1 ]} )، بأنها عملية ديناميكية حرارية تحدث ببطء كافٍ ليظل النظام في حالة توازن فيزيائي داخلي (وليس بالضرورة كيميائي) . ومن الأمثلة على ذلك التمدد شبه الساكن لمزيج من غازي الهيدروجين والأكسجين، حيث يتغير حجم النظام ببطء شديد بحيث يظل الضغط منتظمًا في جميع أنحاء النظام في كل لحظة زمنية أثناء العملية. ^{[ 2 ]} وتُعد هذه العملية المثالية سلسلة من حالات التوازن الفيزيائي، تتميز ببطء لا نهائي. ^{[ 3 ]}

في العمليات الديناميكية الحرارية شبه الساكنة فقط، يمكننا تحديد الكميات المكثفة (مثل الضغط، ودرجة الحرارة ، والحجم النوعي ، والإنتروبيا النوعية ) للنظام بدقة في أي لحظة خلال العملية بأكملها؛ وإلا، ولعدم وجود توازن داخلي، فإن أجزاء النظام المختلفة ستمتلك قيمًا مختلفة لهذه الكميات، وبالتالي قد لا تكفي قيمة واحدة لكل كمية لتمثيل النظام بأكمله. بعبارة أخرى، عندما تحتوي معادلة تغير دالة الحالة على الضغط أو درجة الحرارة ، فإنها تشير إلى عملية شبه ساكنة.

على الرغم من أن جميع العمليات العكوسة شبه ساكنة، فإن معظم الباحثين لا يشترطون أن تكون العملية شبه ساكنة بشكل عام للحفاظ على التوازن بين النظام والمحيط وتجنب التبديد، ^{[ 4 ]} وهما سمتان أساسيتان للعملية العكوسة. على سبيل المثال، يُعدّ الضغط شبه الساكن لنظام بواسطة مكبس يتعرض للاحتكاك عملية غير عكوسة؛ فعلى الرغم من أن النظام يكون دائمًا في حالة توازن حراري داخلي، إلا أن الاحتكاك يضمن توليد إنتروبيا تبديدية، وهو ما يتعارض مع تعريف العكوسية. ولا بدّ لأي مهندس أن يحرص على تضمين الاحتكاك عند حساب توليد الإنتروبيا التبددية.

من الأمثلة على العمليات شبه الساكنة التي لا يمكن اعتبارها عملية عكسية، انتقال الحرارة البطيء بين جسمين عند درجتي حرارة مختلفتين بشكل محدود، حيث يتحكم حاجز ذو توصيل حراري ضعيف بين الجسمين في معدل انتقال الحرارة. في هذه الحالة، مهما كانت العملية بطيئة، فإن حالة النظام المركب المكون من الجسمين بعيدة عن حالة التوازن الحراري، لأن التوازن الحراري لهذا النظام المركب يتطلب أن يكون الجسمان عند نفس درجة الحرارة. ومع ذلك، يمكن حساب تغير الإنتروبيا لكل جسم باستخدام معادلة كلاوزيوس لانتقال الحرارة العكسي.

1. الضغط الثابت: العمليات متساوية الضغط ،$${\displaystyle W_{1-2}=\int P\,dV=P(V_{2}-V_{1})}$$
2. الحجم الثابت: العمليات متساوية الحجم ،$${\displaystyle W_{1-2}=\int PdV=0}$$
3. درجة حرارة ثابتة: العمليات متساوية الحرارة ،$${\displaystyle W_{1-2}=\int P\,dV,}$$حيث يتغير الضغط ( P ) مع الحجم ( V ) عبر${\displaystyle PV=P_{1}V_{1}=C}$، لذا$${\displaystyle W_{1-2}=P_{1}V_{1}\ln {\frac {V_{2}}{V_{1}}}}$$
4. العمليات متعددة الخواص ،$${\displaystyle W_{1-2}={\frac {P_{1}V_{1}-P_{2}V_{2}}{n-1}}}$$

• إنتروبيا
• عملية قابلة للانعكاس (الديناميكا الحرارية)