Termodinamik Yasaları
Termodinamik,ısının enerji ve faydalı iş olarak tanımladığımız fiziksel olgularla ilişkisini inceleyen doğa bilimidir.Termodinamik sistemler makraskopik olgularla (Isı,enerji,sıcaklık,vb.)tanımlanır.Termodinamik mikroskobik sistemlerle uğraşan alt dalları olmasına rağmen,genel olarak maddenin mikroskobik bileşenleriyle
uğraşmaz.Termodinamik yasalar bu makroskobik olguları tanımlar,bu olguların değişik şartlar altında nasıl davrandığını inceler ve bu davranışlarının sınırını çizer.Bir başka deyişle,popüler bilim yazarlarının en çok karşılaştığı sorulardan ikisi olan "Devridaim makinesi yapmak olanaklı mı?" ve "Mutlak sıfıra ulaşılabilir mi?" sorularına gönül rahatlığı ile "Hayır" cevabı verilmesini sağlar.
Entropi
Bir sistemin birim sıcaklık için faydalı işe dönüşemeyecek ısı enerjisinin ölçüsüdür.Sıfırdan büyük olduğu zamanlarda bir enerji kaybını,fazladan enerji verilmeden işlemin geri döndürülemeyeceğini gösterir.Sistemin kendiliğinden eski haline dönememesini ve düzensizliğe doğru kayışını gösterir.Sistemin düzensizliğinin bir ölçüsüdür.Örneğin fren balatalarında,frene basıldığında,sürtünme ile ortaya çıkan ısı enerjisi,hiçbir şekilde tersinir olarak mekanik enerjiye(Tekerleğin yeniden dönebilmesine) tekrar(Herhangi bir dış öğe katılmaksızın)dönüştürülemez.
Entropi; bir sistemin durumunu belirleyen değişken termodinamik büyüklüklerin (Isı,sıcaklık,basınç gibi) bir fonksiyonudur.Yalıtılmış bir sistemde,ne tür bir değişme olursa olsun,sistemin entropisi artar ya da değişmez; ama hiçbir zaman azalmaz; bu,entropinin temel özelliğidir ve ikinci termodinamik yasasının bir başka görünümüdür.Ancak bu durum yalnızca yalıtılmış sistemlerde geçerlidir ve sistemin bölümlerine uygulanamaz. Sistemin bir bölümünde (Ya da bölümlerinde) entropi artarken,başka bölümlerinde sistemdeki artışı dengelemek için entropi azalması da olabilir.
Entropinin uygulamadaki şekli Lord Kelvin'in kurallarıyla tanımlanır.Tam olarak hiçbir ısı makinası(Isıyı mekanik enerjiye çeviren) tam anlamıyla verimli (Yüzde yüz) olamaz.Entropnin değişmesinin sistemin başlangıç ve bitiş durumlarına bağlı olduğu gösterilebilir.Bu nedenle tersinir ve tersinmez bir işlem için,son durumu ayni olan geridönüşlü(Tersinir) değişmeler tarafından emilmiş ısı göz önüne alınarak entropi değişmeleri bulunabilir.
Entropinin değişmesiyle ilgili bu durum(Entropinin yalnızca başlangıç ve bitiş durumlarına bağlı olması,geridönüşlü süreçte 0 olması,geridönüşsüz süreçte pozitif olması) entropinin tanımlanması ve sistemlerde olabilecek değişmelerin önceden anlaşılabilmesi açısından önemlidir.
Termodinamiğin Sıfırıncı Yasası
İki termodinamik sistemin bir üçüncüsüyla termal dengede olması durumunda,birbirleriyle de dengede olmaları gerektiğini ifade eder.Bu yasa sıcaklık kavramının tanımlanmasını sağlar.
Termodinamiğin Birinci Yasası
Bir cisme veya sisteme verilen enerji,iç enerjideki değişimin ve yapılan işin toplamına eşittir.Bu yasa ısı ve işin enerjinin bir biçimi olduğunu açıklar.Bu yasadan çıkan en önemli sonuç iseenerjinin her zaman korunduğu,yani yoktan var edilemediğidir.
