الفيزياء

نبذة تعريفية عن آلة العالم “سادي كارنو”

2011 قوانين الديناميكا الحرارية – فهم الحرارة وانتقال الطاقة

أبريل أيزاكس

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

آلة كارنو العالم سادي كارنو الفيزياء

يرتبط القانون الثاني للديناميكا الحرارية دائماً وأبداً بالإنجاز الذي حققه رجل واحد يدعى سادي كارنو، الذي كان مهندساً عسكرياً فرنسياً كرّس جُلّ حياته القصيرة لدراسة الآلة البخارية.

وفي العام 1824 نشر كارنو كتاباً موجزاً بعنوان "تأملات حول القدرة المحرضة للحرارة والآلات المناسبة لتطوير هذه القدرة"، كما قدّم في هذا الكتاب وصفاً نظرياً لآلة افتراضية، تُعرف الآن باسم "آلة كارنو".

تشتغل بكفاءة مثالية عظمى، لكن بسبب الاحتكاك والعوامل الأخرى التي تؤدي إلى فقدان الآلات لجزء من طاقتها، لا توجد في الواقع آلة حقيقية تستطيع العمل بمستوى الأداء المثالي نفسه الذي تتصف به "آلة كارنو".

 

كان كارنو أول عالم استطاع فهم طاقة وضع العملية الدائرية من أجل استحداث آلة فعالة، وقد اشتغلت آلته ضمن دورة مثالية عكوسة (قابلة للعكس) أطلق عليها اسم "دورة آلة كارنو".

كانت الآلات البخارية في زمن كارنو تعمل بكفاءة تبلغ حوالي 6 في المئة فقط، ويُهدر أربع وتسعون في المئة من الفحم المحترق لتشغيل تلك الآلات.

حاول بعض المهندسين إدخال التحسينات على كفاءة أو مردود الآلات عن طريق الحد من هدر الحرارة فيها، لكن كارنو اتبع طريقة مختلفة لتحقيق هذا الهدف، إذ أدرك استحالة تحويل الحرارة إلى شغل دون التخلص من جزء من الحرارة الناتجة.

 

وتمثلت نظرة كارنو إلى الآلة في احتوائها علـى منفـذين: منفذ لـلشـغــل والآخـر لـلحـرارة المـتـبقـيـة ، واستخــدم الناعـورة كـوسيـلـة مـقـارنــة قيـاسـيـة: فكمــا ينتقـل المـاء مــن قمـة الـنـاعـورة إلـى بـركـة تـقـع فـي الأسفـل،كـانـت الحـرارة داخـل آلتـه تتـدفـق مـن مصدر حار إلى حوض بارد.

فكّر كارنو في النتيجة التي قد تحدث لو أن آلته اشتغلت باتجاه معاكس، ففي هذه الحالة ستستهلك الآلة الشغل وتزيل الحرارة من المنطقة الباردة، ثم تطرد الحرارة إلى داخل الوسط المحيط الدافئ أصلاً. إن هذا الوضع، باختصار، يقدم لنا وصفاً لعمل المجمِّدة أو الثلاجة.

كان هناك عيب كبير واحد في العمل الذي أنجزه كارنو، إذ اعتمد في دراسته على نظرية السيّال الحراري.

 

ونشر كارنو كتابه "تأملات حول القدرة المحرضة للحرارة والآلات المناسبة لتطوير هذه القدرة"، الذي شكل الأساس في صياغة القانون الثاني قبل أن يجري جول تجاربه على الشغل والحرارة، لكن العلماء في أواسط القرن التاسع عشر لم يدركوا مدى صحة ما جاء به كلٌ من كارنو وجول.

لقد استطاع عالمان فيزيائيان التوفيق بين إنجاز كارنو واستنتاجات جول حول طبيعة الحرارة، ونجحا بذلك في وضع صيغتين للقانون الثاني للديناميكا الحرارية، وكشفا عن المزيد مما ينطوي عليه القانون الثاني.

