Şengül Şirin
|
Cevap : Termodinamik-Thermodynamics-tarihçesi-çağdaş Fizik-The Laws of Thermodynamics
KLASİK TERMODİNAMİK
BİRİNCİ İLKE VE İÇ ENERJİ Her uzmanlık alanı gibi termodinamik de özel bir dil kullanır Bir sistem, uzayda sınırsız sayıdaki bir cisimler bütünü tarafından oluşturulur Geri kalan her şey dış ortamı meydana getirir Böyle bir sistemin hali basınç, sıcaklık ve hacim gibi belli sayıdaki parametrelerle nitelendirilir Belli bir süre sonra bu parametreler evrim geçirdiğinde sistemin de bir dönüşüme uğradığı söylenir; bu büyüklükler başlangıç değerlerine erişirse, sistem bir çevrim yapar Bir sistemin evriminin nedeni dış ortamla ısı, iş ya da madde alışverişi olabilir Bununla birlikte, çoğunlukla dış ortamla madde alışverişi yapmayan sabit kütleli sistemler (kapalı sistemler) göz önüne alınır İş alışverişi olmadığında, sistemin mekanik olarak yalıtılmış olduğu söylenir; ısı alışverişi yoksa sistem, ısıl olarak yalıtılmış sistem olarak adlandırılır (ayrıca dönüşümün ısısız,
yani adiyabatik olduğu söylenir) Hem mekanik hem de ısıl olarak yalıtılmış sistem termodinamik olarak yalıtılmış bir sistemdir
Belli bir uzlaşmaya dayanılarak, sisteme sağlanan her şey pozitif, sistemin dış ortama verdikleri de negatif sayılır (Çizl) İş ve ısı, görünür bir bağıntı olmaksızın deneysel olaylarla sisteme sokulduklarından bağımsız büyüklüklerdir Gerçekte, çoğu durumda fiziksel bir sistemin hali değişmek-sizin, ısı alabildiği ve iş sağlayabildiği saptanabilir: Sıcak gazlardan ısı alan yanmalı bir motor iş sağlayabilir, yani mekanik enerji sağlayabilir Isının ve işin eşdeğerde oldukları ve yalnızca iki enerji biçimi oldukları düşüncesi, XIX yy'da doğdu: Bu düşünce joule'un çalışmalarıyla doğrulandı,
Elde edüen sonuçlar birinci ilkenin ya da başlangıç hali ve son hal ilkesinin tanımım sağlar: Bir sistem dış ortamla bir iş ve bir ısı miktarı alışverişinde bulunarak bir 1 başlangıç halinden bir 2 son haline değişim gösterirse (Çiz 2) bu miktarların cebirsel toplamı, izlenen yoldan (yani ara hallerden) bağımsızdır: Yalnızca başlangıç haline ve son hale bağımlıdır
Dolayısıyla (W- + Q,) ve (W2 + Q2) miktarları eşit olur
Bir çevrimin özel durumu söz konusu olduğunda (W + Q) toplamının sıfır olduğu açıktır Doğal olarak, bu ilke daha sınırlı biçimde tasarlanabilir: Mekanik olarak yalıtılmış bir sistem için, işe yalnızca ısı miktarları karışır; ısısız bir dönüşüm sırasında, bu miktarlar sıfırdır Yalnızca başlangıç hali ve son hale bağımlı olan (W + Q) miktarı sistemin iç enerjisi adı verilen bir U fonksiyonunun değişimine denk düşer
Bu, bir hal fonksiyonudur, yalnızca sistemin haline bağlıdır ve yanma eklenen bir sabitle tanımlanır Bir sistem, termodinamiksel olarak yalıtılmış olduğunda, iç enerji değişimi sıfırdır (dolayısıyla iç enerji sabittir)
İKİNCİ İLKE VE ENTROPİ Kütleleri eşit, biri 25°C'ta öbürü 35°C'ta birbirine eş iki cisim yalıtılmış bir yerde temas eltirüirlerse, deney ısıl bir dengenin kurulduğunu gösterir: 30°C'lık bir sıcaklıktaki iki cisim elde edilir Termodinamiğin birinci ilkesi gerçekleşir: Sistem yalıtılmıştır ve iç enerji değişimi sıfırdır (deneysel sonuç açıkça kabul, edilebilir düzeydedir: En sıcak olan cisim soğurken, öbürü ısınır) Bununlsı birlikte, sözgelimi en sıcak cisim 50cC'a kadar ısmsaydı ve öbürü 10°C'a kadar soğusaydı, toplam enerji korunmuş olacaktı; ama, böylesi bir dönüşüm hiçbir zaman gözlenmemiştir
Termodinamiğin ikinci ilkesi bu sonucu göz önünde bulundurur: Soğuk bir cisimden sıcak bir cisme ısı geçişi hiçbir zaman kendiliğinden ya da karşılıksız olarak gözlenmemiştir Ciausius'tan kaynaklanan bu anlatım Thomson'unkinin (geleceğin lord Keivin'i) eşdeğeriisidir: Bir çevrim çizen ve yalnızca tek bir ısı kaynağıyla temas eden bir sistem, iş sağlama yeteneğine sahip değildir Bir motor yalnızca, ısı sıcak bir kaynaktan soğuk bir kaynağa geçtiğinde işleyebilir, yani, iş sağlar Böyle bir dönüşüm için toplanan W iş miktarını, sıcak kaynağın sağladığı Qc ısı miktarıyla karşüaştırmak doğaldır Termodinamiğin ikinci ilkesi, ısıl bir makinenin p veriminin Qc ve Q< (Qt: Makinenin soğuk kaynağa geri verdiği ısı miktarı) ısı miktarlarına bağlı olduğunun beîirlenmesini sağlar;
