Termodinamik, enerji transferlerini inceleyen bir fizik alanıdır. Isı, enerji ve iş arasındaki ilişkileri anlamaya, değişen ısı miktarlarını ve fiziksel bir süreçte gerçekleştirilen işi analiz etmeye çalışır.
Termodinamik bilimi ilk olarak Sanayi Devrimi döneminde makineleri iyileştirmenin ve verimliliklerini artırmanın bir yolunu arayan araştırmacılar tarafından geliştirildi.
Bu bilgi şu anda günlük hayatımızın çeşitli durumlarında uygulanmaktadır. Örneğin: termal makineler ve buzdolapları, araba motorları ve mineralleri ve petrol ürünlerini dönüştürme işlemleri.
Termodinamik Kanunları
Termodinamiğin temel yasaları, ısının nasıl işe dönüştüğünü ve bunun tersini de yönetir.
Termodinamiğin Birinci Yasası
bu Termodinamiğin Birinci Yasası ile ilgilidir enerji tasarrufu ilkesi. Bu, bir sistemdeki enerjinin yok edilemeyeceği veya yaratılamayacağı, yalnızca dönüştürüleceği anlamına gelir.
Termodinamiğin birinci yasasını temsil eden formül aşağıdaki gibidir:
Isı miktarı, iş ve iç enerjinin değişimi standart ölçü birimi olarak Joule'ye (J) sahiptir.
Enerji tasarrufunun pratik bir örneği, bir kişinin şişirilebilir bir nesneyi şişirmek için bir pompa kullanması, nesneye hava pompalamak için güç kullanmasıdır. Bu, kinetik enerjinin pistonu aşağı indirdiği anlamına gelir. Ancak bu enerjinin bir kısmı çevreye kaybolan ısıya dönüşür.
bu Hess Yasası enerji korunumu ilkesinin özel bir durumudur. Daha fazlasını bilin!
Termodinamiğin İkinci Yasası
at ısı transferleri her zaman en sıcak bedenden en soğuk bedene doğru olur, kendiliğinden olur ama tersi olmaz. Yani termal enerji transfer süreçleri geri döndürülemez.
Bu şekilde, tarafından Termodinamiğin İkinci Yasası, ısının tamamen başka bir enerji formuna dönüştürülmesi mümkün değildir. Bu nedenle ısı, bozulmuş bir enerji şekli olarak kabul edilir.
Termodinamiğin İkinci Yasası ile ilgili fiziksel nicelik, entropi, bir sistemin düzensizlik derecesine karşılık gelir.
Siz de okuyun:
- Karnot Döngüsü
- Termal Genleşme
Termodinamiğin Sıfır Yasası
bu Termodinamiğin Sıfır Yasası alma koşullarıyla ilgilenir. termal denge. Bu koşullar arasında ısıl iletkenliği artıran veya azaltan malzemelerin etkisinden bahsedebiliriz.
Bu yasaya göre,
- eğer bir A cismi B cismi ile temas halinde termal dengedeyse ve
- eğer bu A cismi bir C cismi ile temas halinde termal dengede ise, o zaman
- B, C ile temas halinde termal dengededir.
Sıcaklıkları farklı olan iki cisim bir araya getirildiğinde, daha sıcak olan, daha soğuk olana ısı aktarır. Bu, sıcaklıkların eşitlenmesine neden olur termal denge.
Sıfır yasası denir çünkü onun anlayışı zaten var olan ilk iki yasa, termodinamiğin birinci ve ikinci yasaları için gerekliydi.
Termodinamiğin Üçüncü Yasası
bu Termodinamiğin Üçüncü Yasası entropiyi belirleyen mutlak bir referans noktası oluşturma girişimi olarak görünür. Entropi aslında Termodinamiğin İkinci Yasasının temelidir.
Bunu öneren fizikçi Walther Nernst, sıcaklığı sıfır olan bir saf maddenin yaklaşık sıfır değerinde entropiye sahip olmasının mümkün olmadığı sonucuna vardı.
