Videonun mp4 versiyonunu indirmek için tıklayınız...
Takip eden içerik özel bir lisans altında sağlanmaktadır.Sizin desteğiniz MIT’nin yüksek kalitede eğitim malzemesi sağlamaya devam etmesini sağlayacaktır. Bir bağışta bulunmak veya MIT’nin yüzlerce açık kurs materyalini görmek için http://ocw.mit.edu sitesini ziyaret ediniz
8.DERS
00.21 geçen dersimizde termodinamik çevrimlerle ilgili tartışmamızı hemen hemen bitirmiş daha sonra kalorimetre konusuna geçerek termodinamik değerlerin nasıl ölçüldüğüne bakmıştık ..tabi kalorimetre sadece oluşma ısılarını ölçmekte kullanılmaz bunun yanında ısı kapasiteleri gibi standart termodinamik değerlerin ölçülmesinde de kullanılır ..biliyorsunuz ısı kapasiteleri belli bir sistemi sıcaklığını bir derece yükseltmek için verilmesi gereken ısı miktarıydı… burada incelenecek olan sistem kalorimetre içine konuluyordu kalorimetre içinde bir ısı kaynağı vardı ve bu ısı kaynağıda bir akım kaynağına bağlı idi ..dolayısıyla verilen akım ölçülebildiğine göre kalometreye verilen ısı da kolaylıkla belirlenebiliyordu ..malzemenin sıcaklığını da ayrı bir yerde belirliyordunuz hatırlarsanız ..kısaca bu ısı kapasitesi gibi termodinamik değerlerin ölçümünde son derece kullanışlı bir yol ..örneğin faz geçişleri normal termodinamik reaksiyonlar için son derece uygun ..bu tip termodinamik hesapları yapmak için sabit basınç ve sabit hacım kalorimetreleri rutin olarak kullanılmaktadır.. ..sonra da bu tip hesaplamaları kullanmak suretiyle reaksiyonun enerji değişimini nasıl belirleyeceğimizi görmüştük ..örneğin reaksiyon entalpisi gibi …bu termokimya konusunu bitirmeden evvel en son olarak son derece kısa bir şekilde reaksiyon ısılarını nasıl formule edebileceğimiz üzerinde durmak istiyorum ..tabi bu bağ enerjileri cinsinden yapılacak…..muhtemelen bu bağ enerjilerini kullanmak suretiyle uzun hesaplamalar yapmayacaksınız ..maddelerin oluşma ısılarına tablolardan rahatlıkla bakılabilir .. oluşma ısıları son derece hassas bir şekilde tespit edilmiştir ..dolayısıyla önce ürünlerin daha sonrada tepkenlerin oluşma entalpilerini bulup bunları birbirinde çıkarmak suretiyle reaksiyon ısısı kolaylıkla belirlenebilir ..bu bilgiler çok sayıda malzeme için mevcut olduğundan bu reaksiyon enerji değişimini bulmak için hem en basit hemde en hassas yaklaşımlardan biridir ..şimdi de molekülleri göz önüne alalım..moleküllerde kimyasal bağlar bulunur ..örneğin elimizde metan veya etan olabilir ve sizde bunları yakarak yakıt olarak kullanmak isteyebilirsiniz …yani bunların sahip olduğu enerjiden faydalanmaya çalışabilirsiniz ..bu durumda bunların depoladığı enerji miktarını bulmak önem kazanır ..bu hesabı yaparken önce tepkenleri alır bunları bağlarını kırmak suretiyle oda sıcaklığı basıncındaki elementlerine ayırırız..ve daha sonra bunlar arasında yeni bağlar oluşturmak suretiyle ürünleri oluştururuz ..bu durumda ne tip bir enerji değişimi söz konusudur ? . biyolojik sistemlerde bu son derece önemlidir.. biyokimyasal enerji değişimi açısında bakılınca neyin yakıt olarak kullanıldığı ve hangi ürünlerin ortaya çıktığını bilmek bayağı önemlidir ..burada bağlar açısından yarı niceliksel düşünme son derece önem kazanır .. her şeyi tutupta tablolardan bulmak kolay olmayabilir ..tabi çok detaylı bir hesaplama yapacaksanız elinizde tabloların bulunması büyük kolaylık sağlar ..ancak ister mekanik ister biyolojik olsun bir sistemin nasıl çalıştığını bulmak istiyorsanız bu sistemi bağ enerjileri cinsinden düşünmek son derece büyük kolaylık sağlar ..
