9 Kasım 2013 Cumartesi

Termodinamiğin I. Kanunu
Fiziksel ve kimyasal değişimler sırasında maddelerin iç enerjilerinde değişimler gerçekleşir. Tüm bu değişimler sırasında sistem ve ortamın enerjileri değişse de evrendeki toplam enerjide bir değişim olmaz. Bu durum Enerjinin Korunumu Kanunu olarak ifade edilir ve Termodinamiğin Birinci Kanunu olarak adlandırılır.

Sembol İşaret Anlamı
w
- Sistem tarafından ortama yapılan iş
+ Ortam tarafından sisteme yaptığı iş
Q
- Sistemin ortama verdiği ısı
+ Sistemin ortamdan aldığı ısı
 
Termodinamiğin Kullanıldığı Alanlar
  •  Isıtma ve soğutma sistemleri 
  •  Klimalar 
  •  Buzdolapları 
  •  Kompresörler 
  •  Motorlu taşıtlar 
  •  Uçak motorları 
  •  Jeneratörler 
  •  Hidro elektrik santralleri 
  •  Termik santraller 
  •  Nükleer enerji santralleri  ve benzeri binlerce farklı alanda termo-dinamiğin uygulamaları kullanılmaktadır.
 
Sabit Hacimli Sistemlerde Isı ve İş 
Sabit hacimli bir kapta bulunan gaz ısıtılırsa, 
 

  • Sıcaklığın artmasıyla gazın iç enerjisi artar. 
  • Hacim sabit olduğundan basınca karşı iş yapılamaz. w= 0 olur. 
  • Verilen ısı sadece iç enerjinin artışında kullanılmıştır.
Sabit Basınçlı Sistemlerde Isı ve İş 
Sabit basınçlı bir kapta bulunan ideal gaz ısıtılırsa,   




  • İç basınçla dış basınç eşitlenene kadar gaz genleşir. 
  • Piston yukarı doğru hareket eder, hacim artar.
  • Dış basınca karşı iş yapılmıştır. 
  • Alınan ısı ile sistemin iç enerjisi artmıştır. Artan iç enerji iki değişikliğe birden neden olmuştur: 1. Sıcaklık yükselmiş 2. gaz genleşmiştir.

ISI ve SICAKLIK

Her şeyden önce ısı ve sıcaklığın tanımlarını yaparak başlayalım.

Bu sayede aralarındaki bariz farkı daha rahat görebilir,yorum yapabilir ve bundan bir sonuç çıkarabiliriz.

Sıcaklık,bir maddeyi oluşturan  taneciklerden birinin ortalama hareket(kinetik) enerjisini ifade eden bir değerdir.

Isı ise  sıcaklıkları farklı iki madde arasında alınıp verilen enerjinin adıdır.Yani buradan çıkaracağımız sonuç;eğer iki maddenin sıcaklıkları eşit ise aralarında ısı alışverişi olmaz.Eğer iki madde farklı sıcaklık değerlerinde ise o zaman sıcaklığı yüksek olan maddeden,sıcaklığı düşük olan maddeye ısı enerjisi aktarılır.

Sıcaklık bir enerji değildir ama ısı enerjidir.Bizi sorularda yanıltan,aralarındaki en bariz fark budur.

Sıcaklık termometre ile ölçülür;ısı kalorimetre kabı ile...

Sıcaklığın birimi birden fazladır. Günlük yaşamda en çok kullandığımız birim Celcius'tur.(°C) ile gösterilir.Bunun yanında Fahrenheit,Kelvin,Réaumur gibi birimleri de vardır.Isının ise 2 birimi vardır.Biri kalori'(ca
l)dir.Diğeri ise Joule(J)...Kalori ve Joule kendi içinde dönüşebilir:1 kalori=4,18 Joule...

Şimdi günlük yaşantıda duyduğumuz ve kullanımını doğru sandığımız hatta bazen bizim de yaptığımız hataları görelim...

Çoğu zaman hava durumlarını dinlerken duyarız;'Hava ısı 30 (°C)'tur' diye.Bu kullanımı yanlış bir cümledir.Doğrusu 'Hava sıcaklığı 30 (°C)'tur' olmalıdır.

Örneğin 'Vücut sıcaklığı düştü.' cümlesi yanlıştır.Doğrusu 'Vücut ısısı düştü.' olmalıdır.

Şimdi de fotoğraflar ile öğrendiklerimizin üstünden geçelim;




Dediğimiz gibi sıcaklığın birden fazla birimi vardı.
Bu da birden fazla termometre çeşidine
yansıdı.Celcius,Reomür,Kelvin,vb...




Bu karede de kalorimetre kabının çalışma prensibini görüyoruz.





Bildiğimiz üzere enerji, kısaca iş yapabilme yeteneğidir. Uzunluklar gibi skaler büyüklüktür. 8 ana enerji çeşidi vardır. Bunun haricinde hiçbir enerji kaybolmaz, ama başka bir enerji çeşidine dönüştürülebilir. 

