Termodinamik Yazıları (On Thermodynamics) Taner Derbentli
Bu sayfada termodinamikle ilgili kısa yazılarımı bulacaksınız.
(On this page you will find short articles that I will write on thermodynamics)
Termodinamiğin Dört Yasası Four Laws of Thermodynamics
|
Termodinamiğin, doğa yasaları diye nitelendirdiğimiz, dört temel ilkesi vardır. Bunlar sırasıyla sıfırıncı, birinci, ikinci ve üçüncü yasalar olarak adlandırılır. Bunların doğa yasaları olarak nitelendirilmesinin nedeni, bugüne kadar doğada yapılan gözlemlerin bu yasalara uygun olmasından, başka bir deyişle bu yasalara aykırı bir gözlem yapılmamış olmasındandır. Sıfırıncı yasa, sıcaklığın tanımı ile ilgilidir. Herbiri, bir başka cisimle ısıl dengede olan iki cismin, kendi aralarında da ısıl dengede olacağını belirtir. Termodinamikte ısıl denge, eşit sıcaklıkta olmak anlamına gelir. Bu yasa birinci yasadan sonra bulunmuştur, ancak daha temel bir ilke olduğundan sıfırıncı yasa olarak adlandırılmıştır. Termodinamiğin en önemli ve uygulamada en fazla kullanılan yasası birinci yasa veya enerjinin korunumu ilkesidir. Sistemi, sınırları belirli bir kütle veya bir hacim olarak tanımlayalım. Birinci yasa bir hal değişimi ya da süreç sırasında, sistemin enerji değişiminin, bu hal değişimi ya da süreç sırasında sistemin sınırlarında gerçekleşen enerji etkileşimlerine eşit olduğunu belirtir. Sistemin enerji değişimi, iç enerji, kimyasal enerji, kinetik enerji, potansiyel enerji, nükleer enerjilerden oluşabilir. Sistemin enerji etkileşimleri ise kütle ile giren ya da çıkan enerji, iş ve ısı geçişi olarak sayılabilir. Termodinamiğin ikinci yasası bir ısı makinası temel alınarak (Kelvin Planck) veya entropi tanımına dayanarak tanımlanabilir. Sanırım, enerji dönüşümlerine kısıtlama getiren bir yasadır demek hatalı olmaz. Bir ısı makinası kullandığı ısıl enerjinin sadece bir bölümünü işe dönüştürebilir, (Carnot). İşin tümü ısıl enerjiye dönüştürülebilirken, ısıl enerjinin veya kimyasal enerjinin sadece bir bölümü işe dönüşebilir. Yukarıda birinci yasa için kullandığımız sistem tanımını göz önüne alır ve işin içine entropiyi de katarsak ikinci yasanın tanımı şöyle yapılabilir : Gerçek bir hal değişimi ya da süreç sırasında sistemin entropi değişimi, her zaman sistemin entropi etkileşimlerinden büyüktür. Sistemin entropi etkileşimleri kütle ile giren çıkan entropi veya ısı geçişi ile giren çıkan entropi olabilir. Özel bir durum olarak iç içe iki sistemi ele alalım. İç sistem herhangi küçük bir sistem, dış sistem ise küçük sistemi çevreleyen evren olsun. Küçük sistemin herhangi bir hal değişimi (süreç) sırasında, birleşik sistemin net entropi etkileşimi olmayacağından, hem küçük hem de birleşik sistemin entropi değişimleri sıfırdan büyük olacaktır. Bu da evrende sürekli entropi artışı olduğunu gösterir. Kanımca, felsefe tartışmalarının dışında bunun bir önemi yoktur. Termodinamiğin üçüncü yasası, mutlak sıfır sıcaklıkta (-273 oC) saf bir kristalin entropisinin sıfır olduğunu belirtir. Bu yasa, maddelerin entropilerinin belirlenmesi için bir dayanak veya temel oluşturur. Termodinamiğin yasaları tüm ölçeklerde (mikro, makro) geçerlidir. (3 Haziran 2016) |
There are four basic principles of thermodynamics, which are called laws of nature. These are named zeroth, first, second
and third laws respectively. The reason for describing these laws as natural laws is because all observations made in
nature up to date has conformed to these laws, in other words no contradictory observation has been made so far. Zeroth law is related to the definition of temperature. It declares that two objects, each in thermal equilibrium with a third object, will be in thermal equilibrium between themselves. Thermal equilibrium in thermodynamics means equality of temperature. This law was found after the first law, but since it points out to a more elementary principle, it was named as the zeroth law. The most important and the most used law in practice is the first law, which is also called the energy conservation principle. Let us define the system as a mass or a region with specified boundaries. The first law states that during a process the system undergoes, or during a change of state of the system, the change of energy of the sytem is equal to the energy interactions of the system. Change of energy of the system may occur as internal energy, chemical energy, kinetic and potential energies or nuclear energy changes. The energy interactions of the system may be heat transfer, work transfer or energy associated with mass transfer through the boundaries. The second law of themodynamics can be defined in relation to a heat engine (Kelvin Planck) or the definition of entropy (Clausius). It will not be wrong to say that it is a law bringing limitations to energy conversions. A heat engine may convert only a portion of the thermal energy that it uses to work, (Carnot). Work may be converted to thermal energy entirely, however only a portion of the thermal or chemical energy may be converted to work. If we use the definition of the system we made above for the first law and put entropy into the picture, the definition of the second law may be made as follows : During a real process the system undergoes, or during a change of state of the system, the change of entropy of the sytem is always greater than the entropy interactions of the system. The entropy interactions of the system may be related to mass or heat entering or leaving the boundaries of the system. As a special case let us consider two sytems in each other. The inner system may be any small system, and the outer system, universe which encompasses the first. During any process that the small system undergoes or any change of state of the small system, there will be no net entropy interactions for the combined system, therefore the entropy change for both the small system and the combined system will be greater than zero. This shows that the entropy of the universe continuously increases. As far as I am concerned, there is no importance of this besides philosophical discussions. The third law of thermodynamics state that the entropy of a pure crystal at absolute zero (-273 oC) is zero. This law forms a base or a reference point for determining the entropy of substances. The laws of thermodynamics are valid in all (micro, macro) reference scales. (June 3, 2016) |