3.19 şimdi kısaca bağ enerjilerine bakalım..bu konuyu 511 ve 512 derslerinde görmüştünüz ..o yüzden işin detayına girmeyeceğim ve bazı kavramaları vermekle yetineceğiz..zaten tüm bunlar beyninizde daha taze durumda..
3.38 buradaki temel amacımız tek bir bağın oluşturulması veya kırılması durumunda ne kadar enerji gerektiğini belirlemek ..buna bir örnek olarak metanı alalım..son derece basit bir madde bildiğiniz gibi dört tane C-H bağı içermekte ..peki bu bağların kırılması sonunda ne olur ? tabi metan gazıyla başlıyoruz ve gaz fazında bir atom karbon dört atomda hidrojen elde ediyoruz ..buradaki enerji değişimi bizim bildiğimiz oluşma enerjisi değildir ..oluşma ısısı tanımına göre elementlerin standart hallerinde olması gerekir..buradaki en büyük fark ise bu elementlerin standart hallerinde olmadığıdır ..örneğin karbonun oda sıcaklığı ve atmosfer basıncı altındaki standart hali grafittir ..ve bu bir katıdır ve görüldüğü gibi gaz fazındaki karbon atomları değildir …hidrojenin standart hali de H2 şeklindeki hidrojen molekülleridir ve atom halinde değildir ..
4.43 dolayısıyla bu bağ enerjilerini bilmemiz gerekir ..şimdi bunu belirlememize yardım edecek bir çevrim oluşturalım ..dolayısıyla bu bizim I. Basamağımız olsun.. bu bizim nihai hale gelmek için kullanacağımız yollardan biri..bu reaksiyon için olan oluşma entalpisi bir tane C-H bağının oluşma enerjisinin dört katıdır ..
5.17 şimdi bunları oda sıcaklığında ve atmosfer basıncındaki standart hallerindeki elementlerine ayıralım..buna göre burada 1 mol grafit halinde karbon atomu ve 2 mol hidrojen molekülü olmalıdır ..bu bizim II.basamağımız ..ve bu da bizim III. Basamağımız ..
5.52 artık burada bir sorunumuz yok çünkü elimizde standart haldeki elementler var ve bunları kullanırsak oluşma entalpilerini kullanmamızda bir sakınca yok ..işte işin anahtarı bu ..birinci basamağın DHI değeri C-H bağ enerjisinin dört katı olarak alınmıştı ..ikinci basamak için olan enerji metanın oluşma enerjisidir ki buna kolaylıkla bakabiliriz ..üçüncü basamak ise benzer olarak gaz fazındaki karbon atomuyla gaz fazındaki dört tane hidrojen atomunun oluşma reaksiyonu .. bunların ayrışma ısılarına atomlaşma ısısı denir ..ancak burada da bir sorun yok çünkü bunlarda aynen oluşma ısıları gibi tablolar halinde verilmiştir..eğer elinizde detaylı bir el kitabı varsa gaz halindeki karbon ile gaz halindeki hidrojenin oluşma entalpilerini kolaylıkla bulabiliriz ..dolayısıyla tüm veriler kolaylıkla bulunabilir ..yani bu veriler her yerde mevcuttur ..burada bu karbonun atomlaşma entalpisi + hidrojen molekülünün atomlaşma enerjisinin 2 katı olarak alınabilir ..bunlarda listelerde mevcut olup bunlar tabi ki molar değerlerdir ..tabi burada bir çevrim yapmış oluyoruz …biz biliyoruz ki buradan buraya gitmek bu iki basamaktan buraya gitmek aynı şey ..yani DHI değeri DHII ve DHIII değerlerinin toplamıdır 7.50
8.01buna göre bu karbon hidrojen bağ enerjisinin dört katı .. bu ise metanın oluşma entalpisinin eksi değeri ve bu da hidrojen molekülünün atomlaşma enerjisinin iki katı .. bunlarla ilgili sayısal değerlere bakarsak karbon hidrojen bağı oluşma enerjisinin 416 kj olduğu görülür ..bu tip değerleri hafızanızda tutmak faydalı olabilir ..artık temel kimyasal reaksiyonların enerji değişimleri hakkında belli fikriniz oldu sanırım..örneğin hidrojen bağlarının kuvveti yaklaşık 20 kj /mol civarıdır ..bu tip bazı basit değerleri bilmek sizin kimyasal veya biyolojik olaylarda ne olacağını tahmin etmemize olanak sağlar ..
