Bir sistem, sistem içinde genellikle hacim, basınç, sıcaklık, iç enerji veya bir tür ısı transferindeki farklılıklarla ilişkili bir tür enerji değişikliği olduğunda termodinamik bir süreçten geçer.
İçindekiler
Termodinamik süreçlerin ana türleri
Sıklıkla (ve pratik durumlarda) meydana gelen ve termodinamik çalışmasında kapsamlı bir şekilde ele alınan birkaç özel termodinamik süreç türü vardır. Her birinin kendisini tanımlayan benzersiz bir özelliği vardır ve bir süreç ve iş değişiklikleriyle ilişkili enerjiyi analiz etmede yararlıdır.
• Adyabatik süreç: sisteme veya sistemden ısı transferi olmayan bir süreç.
• İzokorik süreç: Hacim değişikliği olmayan, bu durumda sistemin çalışmayacağı bir süreçtir.
• İzobarik süreç: basınçta değişiklik olmayan süreç
• İzotermal süreç: sıcaklıkta değişiklik olmayan süreç
Bir proseste birden fazla proses olması mümkündür. En bariz örnek, basınç ve hacimdeki bir değişikliğin ısı transferinde veya sıcaklıkta bir değişikliğe neden olmadığı durumdur. Böyle bir süreç izotermal ve adyabatik olacaktır.
Termodinamiğin birinci yasası
Matematiksel olarak termodinamiğin birinci yasası şu şekilde yazılabilir:
delta-U = Q – W veya Q = delta-U + W
Burada
• Delta-U = Sistemin iç enerjisindeki değişim
• Q = sisteme giren veya çıkan ısı.
• W = Sistem tarafından veya sistem üzerinde gerçekleştirilen iş.
Yukarıda açıklanan belirli termodinamik süreçlerden birini analiz ederken, genellikle (her zaman olmasa da) çok şanslı bir sonuca ulaşılır, bu niceliklerden biri sıfıra düşer!
Örneğin, adyabatik bir Q delta sürecinde ısı transferi yoktur: iç enerji ve iş = 0, S − = W arasındaki çok basit bir ilişki ile verilir. bu süreçler
ters işlemler
Termodinamik süreçlerin çoğu doğal olarak bir yönden diğerine doğru ilerler. Yani beğendikleri bir tarafları var. Isı, daha sıcak bir nesneden daha soğuk bir nesneye akar. Gazlar bir odayı doldurmak için genişler, ancak daha küçük bir alanı doldurmak için otomatik olarak büzülmezler. Tüm mekanik enerji ısıya dönüştürülebilir, ancak ısıyı tamamen mekanik enerjiye dönüştürmek neredeyse imkansızdır.
Ancak, bazı sistemler geri dönüşümlü bir süreçten geçer. Genel olarak bu, sistem içinde veya herhangi bir ortamda, bir sistem her zaman termal dengeye yakın olduğunda meydana gelir. Bu durumda, sistem koşullarındaki çok küçük değişiklikler, sürecin diğer yöne gitmesine neden olabilir. Bu nedenle, tersinir süreç aynı zamanda denge süreci olarak da bilinir.
• Örnek 1: İki metal (A ve B) termal temas ve termal denge halindedir. Metal A, ısı ondan metal B’ye akacak şekilde sonsuz küçük bir miktarda ısıtılır. Bu işlem, A’nın sonsuz küçük bir miktarda soğutulmasıyla tersine çevrilebilir, bu noktada ısı, termal dengeye tekrar ulaşana kadar B’den A’ya akmaya başlar. .
Örnek 2: Örneğin, bir gaz, tersinir bir işlemde sürekli ve yavaş bir şekilde genleşir. Basıncı çok küçük bir miktarda artırarak, aynı gaz yavaş ve istikrarlı bir şekilde ilk durumuna dönebilir.
Bunların az çok idealist örnekler olduğunu belirtmek gerekir. Pratik amaçlar için, termal dengede olan bir sistem, bu değişikliklerden herhangi biri uygulandığında termal dengede olmayı bırakır, bu nedenle süreç aslında tamamen tersine çevrilebilir değildir. Bu bir olduğunda, idealize edilmiş model deneysel koşullar ve dikkatli bir şekilde kontrol edilen bir süreç ile, gerçeğe son derece yakın ve tamamen tersine çevrilebilir bir koşul elde edilebilir.
Tersinmez süreçler ve termodinamiğin ikinci yasası
Elbette çoğu süreç geri döndürülemez (veya kararsız) süreçlerdir. Bir araç üzerinde çalışırken fren sürtünmesi uygulamak geri dönüşü olmayan bir süreçtir. Balondan çıkan havanın hazneye kaçmasına izin vermek geri dönüşü olmayan bir süreçtir. Sıcak bir beton araba yoluna bir buz bloğu yerleştirmek geri dönüşü olmayan bir süreçtir.
Genel olarak, bu tersinmez süreçler, termodinamiğin ikinci yasasının bir sonucudur ve genellikle bir sistemin entropisi veya pertürbasyonu olarak tanımlanır. Termodinamiğin ikinci yasasını ifade etmenin birkaç yolu vardır, ancak herhangi bir ısı transferinin ne kadar verimli olabileceği konusunda temel bir sınır koyar. Termodinamiğin ikinci yasasına göre, süreçte her zaman bir miktar ısı kaybolacaktır, bu nedenle gerçek dünyada tamamen tersine çevrilebilir bir süreç gerçekleşemez.
Isı motorları, ısı pompaları ve diğer cihazlar
Isıyı kısmen işe veya mekanik enerjiye dönüştüren herhangi bir cihaza ısı motoru denir. Bir ısı motoru bunu, ısıyı bir yerden başka bir yere aktararak ve yol boyunca bazı işler yaparak yapar. Termodinamiği kullanarak, bir ısı motorunun ısıl verimini analiz etmek mümkündür ve bu, çoğu fizik dersine giriş dersinde ele alınan bir konudur. Fizik derslerinde sıklıkla analiz edilen ısı motorlarından bazıları şunlardır:
• İçten yanmalı motor: Arabalarda kullanılan motorlar gibi yakıtla çalışan bir motor. Otto döngüsü, normal bir benzinli motorun termodinamik sürecini tanımlar. “Dizel çevrimi”, dizel motorları ifade eder.
• Buzdolabı: ters ısı motoru, buzdolabı ısıyı soğuk bir yerden (buzdolabının içinden) alır ve onu sıcak bir yere (buzdolabının dışından) aktarır.
• Isı pompası: Isı pompası, dış havayı soğutarak binaları ısıtmak için kullanılan buzdolabı benzeri bir ısı motorudur.
Carnot döngüsü
Fransız mühendis Sadi Carnot, 1924’te termodinamiğin ikinci yasasıyla tutarlı, mümkün olan en yüksek verimliliğe sahip, mükemmel biçimde varsayımsal bir motor yarattı. Verimliliği için aşağıdaki denkleme ulaştım:
e Carnot = (TH – TC) / TH
TH ve TC sırasıyla sıcak ve soğuk rezervuar sıcaklıklarıdır. Çok büyük bir sıcaklık farkı ile yüksek verim elde edilir. Sıcaklık farkı az ise verim düşük gelir. 1’lik bir verimlilik (%100 verimlilik) ancak TC = 0 (yani mutlak değer) ise elde edilebilir ki bu imkansızdır.
kaynak:
https://www.askiitians.com/iit-jee-thermal-physics/thermodynamic-process-and-their-types/
https://www.vedantu.com/physics/thermodynamic-processes
https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/thermodynamic-process
yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu
Diğer gönderilerimize göz at
[wpcin-random-posts]