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)
            

 Termodinamikte Isı Geçişi                         Heat Transfer in Thermodynamics

     Termodinamik ve Isı Geçişi, Makina Mühendisliği eğitim programının iki önemli dersidir. Isı geçişi sistem ile çevresi arasında, sıcaklık ve sadece sıcaklık farkından dolayı olan enerji aktarımı olarak tanımlanır. Sistem, problem çözümüne konu olan nesne, kütle veya bölgedir. Çevre ise sistem dışında kalan herşeydir. Örnek olarak üzerinden hava akışı olan bir uçak kanadı ele alınsın. Burada sistem, uçağın kanadı, sistem sınırları ise kanadın görünür sınırlarıdır. Çevre ise içinde hava akışı olan ortamdır. Bu ortam ile kanat arasında bir sıcaklık farkı varsa ısı geçişi sözkonusudur. Bir uçağın kanadının yüzeyi olarak sürtünmeden dolayı göreceli olarak yüksek bir sıcaklıktadır, örneğin 60 oC. Hava akışının veya ortamın sıcaklığı ise örneğin -20 oC olabilir. Bu durumda kanat yüzeyinden havaya bir ısı geçişi olacaktır.
     Isı geçişi dersinde, hava akışının hızına, havanın özeliklerine ve kanadın geometrisine göre ısı geçişinin başka bir deyişle birim zamanda enerji aktarımının, kJ/s-m2 veya kW/m2 olarak hesaplanması söz konusudur.
     Termodinamik dersinde ısı geçişi, sistem ile çevresi arasında enerji etkileşiminin yollarından biri olarak ele alınır. Ancak termodinamikte, hal değişimlerinde ya da süreçlerde zaman genellikle bir parameter değildir. Ya, hal değişimleri sonsuz sayılabilecek bir zaman süresinde gerçekleşir, ya da bir süreklilik (zamanla değişmeyen bir durum) söz konusudur. Hal değişimi ya da süreç sırasında geçen toplam enerjiden ya da ısıdan söz edilir. Burada ısı veya enerji geçişinin birimi genellikle kJ’ dur. Termodinamik dersinde, ısı geçişinin hangi yolla olduğu, başka bir deyişle iletim, taşınım, ışınım mekanizmalarından hangilerinin etkili olduğu söz konusu olmaz. Isı geçişi dersinde ise bunlar ayırt edilir ve ayrıntılarıyla hesaplanır.
     Termodinamik problemlerinde karşılaşılan bir durum da sistem içinde yapılan dirençli ısıtmadır. Bu ısıtma, sistem sınırlarından içeri giren elektrik telleriyle yapılır. Burada sisteme giren enerjinin ısı olarak değil iş olarak alınması gerekir. Yapılan iş gerilim (V), akım (I) ve zamanın (s) çarpımı ile elde edilen sonucun eksi değerine eşittir. Bir volt çarpı bir amper çarpı bir saniyenin bir joule olduğu not edilebilir. Bu durumun neden iş olarak alınması gerektiği entropi üretiminin sistem sınırları içinde olup olmaması ile ilgilidir.
     Bir sisteme entropi geçişi ısı veya kütle geçişi ile olabilir. Isı geçişi ile olduğunda bu değer Q/T ile gösterilir. Burada Q ısı geçişi, T ısı geçişinin olduğu sınırdaki mutlak sıcaklıktır. Bu sıcaklığın belirlenmesi genellikle zordur. Bunun yerine ısı kaynağının mutlak sıcaklığı alınabilir. Isı kaynağı sıcaklığının sistem sıcaklığından başka bir deyişle sistem sınırlarının sıcaklığından daha yüksek olduğunu kabul edersek sistemdeki entropi üretimi olduğundan daha yüksek hesaplanmış olur. Bu düşünce tarzı aynı zamanda iç ve dış tersinmezlik konusu ile ilgilidir.
         
               (11 Eylül 2019)
    
    
    
    
    
           Thermodynamics and heat transfer are two important courses of mechanical engineering curriculum. Heat transfer is defined as the energy transport between a system and its environment due to solely temperature difference. System is the object, mass or region that is the subject of the problem under solution. Environment is everything that remains outside of the system. Consider an airplane wing over which there is an airflow. System is the airplane wing itself, system boundaries are the apparent boundaries of the wing. Environment is the medium in which there is an airflow. If there is a temperature difference between the wing and the medium then heat transfer will occur. The temperature of the wing surface will be at a relatively high temperature due to friction, say 60 oC. The temperature of the medium in which there is an airflow may be for example -20 oC. In this case there will be heat transfer from the wing surface to the medium.
     In the heat transfer course, the rate of energy transport, in other words the amount of energy transfer per unit time in kJ/s-m2 veya kW/m2 is calculated. This computation will be done by taking the speed of the airflow, properties of the air and the geometry of the wing into account.
     In the thermodynamics course, heat transfer is considered as one the ways of energy interaction between the system and the environment. However in thermodynamics time in general is not a parameter in changes of state or processes. The changes of state are either considered to take place in a time period which can be considered infinite or steady state steady flow (independence from time) is in question. Total heat transfer during the change of state or process is referred to. The unit of heat or energy transfer here is generally kJ. In the thermodynamics course the type of the mechanism of heat transfer, in other words conduction, convection or radiation is not taken into account. Where as in the heat transfer course, these are identified and calculated in detail.
     Another situation which is encountered in the thermodynamics course is the resistance heating which is done within the system boundaries. This heating is done by electric wires which cross the system boundaries. The energy transport into the sytem here should be taken as work and not heat transfer. The work interaction is the negative of the product of voltage (V), current (I) and time (s). Note that one joule is equal to one volt times one ampere and one second. Why this energy interaction should be taken as work rather than heat transfer is related to whether the entropy generation occurs within the system boundaries or not.
     Entropy interaction of a system may be by heat or mass interaction. When this is by heat interaction it is shown by Q/T. Here Q is the heat interaction of the system and T is the absolute temperature of the system boundary where this interaction occurs. It is generally hard to specify this temperature. Instead the absolute temperature of the heat source may be taken. Assuming that the temperature of the heat source is greater than the system, or in other words the system boundary, entropy generation within the system is calculated higher than its actual value. This line of reasoning is also related to internal or external irreversibilities.
                                          (September 11, 2019)