مجلة العلوم
‫‪الهرمونات الجنسية  تفسر سبب إصابة الرجال أكثر بالفيروس
قلم:       ميريديث وادمان
ترجمة:   د. عبد الرحمن سوالمة
في يناير ذكرت إحدى أولى النشرات العلمية عن المصابين بفيروس كورونا المستجد  Novel coronavirus في ووهان بالصين، أن ثلاثة من كل أربعة أدخلوا المستشفى كانوا ذكورًا. ومنذ ذلك الوقت أكدت بيانات من مختلف أنحاء العالم أن الرجال يواجهون خطرًا أكبر للإصابة بمرض شديد أو الوفاة، وأن الأطفال مستَثْنَوْن بشكل كبير. مؤخرًا، توصل العلماء الذين يبحثون في الكيفية التي يؤدي  الفيروس بها إلى الوفاة ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪دراسات كبيرة تذوي آمال عقار الهيدروكسي كلوروكوين
قلم:      كاي كوبفرشميدت
ترجمة:   د. عبد الرحمن سوالمة
تغطية مجلة ساينس Science لأخبار كوفيد-19 يدعمها مركز بوليتزر Pulitzer Center.
عبر ضباب مزاعم الاستغلال، والأمل، والمبالغة في الدعاية، والتسييس الذي يكتنف الدواء هيدروكسي كلوروكوين Hydroxychloroquine، دواء لعلاج الملاريا Malaria الذي أعلن عنه كعلاج لمرض كوفيد-19 COVID-19، تبدأ حاليا الصورة العلمية بالتجلي.
الهيدروكسي كلوروكوين الذي أثنى عليه رؤساء كمعجزة شفائية محتملة ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪الإشكاليات الطبية لمرض كوفيد 19
. جمال المطر اختصاصي في أمراض الأذن والأنف والحنجرة، الكويت
تعد الكائنات الحية الدقيقة والفيروسات من العوامل الممرضة الشائعة للإنسان، ويتميز بعضها عن بعض بعدد من الخصائص والسمات. فبعض الفيروسات يصيب النباتات وبعضها يصيب الحيوانات، وهناك أنواع تصيب الإنسان مسببة له أمراضاً متنوعة مثل متلازمة عوز نقص المناعة المكتسبة الإيدز، والتهاب الكبد الفيروسي، والحصبة. ويشهد العالم حاليا أول جائحة يسببها فيروس كورونا الذي ينتمي إلى فصيلة فيروسات واسعة ... (قراءة المقال)
‫‪مجرة درب التبانة و جيرانها
لسلام عليكم .. في كثير من حلقات البرنامج السابقة تكلمنا عن اهم عناصر المجموعة الشمسية التي نعيش فيها من كواكب و أقمار و كيوكبات و احزمة .. و انتهينا بشرح عن بلوتو و حدود المجموعة الشمسية .. ولكن هذه المجموعة تقع و تدور ضمن كيان و محيط اكبر .. و هي المجرة التي نعيش فيها و تحوي الملايين و الملايين من النجوم المشابهة لشمسنا و غيرها من الشموس و نطلق عليها درب التبانة .. في هذه الحلقة سنسافر في رحلة كونية بعيدة نتعرف فيها على بنية المجرة و مكوناتها ... (قراءة المقال)
أخبار العلوم
‫‪التعديل الوراثي التخلّقي يصل إلى الحمض النووي الريبي
قلم: كين غاربر، في شيكاغو بولاية إلينوي
ترجمة: صفاء كنج
انتقلت فكرة تأثير الواسمات الكيميائية في الجينات على تعبيرها الخارجي دون تغيير تسلسل الحمض النووي اختصاراً: الحمض DNA من كونها مسألة مفاجئة في الماضي إلى أن صارت مادة مقبولة تُدرس في الكتب.
ظاهرة التعديل الوراثي التخلقي Epigenetics، وصلت إلى الحمض النووي الريبي المرسال اختصاراً: الجزيء mRNA، وهو الجزيء الذي يحمل المعلومات الوراثية من الحمض النووي إلى مصانع تصنيع البروتين في ... (قراءة المقال)