9.27 .bu inceleyebileceğimiz en basit hallerden birisi çünkü burada sadece dört tane benzer bağın kırılması söz konusu ..buradan başlamak suretiyle farklı bağların enerjilerini de bulmamız mümkün ..burada tipik bir C-H bağının enerjisini bulmuş bulunuyoruz …bu işi etan içinde yapabiliriz ..etanın bilindiği gibi bir tane C-C bağı ve çok sayıda C-H bağı vardır ..burada C-H bağ enerjisini bildiğimize göre bu değeri ve ilgili oluşma enerjilerini kullanmak suretiyle C-H bağ enerjisini bulmak mümkündür ..bu işi devam ettirmek suretiyle çok geniş bir bağ enerjileri tablosu oluşturabiliriz ..
10.16 burada ilk örnek olarak etanı verelim..etanın molekül yapısı bu şekildedir ..burada hangi bağları kıracağımızı dikkatli bir şekilde saymamız lazım .. etan molekülü iki tane gaz halindeki karbon atomuyla altı tane gaz halindeki hidrojen atomuna dönüşmekte ..
10.53 buna I reaksiyonu diyelim ..dolayısıyla DHI değeri C-H bağ enerjisinin altı katı +C-C bağ enerjisi şeklinde verilir ..bizim tespit etmeye çalıştığımız değerde C-C bağ enerjisi..burada da benzer bir çevrim oluşturabiliriz …buna göre burada 2 mol grafit halinde katı karbon ve 3 molde gaz fazında hidrojen molekülü meydana gelmektedir ..aynen önceki durumda olduğu gibi DHI değeri etanın oluşma entalpisinin - işaretlisi , carbonun atomlaşma enerjisinin iki katı ve hidrojen molekülünün üç katının toplamına eşittir …bu iki değere tablolardan bakabiliriz ..bu değere de bakabiliriz..dolayısıyla C-H bağ enerjisini kolaylıkla belirleyebiliriz ..ve bütün bu değerleri belirleyip yerlerine koyduktan sonra C-C bağ enerjisini 342 kj olarak buluruz ..
12.39-12.43 bu işleme devam etmek ve çok daha büyük molekülleri incelemek suretiyle çok daha fazla veri elde edebiliriz ..ve bunlarda normal moleküler enerji değişim hesaplarında büyük kolaylık sağlar ..bağ enerjileriyle ilgili herhangi bir soru varmı ?
13.01 tabi bağ enerjilerini biliyorsak oluşma ısıları hakkında tahmin yürütebiliriz ..örneğin elimizde yeni bir madde olsun ve biz de onun oluşma ısısını bilmiyor olalım ..ancak maddenin yapısıyla hangi bağları içerdiğini biliyor olalım ..dolayısıyla bu bağ enerjilerini biliyorsak onun oluşma ısısı hakkında kaba bir tahminde bulunmamız mümkündür ..burada size bir örnek vereceğim fakat sayısal değerler üzerinde pek fazla durmayacağım.. diyelimki n pentan yapmak istiyorum ..formülü C5H12
13.37-13.43 burada C-C ve C-H bağlarını doğru saymak önemli ..biz halihazırda hem C-C hem de C-H bağ enerjisini biliyoruz …dolayıyla böyle bir maddenin oluşma entalpisini rahatlıkla tahmin edebiliriz..kabaca da olsa .. tabi burada ilgili çevrimi göstermemiz gerek .işe gaz fazındaki atomlarla başlıyoruz ve buradan n-pentan oluşturuyoruz ..burada tabiî ki bağ enerjileri söz konusu ve biz bunları temel olarak biliyoruz ..ve bunları standart sıcaklık ve basınç altında kararlı haldeki elementlere döndürmek sureti ile çevrimimizi tamamlıyoruz ..ve bu reaksiyonu I bu reaksiyonu II ve bu reaksiyonu da III reaksiyonu olarak işaretliyoruz ..bu bizim -DH atomlaşma değerimiz , bu da bizim n pentan oluşma entalpimiz buradaki size şu ana kadar bulduğumuz bağ enerjilerini nasıl kullanacağımızı göstermeye çalışıyorum ..bulduğumuz atomlaşma enerjilerini kullanmak suretiyle oluşma entalpisini belirliyoruz ..
15.26 bunu yaparsak sonuç olarak -152.6 kj gibi bir değer elde ederiz ..
