Termodinamik

Termodinamik

Termodinamik 18.yüzyılın başlarında gelişen tekstil endüstrisiyle ortaya çıkmıştır. Kullanılan insan ve hayvan gücünün yetersiz kalması sonucunda ilk buhar makinelerinin yapımı ve bunların geliştirilmesiyle termodinamik biliminin ortaya çıktığı söylenmektedir.

thermos - dynamic (Yunanca)

ısı - dinamik

Yani termodinamik, ısıl değişimlerin dinamiği anlamına gelmektedir.

Termodinamik ısı, iş, sıcaklık ve enerji arasındaki ilişkiyle; yani enerjinin bir yerden başka bir yere ve bir biçimden başka bir biçime transferi ile ilgilenir. Ancak bu işlemlerin neden kaynaklandığı ve hangi hızda gerçekleştiği konusuyla ilgilenmez.

Termodinamiğin günlük uygulama alanları:

Buzdolabı, klima, motordaki yanmalar, elektrikli veya gazlı fırın, düdüklü tencere, su ısıtıcısı, ütü, bilgisayar, televizyon vb.

Sistem: Belirli bir kütleyi veya üzerinde inceleme yapmak üzere sınırlanan evren parçası.

Termodinamik, fiziksel ve kimyasal değişimleri bir sistem içinde inceler.

Çevre: Sistemi çevreleyerek saran kütle veya daha büyük evren parçası

Açık sistem: Sınırlarından kütle ve enerji geçişi olan sistemdir. Örnek olarak içinden sürekli olarak sıcak su alınması gereken bir su ısıtıcısı, araba radyatörü, türbin, kompresör verilebilir.

Kapalı sistem: Sınırlarından kütle geçişi olmayan sistemdir. Günlük hayattan örnek olarak düdüklü tencere verilebilir.

İzole sistem: Sınırlarından madde ve enerji alışverişinin olmadığı sistemlerdir. Buna da örnek olarak termos kapları verilebilir.

Termodinamiğin 0. Yasası: Sıcaklığı (T) tanımlar.

A ve B sistemi termal dengedeyse (aralarında ısı alışverişi yoksa, yani sıcaklıkları eşitse),

B ve C sistemi de termal dengedeyse;

A ve C termal dengededir. Yani A, B ve C aynı sıcaklıktadır. T_A = T_B = T_C

Termometrenin çalışma prensibi bu kanunla alakalıdır. Termometreler bulundukları sistemle termal denge içindedir. Böylece termometre sisteme verilen veya çekilen ısıdan direkt olarak etkilenir ve ortamın yeni sıcaklığını gösterir.

0. yasa 1. yasadan sonra bulunmuş fakat ondan önce gelmesi gerektiği için 0. yasa olmuş.

Termodinamiğin 1. Yasası: Enerjiyi (U) tanımlar.

Hiçbir enerji yoktan var edilemez ya da var olandan yok edilemez; ancak bir biçimden başka bir biçime dönüşebilir (ısı ve iş birbirine dönüşebilir).

U = Q – W

U: Enerji, Q: Isı, W: İş

Bu kanuna göre Güneş mevcut enerjisini bir gün tüketecek ve insan yaşamı ile birlikte kendiliğinden sönecektir.

Termodinamiğin 2. Yasası: Entropiyi (s) tanımlar.

Burada entropiden kısaca bahsetmekte fayda var. Entropi klasik olarak “maddenin düzensizliğinin bir ölçüsüdür” diye tanımlanır. Bir sistemin entropisi maksimumsa sistem dengededir ve dengedeki bir sistem iş yapmaz.

Sıcaklığı birbirinden farklı olan iki cisimden soğuk olandan sıcak olana kendiliğinden ısı transferi gerçekleşmez; ısı transferinin olabilmesi için mutlaka bir işe ihtiyaç vardır.

Yapılan araştırmalar sonucunda %100 verimle çalışan makine düşüncesi tarih olmuştur. Çünkü ne türlü bir makina yapılırsa yapılsın makineye verilen enerji ile makinadan başka bir şekle dönüştürülmüş olarak elde edilen enerji arasında bir kayıp mevcuttur. Verilen enerjinin bir kısmı makina içi sürtünmeler vasıtasıyla ısıya dönüşür ve kaybolan ısı hiç bir zaman enerji olarak tekrar elde edilemez.

Şöyle bir örnek düşünelim:

Masada duran sıcak çayın verdiği ısı çevresi tarafından alınır ve çay soğur. Ancak masadaki soğuk çay, içerideki havayla ısınmaz.

Termodinamiğin 3. Yasası: Entropinin sayısal değerini verir.

Mutlak sıfır noktası olan 0 Kelvin’e ( -273 °C) inilirse, bu sıcaklığa inebilen tüm parçacıkların birbirine eşit entropileri olur. Yani 0 K’de parçacığın entropisi 0’a iner ve tüm parçaların enerjisinin birbirine eşit olur.

Başka bir deyişle, mutlak sıcaklıktaki bir parçacık sadece bir tane olası halde bulunabilir. Bu durumda parçacığın sahip olduğu enerji “sıfır noktası enerjisi” ve bu nokta entopinin minimuma gittiği “sıfır entropi noktası”dır.

"Termodinamik komik bir konudur. İlk defa öğrendiğinizde, ne olduğunu anlamazsınız bile. İkinci defa üzerinden geçtiğinizde, bir-iki nokta hariç anladığınızı düşünürsünüz. Üçüncü defa baktığınızda ise, anlamadığınızı bilirsiniz, ama o zamana kadar konuya alıştığınız için bu sizi o kadar rahatsız etmez." demiş Arnold Sommerfeld. Bence de öyle. Üniversitede termodinamik derslerinde hemen hemen herkes zorlanıyordu. Evet günlük hayatta prensiplerinin yaygın kullanıldığı bir mühendislik dalı fakat inceleyince, hele hele ders olarak alınca gerçekten bir farklı oluyor. Matematiği çok fazla ve daha bir sürü terimi var. Ben sadece genel olarak ne olduğundan ve yasalarından bahsettim, zaten matematiğine hiç girmeyeceğim aman aman. Son olarak aslında zevkli olduğunu -hele bir de anlayınca- itiraf etmeliyim.

Özge.