TERMODİNAMİK NEDİR
Termodinamik ısıyı, ısı ile enerjinin diğer türleri arasındaki ilişkiyi ve özellikle ısının mekanik enerjiye dönüştürülmesine ilişkin fizik kanunlarını inceleyen bilimdir. Bu bilim oldukça yenidir. Fakat buna rağmen günümüzde artık mekanik bile termodinamiğin bir kolu sayılmaktadır. Doğada karşılaşılan tüm fiziksel olayların maddesel bir görünümü vardır. Ayrıca bunların mekanik bir modelini de vermek mümkündür. Ancak, ısı incelenirken, özde değil görünürde, mekaniğe yabancı bazı deneysel kavramlarla işe başlamak gerekir. Termodinamik sıcaklık ve ısı miktarı denilen iki temel kavrama dayanır. Bilindiği gibi, sıcaklık termometre, ısı miktarı da kalorimetre adı verilen aletlerle ölçülür. Isının incelenmesine sıcaklık ve soğukluk duygularının algılanması ile başlanır. Daha ilk çağlarda insanlar, ısının cisimler üzerinde ergime, buharlaşma, genleşme şeklinde ortaya çıkan etkilerini gözlemişler ve bunlardan yararlanmanın yollarını araştırmışlardır. Ancak bugün elimizde eski çağlardan kalma ısı ile ilgili hiçbir tanım ve açıklamaları içeren hiçbir yazılı belgenin bulunmaması Termodinamiğin çok yeni bir bilim olduğunu kanıtlamaktadır.
ENERJİNİN TANIMI
Enerji termodinamiğin kurucuları ve bu bilimin gelişmesine katkısı olan bazı bilim adamları tarafından hareket halindeki kuvvet ve iş veren bir maddesel sistemin sahip bulunduğu yetenek olarak tanımlanmaktadır.
Isı dışında, enerji doğrudan doğruya ölçülebilen bir nicelik değildir ve ayrı ayrı ölçülebilen en az iki büyüklüğün çarpımı ile ifade edilir. Örneğin mekanik iş kuvvetle bir uzunluk ve zinde kuvvet kütle ile hızın karesi çarpılarak bulunur. Elektrik enerjisinin hesabı daha karmaşıktır. Çünkü akım şiddetinin, potansiyel farkının ve direncin ölçümünü ve bilinmesini gerektirir.
20. .yüzyılın başında, klasik yer ve zaman kavramlarının ötesinde Rölativite Teorilerini ortaya atan büyük bilgin Albert Einstein Kitlesel maddenin enerjiye ve enerjinin de kütlesel maddeye dönüşebileceğini açıklamış ve bilime “kütlesel madde ile enerjinin eşdeğerliği ilkesini” sokmuştur. O dönemde bu ilkeyi doğrulayacak deneysel kanıtlar bulmak çok güçtü günümüzde. elemanter partiküllerin kinetik enerjiden ürediklerini ve kinetik enerjiden üreyen bu partiküllerin de ışınlara dönüştüklerini deneysel olarak gözlemek olanağı bulunmaktadır. Bu bakımdan kütlesel maddenin enerjiye dönüşmesi ve bunun tam tersi artık olağan karşılanan olgular olmuştur. Günümüzde kütlesel maddeye yoğunlaşmış enerji olarak bakılmaktadır kütlesel madde ile enerjinin eşdeğerliği ilkesi Albert Einstein tarafından E = m .c2 denklemi ile ifade edilmiştir. Bu denklemde yer alan (c) ışığın boşluktaki hızını, (m) maddesel kütleyi ve (E) de maddesel kütlenin enerji eşdeğerini göstermektedir. Son ölçümlerle ışığın boşluktaki hızı (2,9978.10 m/sn) olarak saptanmıştır. Görüldüğü gibi, maddesel kütle ile enerji arasındaki eşdeğerlik katsayısı çok büyüktür. Bu nedenle Kitlesel maddenin, gerçekte; tükenmeyen bir enerji kaynağı olduğu söylenebilir. Enerji, bu açıklamalardan da anlaşılacağı gibi, tüm elemanter partikülleri oluşturan kütlesel maddedir ve aynı zamanda hareketi meydana getiren, değişmeyi yaratan bir kuvvete de sahiptir. Enerjinin toplamniceliği değişmez. Evrendeki tüm değişmelerin nedeni olan enerji harekete, ısıya, ışığa ve gerilime dönüşerek varlığını belli eder ve sürdürür.