15.39 bu değeri hesapladıktan sonra tabloya bakarak gerçek değerle karşılaştıralım ..bu değer -146.4 kj …dolayısıyla arada yüzde birkaçlık fark var..peki bu fark nerden kaynaklanmaktadır ? …evet kesinlikle ..metan için bulduğumuz C-H bağ enerjisini herC-H bağına uygulayamayız …etan için bulduğumuz C-C bağ enerjisini de her C-C bağı için kullanamayız ..pek fazla olmasa bile bunlar arasında belli bir fark vardır ..dolayısıyla bunları kullanırsak bu net bir hesaplama olmaz ..ancak bu niteliksel veya yarı niteliksel açıdan bizim için yeterlidir..başka bir örnek olarakta neo pentanı alalım ..
16.45 -16.54 bu n-pentanla aynı kapalı formüle sahip olup aynı sayıda C-C ve C-H bağı içerir ..dolayısıyla yukarda yaptığımız hesaplamalara göre aynı sonucu elde etmemiz gerekiyor ..çünkü toplam bağ sayısı aynı ..ancak neo pentan için olan oluşma entalpisi yaklaşık 161 kj civarıdır.. görüldüğü gibi bu değer büyük bir farklılık göstermektedir .. bu değerler bize normal şartlar altında ne olduğu hakkında bilgi vermektedir ..
17.41 bağ enerjileri ile ilgili herhangi bir sorunuz varmı ?17.45
17.48 artık yeni bir konuya geçebiliriz ..bugün inceleyeceğimiz termodinamiğin ikinci yasası bundan sonra inceleyeceğimiz tüm konuları kapsamaktadır ..şu ana kadar sadece enerjinin korunumu ilkesine değindik ..enerji değişimi konusunu anlayıp buna katkı yapan değerleri belirledik ..bunlar ısı ve işti hatırlarsanız ..bunların nasıl hesaplandığını gördük ..sabit hacım ve sabit basınç şartları altında nelere eşit olduğunu belirledik ..bu şartları kullanarak entalpi ve iç enerji terimlerini tanımladık ..vs
18.26 bu kavramları tam olarak anlamak için biraz çalışmanız gerekir ama bunları bir kere anladıktan sonra bu hesaplamaları yapmak son derece basit bir iştir ..ısı ve iş kavramlarını anlamak ve bunların nasıl bir katkıda bulunduklarını kavramak için biraz çalışmak gerekir ..ve biraz pratikle bu iş son derece kolay bir şekilde haledilebilir ..her şey yeterli şekilde çalışmaya bağlıdır ..
Şu anda başlamak üzere olduğumuz konu bundan biraz daha farklı ve biraz daha zor ..çünkü burada inceleyeceğimiz husus herhangi bir olayın kendiliğinden olup olmayacağını neyin belirlediği..
19.28Şu ana kadar yaptığımız derslerde bu konuya hiç değinmedik ..mesela reaksiyonları ısı veren mi yoksa ısı alanmı reaksiyonlar olduğunu belirledik ..ama bunlar bir olayın kendiliğinden olup olmayacağını belirleyen faktörler değil ..bunlar belli oranda katkıda bulunurlar ama temel olarak bu olayı belirleyen faktörler değildir ..peki bunu belirleyen teme faktör nedir?mesela elimizde bir sistem olsun bu bir makine olabilir, kimyasal bir reaktör olabilir veya biyolojik bir olay olabilir ..peki burada dengenin nerde olduğunu ve reaksiyonun bu dengeye erişmesi için gitmesi gereken yolu belirleyen faktör nedir ..
20.19 şu ana kadar tartıştığımız hiçbir şey bunu belirlememizi sağlamaz..bunu yapmanın birkaç tane basit yolu vardır..bunlardan bir tanesi ısı çeken bir çevrimsel bir işlem tasarımladığımızı düşünmektir ..aynen bir buzdolabı gibi ..bu ısıyı soğuk bir bölgeden alıp oda veya pencerenin dışı gibi sıcak bölgeye taşıyan bir sistem ..ısıyı direkt olarak uzaklaştıralım.. bir sakıncası varmı ..
