Termodinamik, termal enerjiyi başka bir enerji biçimine (mekanik, elektrik vb.) veya işe aktarabilen sistemlerle ilgilenen bir fizik bilimi dalıdır. Termodinamiğin tarihi, 1650’de tarihe geçen Magdeburg iki yarımküre deneyini öneren Otto von Guericke ile başlar. Guericke, Aristoteles’in “doğa boşluktan nefret eder” varsayımına karşı bir boşluk yaratmaya çalıştı. Guericke’nin deneyinden bir süre sonra ünlü İrlandalı fizikçi ve kimyager Robert Boyle (1627-1691), 1656’da Robert Hooke ile birlikte Guericke’nin tasarımlarına dayanarak bir hava pompası üretti. Bu pompayla deneyler yaparken basınç, sıcaklık ve hacim arasındaki ilişkiyi gözlemlediler.
Termodinamiğin yasalarını geliştirmek
18. yüzyıldan itibaren tekstil endüstrisindeki gelişmeler sonucunda ortaya çıkan ve ne insanların ne de hayvanların karşılayamadığı büyük güç ihtiyacı buhar motorlarının icadına yol açmıştır. 1697’de Savery ve 1712’de Newcomen tarafından icat edilen buhar motorları, 1765’te James Watt tarafından geliştirilirken, buharın özellikleri üzerine yaptıkları araştırmalar termodinamik bilimini de geliştirdi ve birçok araştırmacı bu alana yöneldi.
Isı enerjisinin ayrı bir enerji biçimi olarak ele alınması, 1798 civarında, birincisinin bir sonucu olarak, bir İngiliz askeri mühendisi olan Sir Benjamin Thompson’ın (Kont Rumford olarak da bilinir) ısının ısıyla orantılı olarak üretilebileceğini fark etmesiyle başladı. yapılan işin Termodinamiğin kanunu. Termodinamiğin temel ilkelerinden biri, 1824 yılında Fransız fizikçi Sadi Carnot tarafından formüle edildi. Carnot’nun ısı makinesi çevrimini tanımlamak için kullandığı ilkeler, Alman fizikçi Rudolf Clausius tarafından termodinamiğin ikinci yasasına çevrildi.
İlk olarak Lord Kelvin (1824 – 1907) tarafından kullanılan termodinamik terimi, iki Latince kelime olan heat ve force’un birleşiminden türetilmiştir. Termodinamik, fiziğin enerji ve enerji dönüşümü veya enerji ve entropi bilimi ile ilgilenen dalı olarak tanımlanır ve kanunları arabalardan uzay araçlarına, enerji santrallerinden bilgisayarlara kadar çok çeşitli alanlarda kullanılır. Entropi kavramı termodinamik için Einstein tarafından “evrensel içeriği olan ve asla değiştirilemeyecek tek fiziksel kural” ve Arthur Eddington tarafından “evrenin en üstün yasası” olarak tanımlanmıştır.
Termodinamiğin dört yasası
Fizik biliminin en önemli kanunları arasında yer alan termodinamiğin dört kanunu vardır:
Termodinamiğin sıfırıncı yasası:
Her bir termodinamik sistem üçüncü bir sistemle ısıl dengedeyse, birbirleriyle de ısıl dengededir. Bu yasa, diğer üç yasadan sonra geldiği için “sıfır” olarak adlandırılır. Bu kanunun anlamı tam olarak anlaşılamadan bir süre başka kanunlar kullanılmış, bu temel kanunun önemi ortaya çıktıktan sonra diğer kanunlar yerine “Sıfır Kanunu” adı verilmiş ve ilk sıraya konulmuştur. Temelde A=B ve C=B ise A=C demektir. İlk bakışta çok basit görünse de bu kanun olmadan sıcaklıklar belirlenemez ve termometreler üretilemez.
Termodinamiğin birinci yasası:
Enerji ne yaratılabilir ne de yok edilebilir. Sadece şekil değiştirebilir. Herhangi bir süreçte, evrenin toplam enerjisi aynı kalır. Sisteme verilen net ısı, sistemin yaptığı net işe eşittir. Termodinamiğin birinci yasası temel olarak enerjinin korunumunu ifade eder. Yasa, “izole bir sistemdeki toplam enerji miktarının korunduğunu” belirtir. Şeklinde söylenebilir. Bir sistemdeki enerji ısıya, işe veya başka şeylere dönüştürülebilir, ancak nihai toplam her zaman ilk toplamla aynıdır.
Termodinamiğin ikinci yasası:
Yalıtılmış, dengesiz bir sistemin entropisi zamanla artar ve dengede maksimum değerine yaklaşır. Bu yasa belki de tüm yasaların en ünlüsüdür ve gelmiş geçmiş en önemli bilimlerden biridir. Evrenin entropisi maksimum olma eğilimindedir. Yani evrenin entropisi ya aynı kalır ya da artar ama asla negatif olmaz.
Sorun şu ki, bu yasa her zaman doğru değildir. Örnek olarak bir kutudaki dört atomu ele alırsak, dördünün de bir köşede bulunabilmesi, onun çok düzenli bir sistem olduğu ve dolayısıyla düşük entropiye sahip olduğu anlamına gelir. Ancak zamanla dağılabilirler ve entropiyi artırabilirler. Ancak hiçbir şey onları rastgele köşeye sıkıştırmaktan alıkoyamaz. İnanılmaz bir olasılık ama imkansız değil. Faz alanı açısından problem verildiğinde, zaman içinde daha büyük bir kareye geçme olasılığı daha yüksek entropi anlamına gelir. Ancak küçük kutuya dönmelerinde bir engel yoktur.
4) Termodinamiğin üçüncü yasası:
Sıcaklık mutlak sıfıra yaklaştıkça, sistemin entropisi sabit bir minimuma yaklaşır. Üçüncü yasa, entropiyi ölçmek için mutlak bir referans noktası sağlar. Sistemin sıcaklığı mutlak sıfıra (273,15 °C, 0 K) yaklaştığında, entropi değeri minimum değerine yaklaşır. Normalde entropinin değeri 0 K’de 0’dır, ancak bazı durumlarda sistemde hala az miktarda entropi vardır.
kaynak:
– Yunus A. Bekar, Michael A. Pauls, “Termodinamik: Bir Mühendislik Yaklaşımı”, McGraw-Hill Education, (2017).
Peter Atkins, “Termodinamik Yasaları: Çok Kısa Bir Giriş”, Oxford Üniversitesi, Oxford.
yazar: Juni Saraoğlu’nu aç
Diğer gönderilerimize göz at
[wpcin-random-posts]