Carnot teoremi aynı iki ısı kaynağıyla temas halinde olan tersinir diterm ısıl iki makinenin verimlerinin eşit olduğunun doğrulanmasına olanak tanır Verim ısıl makinenin seçimine ve dolayısıyla, işleyiş ilkesine değil ama,iki kaynağın sıcaklıklarına bağlıdır
İkinci ilke, ısının tümüyle işe dönüşmesinin olanaksız olduğunu ortaya çıkarır; Isı, enerjinin bozunmuş bir biçimi gibidir
Daha genel olarak, söz konusu sistem kendisini A halinden bir B haline götüren tersinir politerm bir dönüşüm geçiriyorsa, bu toplam türü yalnızca başlangıç haline ve son hale bağımlıdır; tanım olarak sistemin aS entro-pi değişimini belirtir Yalıtılmış bir sistemin entropisi, yalnızca artan bir hal işlevidir: Buna entropi artışı yasası adı verilir
ÜÇÜNCÜ İLKE Üçüncü ükenin amacı, entropinin değerini anlaşmazlığa neden olmadan saptamaktır Bir sistemin entropi değişimi tanımlanmıştır ve bu hal işlevi başka bir hale başvurularak saptanabilir Dolayısıyla entropinin kökeni tanımlanabilmiş ve böylece Nernst-Planck postulatı oluşturulmuştur: Her termodinamik sistemin entropisi, termodinamik sıcaklığı sıfıra yaklaştığı zaman sonlu bir değere yaklaşır Bu sınır değer, ne basınç gibi başka parametrelere, ne de sistemin haline bağımlı değildir; bu değer çeşitli bileşenlerin ze kadar çok düşük sıcaklıklarda yapılan bütün ölçümlerle doğrulanmıştır Herhangi bir cismin entropisini tümüyle tanımlamak için mutlak sıfırda her cisim için S = 0 'm ortaya konması yeterlidir Nernst-Planck postulatının ilginç bir sonucu, mutlak sıfıra erişmenin olanaksızlığıdır
İSTATİSTİKSEL TERMODİNAMİK
Klasik termodinamik, kuramsal bir yaklaşımla değil de, daha çok sonuçlarının tümü aracılığıyla doğrulanan çok genel nitelikli birkaç postulattan yola çıkarKlasik termodinamik, gerçekte mikroskopik düzeydeki olayları göz önüne almayı reddeder İstatistiksel termodinamik de herhangi bir sistemin mikroskopik halini tanımayı reddeder, ama gözlenen mikroskopik olayların tanınan yapıdaki (mekanik ya da elektriksel) çok sayıdaki olayın sonucu, ortalama etkisi olduğu ilkesinden hareket eder Böylece, bir gazın molekülleri her yönde durmaksızın ve büyük hızla yer değiştirirler Bu hareketler moleküllerin birbirlerine ve çeperlere çarpması nedeniyle sık sık değişirler, öyle ki moleküllerin yörüngeleri zikzaklı çizgilerdir Bir gazın denge'de olduğu söylendiğinde,burada istatistiksel bir denge söz konusudur:
Gazın moleküllerinin hiçbiri hareketsiz değildir ama bütün hareketi gözlenebilir Bu olay ortalama hız vektörünün (zaman ve moleküller bütününe etkiyen ortalama) sıfır olduğu söylenerek açıklanır Çeperlere birbirini entropilerinin toplamıdır Bu postulat günümü izleyen çarpmalar sonucunda doğrudan makroskopik ölçekte tanımlanmış basınç kuvveti olan ortalama bir kuvvet ortaya çıkar Molekül çalkantısın-daki bir artış, bir sıcaklık yükselmesine denk düşer Bu kuram türü, molekül büyüklükleri düzeyine erişilmesini sağlar
UYGULAMA ALANLARI
Klasik termodinamiğin üç ayrıcalıklı uygulama alanı vardır: Arı cisimler ya da karışımların termoelastik özelliklerinin incelenmesi; ısınm mekanik ya da elektriksel işe dönüşümünün incelenmesi; kimyasal termodinamik Bu üç ayrıcalıklı alanın dışında termodinamik şu ya da bu biçimde makroskopik fizik alanına girer Ayrıca, piroelektrik, piezoelektik, aşırı iletkenlik, termoelektrik etkiler, bir kondansatörün şarjına ya da bir metalin mıknatıslanmasına bağlı ısıl etkiler de sayılabilir
İstatistiksel termodinamik, sözgelimi, atmosfer yoğunluğunun yükseltiyle değişimini, çeşitli büyüklüklerin ortalama değerleri çevresindeki dalgalanmalarını, termoelektrik yayınımı, kütle ısılarını, paramagnetizmayı inceler En önemli uygulama alanlarından birini ısıl (termik) ışınımın incelenmesi ve kuramı oluşturur
Dolayısıyla termodinamik, fiziğin bağımsız bir dalından çok çerçeve bir bilim olarak ortaya çıkar İstatistiksel bakış açısı gitgide üstünlük kazanmaktadır __________________
__________________
Arkadaşlar, efendiler ve ey millet, iyi biliniz ki, Türkiye Cumhuriyeti şeyhler, dervişler, müritler, meczuplar memleketi olamaz En doğru, en hakiki tarikat, medeniyet tarikatıdır
|