23.00 bunu yapabilirsiniz ve bunu yaparken de birinci kanunu ihlal etmiş olmazsınız..son derece basit bir örnek alalım.. mesela elimizde şöyle bir kap olsun..ve bu kap bir duvarla iki kısıma ayrılmış olsun.. bunun bir tarafını gazla doldururken diğer tarafını vakumla boşaltayım ..bu aradaki duvarı kaldırırsam gaz anında boşluğu doldurur… beklenen şey de budur .. peki neden ? birinci yasa bana bunun olup olmayacağı hakkında hiçbir şey söylemez..neden ters yöne gitmiyor mesela ? arada bir duvar olmadığı durumda gaz neden kutunun bir köşesinde toplanmıyor? .diyelim ki elimizde son derece seyreltik bir gaz var ..bu durumda gaz kutunun bir tarafında toplansa bile gaz molekülleri arasındaki etkileşim kuvvetleri ihmal edilebilecek kadar küçük olur ..peki bu durumda bile bu iş neden olmuyor ?..bunun olmaması bizim için çok iyi ..çünkü böyle bir şey olsaydı bu odadaki hava şurada bir köşede toplanırdı.. veya havadaki oksijen bir köşeye yığılırdı …ve hepimiz boğularak ölürdük..birinci yasa bu hususta herhangi bir şey söylemiyor…bunun neden bu şekilde cereyan etmemesinin sebebi neyse bunu bizim birinci yasada bulmamız mümkün değil …
22.29 işte termodinamiğim ikinci yasası ve entropi kavramı bu yüzden geliştirildi ..bu yasa sayesinde kendiliğinden olan olayların hangi yönde cereyan edeceğini ve erişilecek denge durumunun ne olduğunu anlamamız mümkün oldu .. termodinamiğin ikinci yasası ve entropi kavramı tamamen bu konuya eğilir ..bu yasa bize kendiliğinde olan bir değişimin yönünün ne olacağını söyler ..ayrıca bu yasa bu olayı belirleyen faktörün ve kendiliğinden olan bir olay sonunda erişilecek olan denge durumunun ne olduğunu da açıklar..
22.49-22.54 bu yasa kendiliğinden olan olayların yönünü belirleyen bir prensip getirir ..başka bir deyişle bize zamanın yönünü gösterir ..eğer sistem kendiliğinden belli bir yönde bir halden başka bir hale gidiyorsa zamanın yönü de bu yöndür ..
23.17 ben burada iki tane ifade yazacağım ..
23.29..bu ifadeler ikinci yasanın farklı tanımları ..önce basit olanla işe başlayayım ..
23.55 önce clauısus’un ifadesi..birinci yasa evrendeki enerjinin sabit olduğunu söyler ..ancak enerji bir şekilden farklı bir şekle döndürülebilir ..
24.34ikinci yasa ise evrenin entropisinin arttığını belirtir ..entropiyi yeniden tanımlayacağız ..ben bunları size kendiliğinden olan olayların nasıl cereyan ettiğini kafanızda canlandırabilmeniz için yazıyorum..bu bize enerjinin korunacağını söylerken .. bu da bize kendiliğinden olan olayların hangi yönde olacağını gösterir ..başka bir deyişle bu yasa bize biraz sonra tanımlayacağımız entropiyi fonksiyonunu artırması için kendiliğinden olan olayların hangi yöne gitmesi gerektiğini söyler ..
25.32 bu değerin bir hal fonksiyonu olduğunu göreceğiz..bu da bize kendiliğinden olan olayların yönünü anlamamıza yardımcı olacak..
25.41 aynen birinci yasada olduğu gibi ikinci yasa da maddenin moleküler yapısının net olarak anlaşılmadığı bir dönemde ortaya atılmıştır …biz burada ikinci yasa ve entropiyi makroskopik açıdan inceleyeceğiz ve dönemin ilerleyen safhalarında ise bu konuyu mikroskopik açıdan ele alacağız ..yani mikroskopik açıdan biraz istatistik termodinamik yapacağız ve entropi ve düzensizlik kavramını mikroskopik ölçekte inceleyeceğiz..ikinci yasanın ortaya atılmasının temel sebeplerinden biri endüstriyel devrim sırasında insanlar çeşitli sistemler yapmak istiyorlardı .. mesela insanlar çeşitli makineler yapmak istiyorlardı, buhar makineleri yapmak istiyorlardı , soğutucular yapmaya çalışıyorlardı ve anlayamadıkları bazı hususlar vardı .. bunlardan biri mesela niye %100 verimli bir makine yapamadıkları idi..
26.38 bildiğiniz gibi bir buhar makinesinde bir ısı kaynağı vardır bundan ısı çekerek işe dönüştürülebiliriz..ama çektiğiniz ısının asla tamamını işe çeviremeyiz ..acaba neden neden?
27.54 peki bu husustaki sınırlamalar ne ?mesela elde edebileceğimiz en yüksek verim ne ?dolayısıyla insanlar bu hususlar üzerinde çok ciddi bir şekilde düşünmeye başladılar ..
27.12 şimdi bu hususlar ile ilgili bazı örneklere bakalım ..önce mümkün olmayan olaylardan birini çizelim ..
