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)
            

 Makina Mühendisliğinde Termodinamik             Thermodynamic Courses in Mechanical
 Dersleri                                              Engineering

                 
     Termodinamik fiziğin önemli bir konusudur. Mühendisliğin ve özellikle makina mühendisliğinin bir temel bilim dersidir. Makina Mühendisiliğinde temel termodinamik dersinin hangi konuları kapsaması ve haftalık ders saatinin ne olması gerektiği her zaman tartışılmıştır. Temel termodinamik dersi, daha çok uygulama konularının verildiği ikinci bir termodinamik dersi ile tamamlanır. Uygulama konuları arasında güç ve soğutma çevrimleri, yanma, psikrometri (nemli havanın ısıtılması, soğutulması, nemlendirilmesi), lülelerde akış sayılabilir. Aşağıda makina mühendisliği kapsamında, temel termodinamik dersi (birinci ders) ile ilgili bazı değerlendirmelere yer verilmiştir.
     Termodinamik enerji ve enerji dönüşümlerini inceleyen bilimdir. Orta öğretimde ve üniversitenin birinci yılında fizik dersinde, öğrenci enerji konusunda belli bir anlayış edinir. Fakat farklı terimlerin, tanımların, simgelerin kullanılması öğrencinin kafasında bir karışıklık yaratır. Bu nedenle ders, enerji kavramının yeniden ele alınması, önceki tanımlar ve notasyon üzerinde uyum sağlanması ile başlamalıdır. Enerjinin değişik biçimlerde olabileceği, bir biçimden diğerine dönüşebileceği vurgulanmalıdır. Ben bunu bir binek otosu bir litre benzinle otoyolda kaç km gider sorusunu yanıtlayan kapsamlı bir örnekle yapmaya çalışıyorum.
     Madde ve maddenin özelikleri bir sonraki konu olarak ele alınabilir. Bu özelikler arasında bazı ilişkiler olduğu, birbirlerinden bağımsız olmadıkları üzerinde durulmalıdır. Her bilimde olduğu gibi yapılacak tanım ve varsayımlarla, gerçek problemlerin daha kolay incelenebileceği belirtilmelidir. Öğrencinin sistem kavramını özümsemesi sağlanmalıdır. Sistem bir model (kurgulama) olarak ele alınmalıdır. Kapalı ve açık sistemlerin aynı modelin farklı biçimleri olduğu üzerinde durulmalıdır. Madde özeliklerinin tablolar yoluyla değil de bilgisayar yazılımları kullanarak hesaplanması özendirilmelidir. Bugün madde özeliklerini veren bilgisayar programları internetten kolaylıkla indirilebilir. Öğrencileri termodinamiğin özünden saptıran doğrusal oranlamanın kullanımından kaçınılmalıdır.
     Enerjinin korunumu ya da Termodinamiğin Birinci Yasası, dersin en önemli konusudur. Bu yasanın mühendislik problemlerine uygulanması açık, kapalı sistem ayırımı yapılmaksızın genel bir çerçevede anlatılabilir. Öğrenci birinci yasayı ve ikinci yasayı doğrudan sisteme uygulamalıdır. Bazı problemlerin, kurulacak modeller çerçevesinde, bilgisayar yazılımları ile çözülebileceği gösterilebilir.
     Entropinin artışı ilkesi ya da Termodinamiğin ikinci yasası, dersin ikinci önemli konusudur. Isı ve soğutma makinalarının tanımı, Carnot çevrimi ve ilkeleri, entropinin artışı ilkesinden kopuk olarak anlatılmamalıdır. Öğrenci entropi üretiminin ne anlama geldiğini anlamalıdır. Çözülecek problemler, birinci ve ikinci yasaların birlikte kullanıldığı problemler olarak tasarlanmalıdır.
     Birinci ve ikinci yasaları birleştiren ekserji kavramının açıklanması temel bir ders sırasında zorunlu olmasa da yararlıdır. Bu nedenle ekserjinin tanımı yapılmalıdır. Ayrıca termoekonominin mühendisliğe uygulaması, örneğin elektrik fiyatının hesaplanması gibi basit bir örnekle açıklanmalıdır.
     Kuşkusuz ana konuları destekleyen birçok tanımın ve kavramın (örneğin verim) yukarıda belirtilen ana konuların yanında açıklanması gerekir. Bu web sayfasında verilen ders uygulama belgesi bu ayrıntıları içermektedir. Önemli bir husus da öğrencinin gerek kendi çalışmaları, gerekse sınav sırasında bilgisayarı kullanabilmesidir.
                                                                  (1 Şubat 2019)
    
    
    
    
          
     Thermodynamics is an important area of Physics. It is one of the basic science courses of engineering, especially mechanical engineering. The contents and duration of the basic thermodynamics course has always been a topic of discussion. In general, the basic thermodynamics course is followed by a second thermodynamics course where applications take place. These include power and refrigeration cycles, combustion, psychrometry (heating, cooling and humidification of moist air), flow in nozzles. Some discussions and evaluations regarding the basic (first) thermodynamic course take place below.
     Thermodynamics is the science that examines energy and its transformations. The student acquires a notion of energy in high school and first year physics in the university. But use of different terminology, definitions and symbols may cause a confusion in student’s mind. For this reason the course must start by reviewing the concept of energy, and settling on a common ground on definitions and notation. The fact that energy may exist in different forms and that it may transform from one form to another should be empasized. I do this by answering the question, how many miles a car may travel with one liter of gasoline, with a comprehensive example.
     Substances and their properties may be the next topic. The fact that these properties are related and not independent from each other should be noted. It should also be empasized that problem analysis may be simplified by making reasonable assumptions and definitions as is done in all sciences. Care must be taken to give the student a firm understanding of the system notion. System should be considered as a model (idealization). It should be mentioned that closed and open sytems are different variations of the same model. The finding of properties by use of a computer program rather than tables should be advised. It is very easy to download from the internet, computer programs that give the properties of substances. The burden of interpolation, that deviates the course from its essence should be avoided.
     Conservation of energy or the first law of thermodynamics, is the most important topic of the course. The application of this law to engineering problems can be done in a general frame, without differentiating closed and open systems. The student should directly apply the first or second law to the system. It will be proper to show that some problems may be solved under proper models by computer programs.
     Principle of increase of entropy or the second law of thermodynamics is the next important topic of the course. The definitions of the heat engine, the refrigerating machine, Carnot cycle and principles, should be related to the principle of increase of entropy. Student must understand what entropy generation means. The problems assigned should be designed so that the first and second laws are used together.
     The concept of exergy, which combines the first and second laws, may not not be compulsory in a first course, but it will be useful. For this reason exergy must be defined. Furthermore the application of thermoeconomy to engineering, should be introduced with a simple example, such as the computation of the cost of electricity.
     No doubt, definitions and concepts (such as efficiency) which complement the main topics given above should also take place in the course.The course outline given on this web page includes such details. Another important remark is that students should be able to use the computer during their studies and the exams.
                                                                   (February 1, 2019)