ENERJİ ÇEŞİTLERİ
1.Potansiyel Enerji
2.Kinetik Enerji
3.Işık Enerjisi
4.Isı Enerjisi 
5.Ses Enerjisi
6.Elektrik Enerjisi
7.Kimyasal Enerji
8-Nükleer Enerji
 
Şimdi bu enerjileri yakından tanıyalım...

1.Potansiyel Enerji
 Bir cismin konumu ve durumu yüzünden sahip olduğu enerjidir. Örneğin; gerilmiş bir yayda havada duran bir cisimde ve iple tavandan asılı bir modelde potansiyel enerji vardır. Kısaca yüksekliği olan ya da gerilmiş/sıkıştırılmış tüm cisimlerde potansiyel enerji mevcuttur.

2.Kinetik Enerji
 Kinetik enerji bir hareket enerjisidir. Dolayısıyla kinetik enerjiye sahip olmak için bir cismin hareket ediyor olması lâzımdır. Yani kinetik enerji hızı olan cisimlerin sahip olduğu enerji çeşididir. Bunlara örnek olarak koşan çocuk dönen tekerlek ya da yüksekten düşen bir top gösterilebilir.

3.Işık Enerjisi
 Bu enerji türü karanlık bir odayı aydınlatabilecek bir enerji türüdür. Zaten adı üstünde. Yanan odun ampul Güneş lamba vb. şeyler bir şekilde sahip oldukları enerjinin bir kısmını ışık enerjisine çevirir.

4.Isı Enerjisi
 Cisimlerin sıcaklıkları yüzünden sahip oldukları enerjidir. Sıcaklıkları yüksek yada düşük bütün maddelerin ısı enerjisi vardır. Sahip oldukları sıcaklık, ısı enerjisi olarak adlandırılır. Örnek verecek olursak bunlar; ampul, elektrik sobası, jeotermal enerji ısıtıcılardır.

5.Ses Enerjisi
 Titreşim ile meydana gelen enerji türüdür. Ses dalgalarının titremesi ile açığa çıkar.Nitekim ses enerjisi, titreşim veya maddenin salınımı ile ilgili enerji biçimidir. Sesin enerjisi olduğunu nerden anlayabiliriz? Şu örnekle açıklanabilir; camın kırılması. Yüksek şiddetteki çığlıkların kırdığı camları anımsayın. Bunlar sesin enerjisi yüzündendir. Zilin kinetik enerjisi; ses ve biraz da ısı enerjisine dönüşebilir. Yani kol zile vurdukça sesin çıkması enerji dönüşümüdür.

6.Elektrik Enerjisi
 Cisimlerin elektrik yükleri sebebiyle sahip oldukları enerjidir. Bu enerji; devrede üretilen elektrik akımı ve elektrik potansiyeli kombinasyonu tarafından elde edilir. Bu noktadaki elektriksel potansiyel enerji, başka bir enerji türüne dönüştürülür. Böylece tüm elektriksel enerji, kullanılmadan önceki potansiyel enerjidir. Potansiyel enerjiden elde edilen elektrik enerjisi, daima başka bir enerji türü olarak açıklanabilir.

7.Kimyasal Enerji
  Maddelerin kimyasal reaksiyonlarda bulunması sonucu ortaya çıkar. Yanma yakma ve benzeri olaylar bir enerji sonucu olur ve onlar da bir enerji açığa cıkartır.

8.Nükleer Enerji
 Nükleer enerji, atomun çekirdeğinden elde edilen bir enerji türüdür. Fisyon veya füzyon sonucu meydana gelir. Fisyon, atom çekirdeğinin zorlanmış olarak parçalanması; Füzyon, atomik parçacıkların birleşme reaksiyonu olarak açıklanır. Nükleer santrallerden bu şekilde elektrik elde eder.  

ENERJİ DÖNÜŞÜMÜ
 Daha önce de bahsedildiği gibi hiçbir enerji kaybolmaz. Sadece dönüşüm sonucu başka bir enerji türü olur. Yani evrendeki enerji toplamı değişmez. Buna enerjinin korunumu denir. Örneğin; hidroelektrik santrali. Nehirlerden gelen suyun kinetik enerjisi barajda potansiyel enerjiye dönüşür. Bu potansiyel enerji kapaklardan akarak doğrusal hareketle bir kinetik enerjiye dönüşür. Buradan da türbin görevi devralır. O doğrusal hareketi dairesel harekete çevirir; ama hâla kinetik enerjidir. Jeneratör türbinden aldığı bu enerjiyi elektrik enerjisine çevirir ve trafolara gönderir. Bundan sonra uzun bir yolculuk sonrası evlerimize gelen elektrik fırınlarda ısı enerjisine saç kurutma makinelerinde ısı enerjisine ve kinetik enerjiye ampulde ise ışık enerjisine dönüşür. Böylece kademe kademe açıklayacak olursak; 5 kademe atlatmış olan kinetik enerji sonunda bizim yararımıza çalışmış olur.