28.38 ISI MAKİNESİ
Mesela bir ısı makinası yapmaya çalışalım.. mesela bir T1 sıcaklığı alalım ki bu yüksek sıcaklık olsun buradan bir q1 ısısı çekerek sisteme verelin ve sistemimiz de çevrimsel olarak çalışıyor olsun ..bu çevrim süreklidir çünkü pratikte olayların arka arkaya cereyan etmesi istenir .. buradan belli bir miktar iş elde edelim ..buna –w diyelim çünkü işi tanımlarken işi çevre tarafından sisteme yapılması durumunda + almıştık.. görüldüğü gibi iş sistemden çıkmaktadır ..bu durumda bu değeri –w olarak yazmam gerekir .. bu sistem gayet güzel..sistem bir çevrim yapmakta ..ve daha önceden bildiğimiz üzere bu sistemin DU değeri =0.bunun anlamı elde edilen işin alınan ısıya eşit olması ..her sefer .. böyle bir şey asla olamaz..
28.54 böyle bir şey yapmamız mümkün değil..böyle bir sistemin çalışmasının yegane yolu ek bir kısım daha olması.. buna göre sistemin herhangi bir yerinde ısı kaybı olmalı..başka bir deyişle bir yakıt yakıp sıcak ısı deposundan q1 ısısını çekip tamamını işe çevirmem mümkün değil ama bu iş kısmen yapılabilir ..yani sistemin herhangi bir yerinde soğuk bölgeye doğru bir ısı kaybı olacaktır ve bunu önlemem mümkün değildir ..bu durumun istisnası yoktur
29.53. böyle bir makine kısmen yapılabilir .. örneğin q1 pozitif bir değer olsun..çünkü bildiğiniz gibi q1 sisteme girmekte ..bu da bizim çevrimsel olarak çalışan sistemimiz ..dolayısıyla q1 pozitif bir değer ayrıca (-w)’de pozitif çünkü iş sistem tarafından çevreye yapılıyor ve tabiî ki (-q2) de + bir sayı..
30.41 T1>T2 işte bunu yapmamda sorun yok .. burada yapabileceğim başka bir şey daha var ..bu işlemin tamamen tersini yapmak isteyebilirim .. peki bunu herhangi bir dış iş kullanmadan yapabilirmiyim ? yani bu işlemin tam tersini yapıp bir soğutucu yapalım ..ancak bu soğutucu çalışırken dışarıdan bir iş almasın..yanı bu işlemin tersine gidelim bakalım neler oluyor .. burada T2 sıcaklığından yani soğuk depodan başlayalım ve bu yöne doğru gidelim .. burada q2 görüldüğü gibi + bir değer olacaktır..sistemimizde çevrimsel olarak çalışmaktadır..buradan q2 değeri – olacaktır dolayısıyla soğuk bir T1 sıcaklığında daha sıcak bir yere ısı aktarmış oluyorum ..buda çok iyi bir fikir ..tabi aynı zamanda imkansız ..bu sistem ancak sistem üzerine dışarıdan ek bir iş yaparsam çalışabilir .. işte ancak bu durumda soğuk bir cisimde ısı çekip onu daha sıcak bir yere aktarabilirim ..
32.09-32.12 kısaca bu bir soğutucudur ..burada da T1>T2 ve bu durumda (-q1)>0.. bu yukarı doğru giden ısı..ve işte sıfırdan büyük .. ki böyle olmak zorunda.. tabi sistem bir çevrimle çalışmaktadır .. DU=0 dolayısıyla iş –(q1-q2) olur ..tabi iş sıfırdan büyük ..bunun anlamı (-q1)’in ki + bir sayıdır q2’den büyük olmalıdır ..başka bir deyişle soğuk bölgeden ısı alıyorum ama sıcak bölgeye aktardığım ısı bu aldığım q1 ısısından daha büyük ..çünkü bu değer bu miktarı da içermekte .. mesela sıcak bir yaz akşamı aklınıza odanızdaki ufak buz dolabını açıp odayı soğutmak gibi bir fikir gelebilir ..
33.46 ancak bunun pek işe yaramadığını görürüz..çünkü soğutucunun içerisi zaten soğuktur ve soğutucu da içerdeki ısıyı alıp dışarı atmaktadır ..mesela buzdolabının arkasındaki sargılara dokunursanız sıcak olduklarını görürsünüz.. ısı odaya verilmektedir ..burada dışarıdan yapılan iş de verilen ısıya eklenmektedir .. dolayısıyla odaya verilen ısı ilk başta alınan ısıdan çok daha büyüktür.. işte bu kötü..dolayısıyla buzdolabını açıp odanızı soğutmaya kalkarsanız odaya daha fazla ısı verdiğinizden odanın ısındığını fark edersiniz ..siz buzdolabının içinde ısı uzaklaştırma isterken buzdolabının kapağını açık tutarsanız buradan çektiğiniz ısı buzdolabının arkasından odaya verilen ısı kadar büyük olmaz çünkü bu ısı aynı zamanda dışarıdan verilen işi de içermektedir ..