مجلة مدار
‫‪هل تنجح هيئة الخدمات الصحية في مشروع تتبع الاتصالات الذي تعده؟
جرّب الفرع الرقمي لهيئة الخدمات الصحية الوطنية اختصاراً: الفرع NHSX تطبيقا App سيخبرك ما إذا خالطت أي شخص ظهرت عليه أعراض كوفيد -19. ولكن ما هي التكلفة المترتبة على خصوصيتك جراء ذلك؟
إن أحد التحديات الكبيرة التي تطرحها مكافحة فيروس كوفيد-19 COVID-19 هو أنه معدٍ قبل ظهور أي أعراض على الأشخاص المصابين به. ويمكن أن يساعد تتبع الأشخاص الذين اختلطوا بالمصاب على الحد من انتشار الفيروس، من خلال معرفة عدد الأشخاص الذين ربما نقل إليهم المريض ... (قراءة المقال)
مجلة مدار
‫‪كتب صنعتني: أنتوني ديفيد
نتوني ديفيد @ProfTonyDavid رئيس قسم الطب النفسي في معهد الطب النفسي Institute of Psychiatry بجامعة كينغز كوليدج لندن King’s College London. وهو طبيب ممارس في مستشفيات مودسلي وبيثليم. وأحدث مؤلفاته كتاب إلى قعر الهاوية Into The Abyss 14.99 £، Oneworld.
عندما كنت في الثامنة أو التاسعة، كانت هناك سلسلة كاملة من كتب كيف ولماذا How And Why books التي تتضمن مواضيع مختلفة من العلوم والتاريخ. وكان كتاب كيف ولماذا عن روائع الجسم البشري How And Why ... (قراءة المقال)
مجلة مدار
‫‪هذه الجينات لا تكذب
دم راذرفورد AdamRutherford@ عالم الوراثيات وكاتب ومذيع. يقدم مجلة BBC Radio 4 الأسبوعية الرائدة داخل العلم Inside Science، ويشارك في عرض الحالات الغريبة لراذرفورد وفراي Curious Cases Of Rutherford & Fry مع الدكتورة هانا فراي Hannah Fry. أجرت المقابلة مساعدة تحرير BBC Science Focus  إيمي باريت Amy Barrett.
ما الذي دفعك إلى كتابة هذا الكتاب؟ تلتقي في هذا الكتاب ثلاثة أمور مهمة في حياتي الشخصية والمهنية. الأول هو أنني اختصاصي بعلم ... (قراءة المقال)
مجلة مدار
‫‪هل يمكننا إنقاذ الحشرات؟
ارني تشيسترتون Marnie Chesterton هي مقدّمة برنامج هل يمكنني إنقاذ الحشرات؟ يمكن متابعة الحلقة من برنامج CrowdScience على bbcworldservice.com/crowdscience
انضممنا للعاملين في برنامج كراود ساينس CrowdScience علم التعهيد الجماعي في قناة BBC الإذاعية للإجابة عن أسئلتكم في موضوع واحد. يمكنكم الاستماع لبرنامج كراود ساينس مساء كل جمعة على قناة BBC الإذاعية، أو الاستماع عبر الانترنت على الرابط bbcworldservice.com/crowdscience
هل يمكن للحشرات ... (قراءة المقال)
مجلة مدار
‫‪عفريت الماء
بدو عفاريت الماء Axolotls لطيفة بلا شك... وغريبة مع رؤوسها الصلعاء وعيونها الشبيهة بالأزرار وابتسامتها الغائرة. وبصرف النظر عن أجسادها المكتنزة وأطرافها القصيرة المضحكة، فإنها ترتدي بعض أغطية الرأس الصارخة حقّاً على شكل ستة خياشيم ريشية تحيط بوجوهها الطفولية البديعة. وينبع منظر عفاريت الماء غير العادي من حقيقة أنها تشبه شخصية بيتر بان الخرافية في المملكة الحيوانية. فهي لا تكبر على الإطلاق، لأنها تظل في المرحلة اليرقية Neotenous، وهذا يعني ... (قراءة المقال)