Termodinamik: çalışma rehberi

Temel fikirler

Termodinamik ısıyı, işi ve iç enerjiyi izler. Birinci yasa enerjinin korunumudur, ikinci yasa ısı makinelerinin kusursuz verimli olamayacağını söyler ve sıcaklıklar kelvin cinsinden olmalıdır.

• İdeal gaz yasası PV = nRT basıncı, hacmi, madde miktarını ve mutlak sıcaklığı bağlar. Her zaman kelvin kullanın (K = °C + 273,15).
• Sıcaklığı değiştirmek için gereken ısı Q = mcΔT’dir. Faz değişimi sabit sıcaklıkta ısı alır: Q = mL.
• Birinci yasa ΔU = Q − W’dir; burada W sistemin yaptığı iştir.
• T_h ile T_c arasında çalışan hiçbir makine Carnot verimi 1 − T_c ÷ T_h’yi aşamaz. Yalıtılmış bir sistemin entropisi asla azalmaz.

Temel denklemler

• PV = nRT
• Q = mcΔT
• ΔU = Q − W
• η_Carnot = 1 − T_c ÷ T_h
• ΔS = Q ÷ T
• P = kAΔT ÷ d

Çözümlü örnek

Bir ısı makinesi 500 K ile 300 K arasında çalışır. Maksimum (Carnot) verim 1 − 300 ÷ 500 = 0,40, yani %40’tır. Çevrim başına sıcak kaynaktan 1000 J alıyorsa en çok 400 J iş yapabilir ve soğuk kaynağa en az 600 J atmak zorundadır.

Sık yapılan hatalar

• Gaz yasasına ya da Carnot formülüne °C cinsinden sıcaklık koymak. Kelvin gerekir.
• İşin işaretini unutmak: ΔU = Q − W’de gazın yaptığı iş pozitif, gaz üzerinde yapılan iş negatiftir.
• Isı ile sıcaklığı aynı nicelik saymak. Isı aktarılan enerjidir; sıcaklık parçacıkların ortalama enerjisini ölçer.

Alıştırma

Bu konudaki alıştırma sorularıyla kendinizi sınayın: Termodinamik