35.04 isterseniz bunu bir deneyin ..ilginç bir deney olabilir.. ilginç bir keşif olabilir sizin açınızdan.. denemenizde bir sakınca yok ..
35.17pekala Clauisius’un ikinci yasası için alternatif bir ifade yazalım ..35.28
35.35 kendiliğinden olan tüm olaylar TERSİNMEZDİR . ilk baştaki örnekte hatırlarsanız bir tarafta gaz bir tarafta vakum vardı ve aradaki duvarı kaldırınca gaz anında vakuma doluyordu .. işte bu tersinmez bir olaydır ..tekrar geriye dönmesi mümkün değildir ..
36.07-36.11 şimdide termodinamiğin ikici yasası için matematiksel bir ifade yazalım 36.14
36.29.bunun önemini göstermek için tebeşirin rengini değiştiriyorum
36.38 dqter/T’nin çevrim integralini alırsam sonuç 0 olur .. hatırlarsanız bu bizim özel fonksiyonumuzdu ..biraz daha detaylandıralım ..bu işlemi dqtersinmez/T için yaparsam bu da sıfırdan büyük olur ..dolayısıyla bu bir hal fonksiyonudur bu ise değildir ..hatırlarsanız sistemle çevre arasındaki ısı değişimi gidilen yola bağımlı idi..eğer tersinir bir yol alıp dq değerini /T’ye böler ve bununda çevrim integralini alırsak bu değer sıfır çıkar .. yani bu fonksiyon sadece başlangıç ve bitiş hallerine bağlıdır .. birinci halden ikinci hale hangi tersinir yoldan giderseniz gidin bu değer hep aynı çıkar ..hatırlarsanız iki ders öncesi iki tane örnek görmüş idik..hatırlarsanız bazı termodinamik çevrimlere bakmış..ve hesaplamalar yapmıştık ..ancak bu çevrimlerde hep tersinir işlemler söz konusu idi..
38.22 dolayısıyla çevrim boyunca gittiğimizde örneğin bir yoldan gidip başka bir yoldan geri döndüğümüzde bunun sıfır olduğunu görmüştük ..başka bir deyişle bu fonksiyonun değeri gidilen yola bağlı olmadan aynıdır .. yani ister en kestirme isterse zigzaglı bir yoldan gidelim bu yollar tersinir olduğu müddetçe bu değer değişmez..38.47
39.09 şimdi ds terimini dqters/T şeklinde tanımlayalım..burada hal fonksiyonları ile uğraştığımızdan olur..hal fonksiyonu …39.52
39.54 bu hal fonksiyonu olan S fonksiyonu ENTROPİDİR. Bu değer bizim için daima özel kalacaktır…40.07
40.41 ikinci yasayı kavramak pek o kadar kolay değildir..mesela bu değeri nasıl hesaplarım…bu hesabı yapabilmem için tersinir bir yol bulmam şart…normal olarak DU ve DH değerlerini çeşitli şekillerde kolayca hesaplıyorduk ..ancak burada sistem ile çevre arasındaki ısı değişimini bulmak zorundasınız ve bu değerin yola bağlı olduğunu biliyoruz..ve bu değer yani ısının türevsel değerinin sıcaklığa bölünmesi de tersinir bir yol kullanılmaması durumunda yola bağımlıdır ..kullanılan yolların tersinir olması kaydıyla bunun sonucu değişmez…bunun pratik açıdan önemi örneğin buradan buraya gel ve entropiyi hesaplayın dersek bunu yapmak içim mutlaka tersinir bir yol bulmamız gerekeceğidir .. görüldüğü üzere bu fonksiyon şu ana kadar uğraştığımız fonksiyonlardan epey farklı …
41.50 birçok kişi.. termodinamiğin ikinci kanununu anlamak son derece zor olduğundan şöyle baktığımızda bu kanunun çiğnendiği bir çok örnek görürsünüz..gerçekten bunu yapmak çok kolay ..sürekli çalışan makineler ki bunlara devridaim makineleri diyoruz ile ilgili çok sayıda iddia mevcuttur …bazıları epey pahalıya mal olmuştur ..isterseniz bunları satın alabilirsiniz ..nasıl çalıştıklarına bir bakın ..tabi aklınıza gelemeyecek her türlü enerji üretim yöntemleri ..bunların hepsi yoktan enerji elde etmeyle ilgili delice fikirler ..örneğin havada bunan ısıdan enerji elde edilmesi.. havanın bir ısısı var .. o kadar moleküler hareket.. dolayısıyla bunu çekip kullanabiliriz.. üzgünüm bunu yapmanız mümkün değil ..bunun için böyle bir sisteme ihtiyaç var ..