Bu nedenle birçok fizikçi tarafından bir yasa değil kural olarak kabul edilen tartışmalı bir yasadır.
termodinamik sistemler
Bir termodinamik sistemde birbiriyle ilişkili bir veya birkaç cisim olabilir. Onu çevreleyen ortam ve Evren, sistemin dışındaki ortamı temsil eder. Sistem şu şekilde tanımlanabilir: açık, kapalı veya izole.
termodinamik sistemler
Sistem açıldığında, sistem ile dış ortam arasında kütle ve enerji transferi olur. Kapalı sistemde sadece enerji transferi (ısı) vardır ve izole edildiğinde alışveriş yoktur.
gazların davranışı
Gazların mikroskobik davranışı, diğer fiziksel durumlardan (sıvı ve katı) daha kolay tanımlanır ve yorumlanır. Bu nedenle bu çalışmalarda en çok gazlar kullanılmaktadır.
Termodinamik çalışmalarda ideal veya mükemmel gazlar kullanılır. Parçacıkların düzensiz hareket ettiği ve yalnızca çarpışmalarda etkileştiği bir modeldir. Ayrıca, tanecikler arasında ve bunlar ile kabın duvarları arasındaki bu çarpışmaların esnek olduğu ve çok kısa sürdüğü düşünülmektedir.
Kapalı bir sistemde ideal gaz, aşağıdaki fiziksel nicelikleri içeren bir davranışı önceden varsayar: basınç, hacim ve sıcaklık. Bu değişkenler bir gazın termodinamik durumunu tanımlar.
Gaz yasalarına göre gazların davranışı
Basınç (p), kabın içindeki gaz parçacıklarının hareketi ile üretilir. Gazın kap içinde kapladığı alan hacim (v)'dir. Ve sıcaklık (t), hareketli gaz parçacıklarının ortalama kinetik enerjisi ile ilgilidir.
sen de oku Gaz Yasası ve Gazların Çalışması.
içsel enerji
Bir sistemin iç enerjisi, bir gazın geçirdiği dönüşümlerin nasıl gerçekleştiğini ölçmeye yardımcı olan fiziksel bir miktardır. Bu büyüklük, parçacıkların sıcaklık ve kinetik enerjisindeki değişimle ilgilidir.
Sadece bir tür atomdan oluşan ideal bir gazın iç enerjisi, gazın sıcaklığıyla doğru orantılıdır. Bu, aşağıdaki formülle temsil edilir:
Termodinamik Üzerine Çözülmüş Alıştırmalar
soru 1
Hareketli pistonlu bir silindir, 4.0.10 basınçta bir gaz içerir.4N/m2. Sisteme sabit basınçta 6 kJ ısı verildiğinde gaz hacmi 1.0.10 genişler.-1m3. Bu durumda yapılan işi ve iç enerjideki değişimi belirleyiniz.
Doğru cevap: Yapılan iş 4000 J ve iç enerji değişimi 2000 J dir.
Veri:
P = 4,0.104 N/m2
S = 6KJ veya 6000J
ΔV = 1,0.10-1 m3
T =? ΔU = ?
1. Adım: Problem verileriyle çalışmayı hesaplayın.
T = P. ΔV
T = 4.0.104. 1,0.10-1
T = 4000 J
2. Adım: Yeni verilerle iç enerjinin değişimini hesaplayın.
Q = T + ΔU
ΔU = Q - T
ΔU = 6000 - 4000
ΔU = 2000J
Bu nedenle yapılan iş 4000 J ve iç enerji değişimi 2000 J dir.
soru 2
(ENEM 2011'den uyarlanmıştır) Bir motor ancak başka bir sistemden bir miktar enerji aldığında iş yapabilir. Bu durumda, yakıtta depolanan enerji, cihazın çalışabilmesi için kısmen yanma sırasında açığa çıkar. Motor çalıştığında, yanmada dönüştürülen veya dönüştürülen enerjinin bir kısmı iş yapmak için kullanılamaz. Bu, başka bir biçimde enerji kaçağı olduğu anlamına gelir.
Metne göre, motorun çalışması sırasında meydana gelen enerji dönüşümleri şunlardan kaynaklanmaktadır:
a) motor içinde ısı çıkışı mümkün değildir.
b) motor tarafından yapılan iş kontrol edilemez.
c) Isının işe tam dönüşümü imkansızdır.
d) termal enerjinin kinetiğe dönüşümü imkansızdır.
e) Yakıtın potansiyel enerji kullanımı kontrol edilemez.
Doğru alternatif: c) ısının işe tam dönüşümü imkansızdır.
Daha önce görüldüğü gibi, ısı tamamen işe dönüştürülemez. Motor çalışması sırasında, termal enerjinin bir kısmı kaybolur ve dış ortama aktarılır.
Ayrıca bakınız: Termodinamik üzerine alıştırmalar
