اردک تشنه – وسیله نمایش قانون ترمودینامیک

اردک تشنه دستگاه ساده ایست که قانون ترمودینامیک رو توضیح میدهد. این پرنده کوچک و جذاب چندین دهه است که از محبوبیت علمی برخوردار است.

نحوه کار آن بدین شکل است که مقابل پرنده لیوان آبی قرار میدهیم و منقار آنرا به لیوان نزدیک نموده تا خیس گردد و وقتی رهایش کنید شروع به حرکتی پاندولی مینماید و بنظر میرسد که هیچگاه متوقف نخواهد شد مگر اینکه آب درون لیوان تمام شود و یا در محیطی قرار گیرد که رطوبت بالا باشد در اینصورت ها پرنده از حرکت باز می ایستد.

حرکت اردک تشنه طوری ست که به نظر میرسد در یک ماشین حرکت دائمی قرار دارد اما در حقیقت این پرنده جذاب یک نمونه کوچک موتور گرمای تبخیر در علم فیزیک میباشد.

این دستگاه علاوه بر اینکه قانون فیزیک را توضیح میدهد میتواند یک اسباب بازی جذاب برای کودکان نیز قلمداد شود و در رشد و شکوفای حس کنجکاوری کودک موثر واقع شود.

رفع ایراد حرکت اردک تشنه:

اگر منقار پرنده (سر پرنده) خیس باشد و شاهد حرکت نباشیم حتماً مشکلی وجود دارد اولین موردی که بایستی چک کنیم اینست که آیا پرنده نسبت به مایع موجود در انتهای آن و پایه در یک حالت تعادل قرار دارد یا نه و برای ایجاد تعادل کافیست به تنظیم ارتفاع سر پرنده بروی بدنه اقدام نمائیم یعنی مقداری سر پرنده را بالاتر ببریم تا تعادل ایجاد شود.

هشدار ایمنی: استفاده از این محصول برای کودکان زیر ۸ سال بدون حضور والدین توصیه نمیشود چرا که شکستن شیشه و بلعیده شدن مایع درون آن توسط کودک میتواند باعث مسمومیت شود یا تماس آن با چشم میتواند حساسیت و خارش ایجاد کند . مایع درون اردک قابلیت اشتعال ندارد با اینحال از قرار دادن دستگاه در مجاورت وسایل گرما زا و آتش حتماً پرهیز گردد.

قوانین ترمودینامیک به چهار قانونی فیزیکی گفته می‌شود که از واحدهای اصلی فیزیک، (مانند فشار، انرژی و آنتروپی) برای توصیف سیستم‌های‌ترمودینامیکی در یک تعادل‌گرمائی استفاده می‌کند. قوانین عنوان شده به توضیح این موضوع می‌پردازند که هریک از این واحدهای اصلی در شرایط گوناگون چگونه رفتار می‌کنند و بعضی از پدیده‌ها مانند حرکت‌دایمی را منع می‌نماید.

این قوانین عبارت‌اند از:
۱- قانون صفرم ترمودینامیک
۲- قانون اول ترمودینامیک
۳- قانون دوم ترمودینامیک
۴- قانون سوم ترمودینامیک

قانون صفرم ترمودینامیک

قانون صفرم ترمودینامیک بیان می‌کند که اگر دو سیستم با سیستم سومی در حال تعادل گرمایی باشند، با یکدیگر در حال تعادلند.

قانون اول ترمودینامیک

انرژی درونی یک سیستم منزوی ثابت و پایدار است. قانون اول ترمودینامیک که به عنوان قانون بقای کار و انرژی نیز شناخته می‌شود، می‌گوید: تغییر انرژی درونی یک سیستم برابر است با اختلاف گرمای داده شده به سیستم و کار انجام شده توسط سیستم بر روی محیط:
Δ U = Q − W

قانون دوم ترمودینامیک

ساخت یک موتور سیکلی که تأثیری جز انتقال مداوم گرما از دمای سرد به دمای گرم نداشته باشد، غیرممکن است. بیان کلوین-پلانک: غیرممکن است وسیله‌ای بسازیم که در یک سیکل عمل کند و در عین حال فقط بایک مخزن تبادل حرارت داشته باشد یعنی غیرممکن است یک موتور حرارتی بدون از دست دادن گرمادر Qc به کار خود ادامه دهد. بیان کلازیوس: امکان ندارد که یک یخچال طی یک چرخه، تمام انرژی را که از منبع سرد دریافت می‌کند به منبع گرم انتقال دهد؛ بلکه مقداری از این انرژی طی این فرایند هدر می‌رود. بعبارتی دیگر قانون دوم ترمودینامیک مسیر انجام یک فرایند است. TdS =Q

قانون سوم ترمودینامیک

قانون سوم ترمودینامیک می‌گوید هنگامی که انرژی یک سیستم به حداقل مقدار خود میل می‌کند، آنتروپی سیستم به مقدار قابل چشم‌پوشی می‌رسد. یا بطور نمادین: هنگامی که U ⟶ U 0 ، S ⟶ ۰

منبع بخش قوانین: وبسایت ویکی پدیا فارسی