Devridaim makinelerinin bir kısmı bu yasayı ihlal ettiği için yapılmaları da olanaksızdır."enerji üretmek" kavramını enerjinin bir formunu insanoğlunun kullanabileceği başka bir forma çevirmek olarak anlıyoruz.Devridaim makineleri ise verilen bir ilk enerjiyi çoğaltmayı hedeflediği için enerji korunumunu ihlal eder.
Pratik hayatımızda bu kanun aşağıdaki gibi ifade edilir:
Isı bir enerji şeklidir ve enerjinin diğer şekillerine çevrilebilir,fakat enerji yaratmak ve yok etmek mümkün olmadığına göre,herhangi bir değişmede toplam enerji miktarı sabit kalır.
Termodinamiğin İkinci Yasası
Termodinamiğin ikinci yasası entropi olarak isimlendirilen kavramı tanımlar ve termal işlemlerde yönü belirler.Suyun yukarıdan aşağıya akması gibi ısı da sıcaktan soğuğa doğru akar.Bu yönü belirleyen entropidir.Tüm termal işlemlerde entropi ya sıfırdır ya da pozitiftir.Eğer entropi sıfır ise işlem tersinir,eğer pozitifse tersinmezdir yani işlem geri döndürülemez.Ok yaydan çıkmıştır bir kere.
Termodinamiğin birinci yasası enerjinin yoktan var edilemyeceğini söyleyerek devridaim makinelerinin yapılamayacağını gösterir.İkinci yasa ise termal bir süreçte yapılan işi ve verilen iç enerjiyi geri döndürmenin imkansız olduğunu göstererek sonsuz bir döngünün mümkün olamayacağını ispatlar.
Termodinamiğin ikinci kanunu,Kelvin ve Plank tarafından aşağıdaki gibi tanımlanmıştır:
Yalnız bir sıcak kaynaktan ısı almak ve bu ısıya eşdeğer miktarda iş vermekten başka bir şey yapmadan devresini tamamlayan,bir akışkan makinesi mevcut değildir.Yani mükemmel bir ısı makinesi inşa edilemez.
İkinci kanunun Clausius tarafından yapılmış tanımı ise aşağıdaki gibidir:
Isı kendiliğinden soğuk bir kaynaktan daha sıcak bir kaynağa geçemez.Bu işlem ancak dışardan enerji tatbik etmek suretiyle yapılabilir.(Soğutma makinelerinin esasıdır)
Termodinamiğin Üçüncü Yasası
Bu yasa ise mutlak sıfır noktasını tanımlar.Mükemmel bir kristalin entropisi mutlak sıfır sıcaklığında sıfırdır.Mutlak sıfır noktası cisimlerin entropisini tanımlamak için konulmuş olası en düşük sıcaklıktır.Gerçek hayatta mükemmel olmayan kristaller içinse,sıcaklık mutlak sıfıra doğru yaklaşırken,entropi sıfırdan farklı bir sabit değere yaklaşır.
Devridaim Makinesi
Başlangıç enerjisi verilerek ilk hareket sağlandıktan sonra dışarıdan enerji almaksızın ayni hareketi sürekli olarak tekrarlayabileceği düşünülen makinelerdir.
Bu makineler ilk enerjiden başka enerji girişi olmadan faydalı iş üretmeye çalışır.
Prensipte Newton mekaniğine aykırı da olmayabilir,fakat Enerjinin Korunumu ve Termodinamik Yasaları'nı çiğner.
Kaynakça : (Alıntılar)
1.Bilim ve Teknik Dergisi, Aralık 2012, Yıl 46, Sayı 541, Sayfa 58, Nasıl çalışır?
2.Bilim ve Yaşam Ansiklopedisi, Fizik 2, 5.Cilt, Gelişim Yayınları, 1976
3.Mühendislik Termodinamiğinin Esasları, Nejat Aybers, İTÜ Profesörü, Üçer Matbaacılık, İstanbul 1980,Birsen Kitapevi Yayınları
Son düzenleme:
