دانشجویان مهندسی مکانیک شهرکرد

مطالعه ترمودینامیک را مهندسین قرن نوزدهم آغاز کردند؛ آن‌ها می‌خواستند بدانند قوانین فیزیک چه محدودیت‌هایی بر عملکرد ماشین‌های بخار و سایر ماشین‌های تولید کننده انرژی مکانیکی تحمیل می‌کنند. ترمودینامیک درباره تبدیل یک شکل انرژی به شکلی دیگر، به ویژه تبدیل گرما به سایر شکل‌های انرژی بحث می‌کند.

سیر تاریخی علم ترمودینامیک به صورت زیر می‌باشد (کلیه تاریخ‌ها میلادی می‌باشند):
1798- کنت رامفورد (بنجامین تامسون) مطالعه تبدیل کار به گرما را طی آزمایش مشهور مته و تخته آغاز نمود.
1799- سرهامفری دیوی تبدیل کار به حرارت را با آزمایش سابیدن یخ مطالعه نمود.
1824- سعدی کارنو تئوری مشهور خود «بازتابی بر نیروی محرک آتش» منتشر نمود که در برگیرنده اصل جدیدی در باره تعریف چرخه و اصلی که توصیف کننده آن بود که چرخه بازگشت پذیر بین دو منبع حرارتی تنها به دمای منابع بستگی دارد و نه به مواد کاری.

1842- مایر اصل بقا انرژی را ارائه نمود.
1847- هلمهولتز اصل بقا انرژی را به صورت مستقل از مایر فرموله نمود.
1843-1848- جیمز پریسکات ژول با ترتیب دادن آزمایشاتی چهارچوب تجربی قانون اول ترمودینامیک را بنیان نهاد. امروزه به پاس این دانشمند بزرگ حرف J برای نمایش معادل مکانیکی کار استفاده می‌شود.
1848- لرد کلوین (ویلیام تامسون) واحد درجه حرارت مطلق را بر مبنای چرخه کارنو تعریف نمود.
1850- رودلف کلاوزیوس احتمالا به عنوان اولین کسی که به وجود دو قانون اساسی ترمودینامیک: قانون اول و قانون دوم ترمودینامیک پی برد.
1865- کلاوزیوس قوانین اول و دوم ترمودینامیک را در دو خط بیان نمود:
انرژی جهان دارای مقدار ثابتی است.
آنتروپی جهان تمایل به بیشینه شدن دارد.
1875- جوسایا ویلارد گیبز گزارش سرنوشت ساز خود «در برابری مواد ناهمگون» را که ترمودینامیک را به سیستم‌های ناهمگون و واکنش‌های شیمیایی بسط داد منتشر نمود. این گزارش اصل مهم پتانسیل شیمیایی را توصیف می‌نمود.
1897- ماکس پلانک قانون دوم ترمودینامیک را به صورت: «غیرممکن است بتوان موتوری ساخت که در یک چرخه کامل کار نموده و اثر دیگری غیر از بالا بردن وزنه و خنک نمودن یک منبع حرارتی داشته باشد.» بیان نمود.
1909- کاراتئودوری ساختار جدیدی از ترمودینامیک را بر مبنای جدیدی که کاملاً فرم ریاضی داشت منتشر نمود.

این کار با مطالعه روابط بین پارامترهای صرفاً مایکروسکوپی صورت می‌گیرد که رفتار سیستم‌های فیزیکی را توصیف می‌کنند. این گونه توصیف مایکروسکوپی (و در مقیاس بزرگ)، لزوماً تا حدی خام است، چرا که همه جزئیات کوچک مقیاس و میکروسکوپی را نادیده می‌گیرد. اما در کاربردهای عملی، این جزئیات اغلب مهم نیستند. برای مثال، مهندسی که رفتارهای گازهای حاصل از احتراق را در سیلندر یک موتور اتومبیل بررسی می‌کند می‌تواند با کمیت‌های مایکروسکوپی همچون دما، فشار، چگالی و ظرفیت حرارتی کار خود را پیش ببرد.

موتور درون‌سوز برای تبدیل یک نوع انرژی به نوعی دیگر ساخته شده است. در واقع دانشمندان به دنبال یافتن پاسخ این پرسش بودند که آیا می‌توان ماشینی ساخت که به طور دائمی کار مکانیکی انجام دهد. آن‌ها مدت‌ها بر روی این موضوع تحقیق کردند و تعدادی از محققین نیز طرح‌هایی برای این کار پیشنهاد نمودند. این طرح‌ها محدودیت‌های قوانین ترمودینامیک را رعایت نمی‌کردند. در این طرح‌ها بدون انجام دادن کار انرژی گرفته می‌شد. هدف این بود که ابزار ساخته شده بدون مصرف هیچ گونه سوخت یا هر گونه انرژی ورودی دیگر، کار خروجی بی پایانی را تأمین کند. در شکل میله های کوتاه لولا شده، که به میخ‌ها تکیه دارند، وزنه‌ها را به چرخ متصل می‌کنند. وقتی میله‌ها در وضعیت نشان داده شده هستند، عدم توازنی در توزیع وزن وجود دارد که موجب ایجاد یک گشتاور ساعت‌گرد خواهد شد که چرخ را در جهت نشان داده شده می‌چرخاند. طراح می‌پنداشت این گشتاور همیشگی است و نه تنها چرخش چرخ را حفظ می‌کند، بلکه به طور دائمی به محور آن انرژی می‌دهد. اما آنچه در عمل اتفاق می‌افتد اینست که پس از یک دور چرخیدن، جرم‌ها در یک وضعیت متعادل باقی می‌مانند و حرکت متوقف می‌شود. در این راه کوشش‌های فراوانی صورت گرفت، اما هیچ‌کدام عملی نبود.

طرح‌هایی که عملاً با شکست رو به رو شدند. یافته های حاصل از آزمایشان نشان داد که ساختن چنین ماشینی غیر ممکن است. قانون اول ترمودینامیک نیز چیزی نیست، مگر بیان همین بقای انرژی.

اگر تنها راه تغییر دادن انرژی یک دستگاه، انجام دادن کار روی دستگاه و یا واداشتن دستگاه به انجام کار بود، مسئله ساده بود. هر کاری که روی دستگاه انجام می‌دادیم در نهایت به صورت انرژی مکانیکی پس گرفته می‌شد. دادن گرما به دستگاه هم سبب بالا رفتن دمای آن می‌شود و وقتی جسم به دمای اولیه‌اش بازمی گشت، گرمایی را که قبلاً گرفته بود عیناً پس می‌داد. به این ترتیب می‌شد از نوعی انرژی مکانیکی داخلی دستگاه سخن گفت که عبارت بود از جمع جبری کار انجام یافته به وسیله دستگاه و کار انجام شده روی آن؛ در کنار آن دستگاه دارای یک محتوای گرمایی بود، که از جمع جبری گرمای داده شده به دستگاه و گرمای گرفته شده از آن محاسبه می‌گردید.