42.50 pekala ikinci yasanın başka ifadelerine de bakalım ..bunu yapmak için bazı tanımlamalar yapalım.. ve bu değerlerin ne olduklarını iyi kavrayalım.. bunlara ısı depoları , sıcak ve soğuk cisimler.. daha spesifik olmaktan kastım şu ..ısı deposu esas olarak aynı sıcaklıkta olan büyük bir termal kütle olup bundan ne kadar ısı çekerseniz çekin sıcaklığı değişmez..tabi bu son derece ideal bir durum …eğer elinizde sabit sıcaklıkta büyük bir kütle varsa bundan ısı çekebilirsiniz ama kütlesi çok büyük olduğundan sıcaklığında ölçülebilecek bir değişim olmaz ..pratikte bu duruma yaklaşabilirsiniz ..
43.48 şimdi ikinci yasayla ilgili ifadelerde yer alan ek tanımlamalara bakalım ..43.58
44.20 kelvin sıcaklık ölçeği ifadesine göre bir çevrim düzeniyle çalışan bir sistemde .. bu sizin notlarınızda da var ama siz yine yazın çünkü çok önemli ..çekilen ısının bir kısmını soğuk depoya aktarmadan tamamını işe çevirmek mümkün değildir ..
45.32 burada iki önemli husus vardır.. bunlardan birincisi ikinci yasanın negatif bir yasa olduğudur ..şu yapılamaz bu imkansız ..bu yasa bize yapamayacağımız şeyleri söyler ..bu yasa bize sınırlarımızı hatırlatır ..
46.05 bu ifadedeki en önemli husus “çevrim” terimidir. Tabi kullanılan her makinenin sürekli çalışması gerekir..bir şekilde bir çevrim olması şarttır .. burada önemli bir husus vardır .. eğer çevrim yapmıyorsak ısıyı direkt olarak işe çevirmemiz mümkündür ..örneğin burada mum gibi bir ısı kaynağımız olsun..ve burada da üstünde bir ağırlık olan bir piston bulunsun..bu piston iki tane mandal ile tutulsun ..bu mandalları çeker pistonu bırakırsam buradaki gaz genleşerek pistonu yukarı iter ..ve piston buralarda bir yere gelir ..işe yaradı..ısı işe dönüştü ve etrafta bir soğuk cisim de yok .. ancak bunu bir kere yaptım.. ve piston bir sıçrama yaptı.. eğer bunu çevrimsel olarak yaparsam ortamda bir yerde ısının aktarılacağı bir soğuk bölge bulunur ..
47.30 bu diyagram Kelvin ifadesinin nasıl çalıştığını etkin bir şekilde gösterir..bu şekilde gayet iyi çalışırken bu kısımın olmaması durumunda çalışmaz..burada tüm ısıyı alıp işe dönüştüremem..ancak çevrimsel bir işlem yapmayacaksam bu işi yapmak çok kolay 47.59
48.14 şimdide Clausius ifadesinin farklı bir şekline bakalım..
48.25 fazla zamanımız kalmadı bunu okumam daha iyi olacak ..”çevrimsel olarak çalışan bir sistemin soğuk depodan ısı çekip bunu bir kısım işi de ısıya çevirmeden sıcak depoya aktarması mümkün değildir”. Başka bir deyişle bu da Kelvin ifadesine benzer ama bu ifade soğuk depodan sıcak depoya ısı aktarılması ile ilgilidir..bu olay bir kısım işin ısıya döndürülüp sisteme verilmemesi durumunda yapılamaz..
Burada bitirsek iyi olacak .. gelecek hafta çok iyi tanımlanmış bir çevrim olan Carnot makinesine bakacağız ve tüm bu hesapları yeniden yapacağız ..burada izotermal ve adyabatik genleşme ve sıkıştırmalar mevcut olup tüm bu hesapları yapmak suretiyle makinenin nasıl çalıştığına bakacağız .. gelecek hafta buluşmak üzere ..