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)
            

 Maddelerin Termodinamik Özelikleri             Thermodynamic Properties of Substances

                 
     Termodinamik problemlerini çözerken maddelerin belirli bir haldeki özeliklerini bilmek gerekir. Örneğin sistemin sıcaklığı ve basıncı biliniyorsa, sistemin iç enerjisi, entalpisi, entropisi ve benzer diğer özelikleri bulunabilir mi ? Bu sorunun yanıtı evettir. Problemi çözen kişi, termodinamik kitaplarında verilen çizelgeleri, denklemleri kullanarak söz konusu bilgilere kolaylıkla erişebilir. Özelikler yeğin ve yaygın olarak ikiye ayrılır. Yeğin özelikler kütleden bağımsızdır, sıcaklık, basınç, özgül hacim, özgül ısı gibi. Yaygın özelikler kütleye bağlıdır, hacim kütle, enerji gibi. İşimizi kolaylaştıran kurallardan biri de hal postülasıdır. Buna göre basit sıkıştırılabilir, saf bir maddenin bağımsız iki yeğin özeliği biliniyorsa, diğer özelikleri de bellidir. Her madde basit sıkıştırılabilir saf bir madde midir ? sorusunu da, Mustafa İnan’ ın “mühendislik doğru kabulleri yapabilme sanatıdır” sözüyle yanıtlayalım.
     Termodinamik kitaplarında yer alan çizelgeler hal denklemleri, özgül ısı denklemleri ve doymuş hallere ilişkin denklemler kullanarak hazırlanır. Hazırlama süreci bir referans noktasına göre entegrasyon işlemini gerektirir. Bu amaçla yazılacak bir bilgisayar programı, hem çizelge değerlerini belirlemek, hem de örneğin buhar çevrimini çözümleyen bir programda özelik değerlerini bulmak için kullanılabilir. Kuşkusuz programların yazımı bilgi ve beceri gerektirmekle birlikte, aşılamaz zorluklar içermez. Gerekli denklemler literatürde bulunabilir. W.C. Reynolds’ un, “Thermodynamic Properties in SI : graphs, tables and computational equations for 40 substances” hemen her üniversite kitaplığında bulunan bir kaynak kitaptır. Özelikler ayrıca, çizelge değerlerinden enterpolasyon (oranlama) ile hesaplanabilir.
     Termodinamik problemlerinde yer alan maddelerin bir bölümü hal değişimi sırasında faz değiştiren maddeler, bir bölümü de gaz fazında kalan maddeler olarak ayrılabilir. Faz değiştiren maddelerin özelikleri için çizelgeleri veya yukarıda değinilen temel denklemleri kullanmak gerekir. Gaz fazında kalan maddeler ise genellikle mükemmel veya ideal gaz kabul edilebilir ve bu maddeler için ideal gaz modeli kullanılabilir. İdeal gaz modeli P v = R T denkleminden ve özgül ısıların sadece sıcaklığa bağlı olduğu varsayımından oluşur. İdeal gaz yasası adı verilen P v = R T denklemi bence matematiksel bir şiirdir. Bunun iki nedeni vardır. Birincisi sadeliği, ikincisi de kapsamı ve işlevselliği.
     Yukarıda maddelerin özeliklerinden söz edilirken, bu özeliklerin makroskopik düzeyde ele alındığını vurgulamak gerekir. Başka bir deyişle madde bir yığın olarak ele alınıp, mikroskopik veya atomik düzeyde davranışları gözardı edilir. Nano ölçekte madde özelikleri istatistik termodinamik kullanılarak hesaplanır. Vurgulanması gereken bir başka husus da maddenin özeliklerinin aynı zamanda sistemin özelikleri olarak da ele alınabileceğidir. Birkaç paragrafa indirgenmiş bir anlatımla, maddenin özelikleri budur.
    
                        (12 Temmuz 2018)
    
    
    
    
    
    
    
    
           It is necessary to know the thermodynamic properties of substances at a given state when solving the thermodynamic problems. For example, if the temperature and pressure of the system is known, is it possible to determine properties such as internal energy, enthalpy, entropy and others ? The answer to this question is yes. Person solving the problem may reach the required information by using the tables, and equations given in thermodynamic books. Properties are classified as intensive and extensive properties. Intensive properties are independent of mass or extent, like temperature, pressure, specific volume. Extensive properties are dependent on mass or extent, such as volume, mass, energy. The state postulate is a rule that simplifies our work. According to it, knowing the two independent and intensive properties of a pure, simple ompressible substance, enables one to determine all the other properties. Are all substances pure, simple compressible substances ? This question can be answered by remembering Prof. Mustafa İnan, who said “engineering is the art of making the correct assumptions”.
     Tables which are available in thermodynamic books are prepared by using the state equations, the specific heat equations and equations related to saturation properties. The calculation process involves integration with respect to a reference state. A computer program that is written for this purpose may be used both for preparing the tables or to find property values required for example in the analysis of a steam cycle. No doubt, writing these programs require both knowledge and competance, however there are no formidable difficulties. The required equations may be found in literature. “Thermodynamic Properties in SI : graphs, tables and computational equations for 40 substances” by W.C. Reynolds, is a reference book that is avialable in almost all university libraries. Properties may also be found from the tabular values by interpolation.
     Part of the substances that take place in thermodynamic problems change phase during the process, others remain in the gaseous phase throughout the process. For properties of substances that change phase during the process, tables and basic equations mentioned above should be used. For substances that are in the gas phase thoughout the process, the ideal gas assumption may generally be made and the ideal gas model may be used. The ideaL gas model consists of the equation : P v = R T and the assumption that the specific heats are dependent on only temperature. P v = R T which is called the ideal gas law, is in my opinion a mathematical poem. I have two reasons for this conclusion : First of all simplicity, secondly scope and functionality.
     When speaking about the properties of substances above, it is necessary to emphasize that these properties are considered at a macroscopic level. In other words the substance is taken as a bulk and its microscopic or atomic behaviour is disregarded. At nano scale, properties of substances are calculated by using statistical thermodynamics. Another point to be emphasized is that the properties of the substance and the system may be used in the same context. This is the account of the properties of substances, reduced to a couple of paragraphs.
                                                                  (July 12, 2018)