ISI VE SICAKLIK NEDİR
Termodinamiğin dayandığı ısı ve sıcaklık kavramlarını bir birinden ayırmak inanılmayacak kadar uzun bir süre almıştır. Isı ve sıcaklık kavramları arasında nesnel bir ayrım yapıldıktan sonra ancak termodinamikte, gerçek anlamda ilerleme sağlanabilmiştir.
Isı ve sıcaklık kavramları kimseye yabancı değildir. Ama bunları inceleyerek aralarındaki ayırımı ortaya koymak gerekir. Bir cismin sıcak, diğer bir cismin de soğuk olduğunu dokunma duyumuzla algılarız. Bu algılama nitel bir değerlendirmedir ve termodinamikte geçerli olan nicel bir tanımlama ve değerlendirme için yeterli değildir. Biri soğuk, biri İlik ve biri de sıcak su ile dolu olan üç ayrı kap alalım. Bir elimizi soğuk su dolu kaba, diğer elimizi de sıcak su dolu kaba sokalım. Birinci kaptaki suyun soğuk ve ikinci kaptaki suyun sıcak olduğunu algılarız. Daha sonra her iki elimizi birden ılık su dolu kaba sokacak olursak algıladığımız duyguların farklı ve çelişik olduklarını gözleriz. Farklı ve çelişik duyguların getirdiği sorunlar ancak termometre adı verilen bir ölçüm aleti kullanılarak çözümlenebilir. Isı adı verilen enerji türünü tanımlayabilmek için bazı niteliklerini saptamak gerekir.
Maddesel özellikleri, kütle ve sıcaklıkları farklı olan cisimleri çevreden tamamen yalıtılmış bir yere hep birlikte koyalım sonra bunların sıcaklıklarının aynı değeri aldığını gözleriz. Bilindiği gibi, bir hastanın sıcaklığı cıvalı termometre ile ölçülür. Termometre sıcaklığı ölçülecek hastanın uygun bir yerine yerleştirilir. Burada dikkat edilmesi gereken nokta, arada başka bir madde olmaksızın termometre ile hastanın birbirine temas etmesini sağlamaktır. Termometre hasta ile temas edince sıcaklığı yükselir ve bir süre sonra sıcaklığın yükselmesi durur. Bunun nedeni hastanın sıcaklığı ile termometrenin sıcaklığının aynı olmasıdır. Bu somut örnekler ısının bir cisimden diğer bir cisme geçebildiğini ve bir cisimden diğer bir cisme geçen sıcaklığın da o cismin sıcaklığını yükselttiğini kanıtlamaktadır. Suyun bulunduğu düzeyden daha alçakta başka bir düzeye akması gibi ısının da sıcaklığı yüksek olan bir cisimden sıcaklığı daha düşük olan başka bir cisme geçtiği düşünülebilir. Gerçekte bu ilke bir benzetme olmakla beraber olguların bir çoğuna uymaktadır. Yapılan bu kısa açıklama ısı kavramı ile diğer fiziksel kavramlar arasında bir benzerlik olduğunu da vurgulamaktadır. Isı adı verilen enerji türü elle tutulan, gözle görülen bir nesne değildir ve bir süre sonra çevreye yayılır yani bir cisimden diğer bir cisme geçer. Isı, termodinamiğin kurucuları tarafından bulunduğu yerin sıcaklığını yükselten ve bir cisimden diğer bir cisme kendiliğinden geçebilen enerji olarak tanımlanmaktadır.
Sıcaklık kavramı, bilindiği gibi, çevrede bulunan cisimlere dokunularak algılanan duygularla oluşur. Bir cisimden bahsedilirken, bunun diğer bir cisimden daha sıcak veya daha soğuk olduğu söylenebilir. Isı ve sıcaklık gerçekte, birbirine bağlı olan kavramlardır. Çünkü ısı bir enerji, sıcaklık ise onun potansiyel seviyesidir. Sıcaklık aynı zamanda bir cismin iç hareketliliğinin belirlenmesini ve ölçülerek değerlendirilmesini de sağlar. Alınan ısı ile orantılı olarak sıcaklığın artması giderek yapının bozulmasına yol açar. Yapının bozulmasına termodinamikte, durum değişikliği denir. Örneğin bir karı ergir, bir sıvı buharlaşır. Eğer bir katının ergimesinde ve bir sıvının buharlaşmasında basınç sabit kalırsa durum değişikliği de sabit sıcaklıkta meydana gelir.
Etiketler : termodinamik