Termodinamik

Enerji dönüşüm verimi, enerjinin bir formdan diğerine dönüştürülmesi sürecinde kaybedilen enerji miktarının, kazanılan enerji miktarına oranıdır. Bu verim, termodinamiğin ikinci yasası gereği her zaman %100 olamaz ve dönüşüm sırasında genellikle ısı kaybı gibi faktörler nedeniyle azalır.

Elime ısısı, donma ısısı, buharlaşma ısısı ve yoğuşma ısısı maddenin hâl değişimi sırasında gerçekleşen ısı işlemleridir: 1. Erime (Donma) Isısı: Bir maddenin erime (donma) sıcaklığındaki 1 gramının katı (sıvı) hâle geçmesi için gereken (verdiği) ısı miktarıdır. 2. Buharlaşma (Yoğuşma) Isısı: Bir maddenin kaynama sıcaklığındaki 1 gramının gaz (sıvı) hâle geçmesi için gereken (verdiği) ısı miktarıdır. Özetle: - Erime ısısı: Katı → Sıvı. - Donma ısısı: Sıvı → Katı. - Buharlaşma ısısı: Sıvı → Gaz. - Yoğuşma ısısı: Gaz → Sıvı.

Enerji kuramı, enerjinin doğasını ve nasıl davrandığını açıklayan temel fizik kuralları olan termodinamiğin yasalarına dayanır. Ana ilkeleri şunlardır: 1. Enerjinin Korunumu Yasası: Enerji yoktan var edilemez ve kaybolamaz, sadece bir biçimden diğerine dönüştürülebilir. 2. Enerji Biçimleri: Enerjinin kinetik (hareket enerjisi) ve potansiyel (depolanmış enerji) gibi çeşitli biçimleri vardır. 3. Enerji Dönüşümü: Potansiyel enerji, uygun koşullar oluştuğunda kinetik enerjiye dönüşebilir ve bunun tersi de mümkündür. Bu kuramlar, enerjinin evren genelindeki döngüsünü ve enerji dönüşümlerinin verimliliğini anlamamıza yardımcı olur.

Isı ve sıcaklık, fizikte farklı kavramlara bağlıdır: 1. Isı: - Bağımlı olduğu faktörler: Madde miktarı ve sıcaklık farkından dolayı bir maddeden diğerine aktarılan enerjidir. - Birimi: Joule (J) veya kalori (cal). 2. Sıcaklık: - Bağımlı olduğu faktörler: Maddenin moleküllerinin ortalama kinetik enerjisidir ve maddenin cinsine ve miktarına bağlı değildir. - Birimi: Kelvin (K) veya santigrat derece (°C). Özetle: Isı, enerjiye; sıcaklık ise ölçüm sonucuna bağlı bir değerdir.

Termoskop, modern termometrenin icadından önce kullanılan, sıcaklık farkının varlığını gösteren ilk alettir. 1597 yılında Galileo Galilei tarafından icat edilen termoskop, kılcal bir cam borudan oluşmaktaydı.

Ekserji, belirli termodinamik koşullarda, belirli bir miktar enerjinin diğer bir enerji biçimine dönüştürülebilen en yüksek miktarını ifade eder. Başka bir deyişle, mevcut bir çevrede, belirli bir başlangıç durumu ile, bir sistemden alınabilecek maksimum iş olarak tanımlanır.

Maddenin ısı alarak sıcaklığının yükselmesine "ısınma" denir.

Fen bilimlerinin günlük hayattan örnekleri şunlardır: 1. Mekanik: Araçların hareket etmesi, inşaatların yapılması, uçakların uçması gibi olaylar mekaniğin günlük hayattaki uygulamalarına örnektir. 2. Termodinamik: Klima ve buzdolabı gibi soğutma sistemleri, enerji santralleri termodinamik prensiplerine dayanır. 3. Elektrik: Ampul, televizyon, bilgisayar, telefon gibi cihazlar elektrikle çalışır. 4. Optik: Mercekler, gözlük, mikroskop, büyüteç, dürbün gibi aletler optik alanına girer. 5. Biyoloji: Gıda mühendisliği sayesinde daha sağlıklı ve güvenli gıdalar üretilir. 6. Kimya: Deterjanların nasıl çalıştığı ve hangi maddelerin kullanılması gerektiği kimya bilgisi ile belirlenir.

Faz dönüşümleri, malzemelerin fiziksel ve kimyasal özelliklerinin değiştiği süreçlerdir ve çeşitli yöntemlerle belirlenebilir: 1. Faz Diyagramları: Sıcaklık ve bileşime bağlı olarak malzemelerin fazlarını gösteren diyagramlardır. 2. Hesaplamalı Yöntemler: Termodinamik ve fizik tabanlı yazılımlar ve algoritmalar kullanılarak faz dönüşümlerinin modellenmesi ve simüle edilmesi. 3. Deneysel Teknikler: Malzemelerin soğuma eğrilerinin ölçülmesi ve analiz edilmesi. 4. Mikroyapı İncelemesi: Mikroskobik düzeyde malzemelerin kristal yapısının ve faz dağılımının incelenmesi.

2H₂(g) + O₂(g) = 2H₂O(s) tepkimesinin 298 K'da standart entropi değişimi yaklaşık -88,7 J/k.mol'dur. Bu hesaplama, aşağıdaki adımları içerir: 1. Standart entropilerin hesaplanması: - S℃H₂(g) = 130,57 J/mol.K - S℃O₂(g) = 205,0 J/mol.K - S℃H₂O(s) = 188,7 J/mol.K. 2. Entropi değişiminin (ΔS) formülle hesaplanması: ΔS = ΣS℃ ürünler - ΣS℃ reaktanlar. 3. Değerlerin yerine konulması: - ΔS = 2 × 188,7 - (2 × 130,57 + 205) = -88,7 J/k.mol. Bu değer, reaksiyonun entropide bir azalmaya neden olduğunu gösterir; çünkü gaz halindeki 3 mol reaktandan, katı halde 2 mol ürün oluşmaktadır.

Havacılık fiziği, fizik prensiplerinin havacılık ve uzay araçlarının tasarımı ve işletilmesine uygulanmasıdır. Bu alan, aşağıdaki alt dalları içerir: - Klasik mekanik: Uçakların hareketi gibi konuları kapsar. - Aerodinamik: Uçakların havada nasıl hareket ettiğini ve aerodinamik kuvvetlerin etkilerini inceler. - Termodinamik: Uçak motorlarının ve enerji sistemlerinin çalışmasını ele alır. - Akışkanlar dinamiği: Hava akışının özelliklerini analiz eder. - Elektromanyetik alanlar: Havacılık elektroniği ve navigasyon sistemlerinin geliştirilmesinde önemlidir. Ayrıca, malzeme bilimi, yapısal mühendislik ve kontrol sistemleri gibi diğer disiplinlerle de etkileşim halindedir.

Termodinamiğin ikinci yasası, entropiyi bir sistemdeki düzensizliğin ve rastgeleliğin ölçüsü olarak tanımlar. Bu yasaya göre, enerjinin tamamı faydalı işe çevrilemez; bir kısmı sistemin içsel bütünlüğünü korumak için kullanılır ve entropiye dönüşür.

Evet, ısı ve öz ısı ters orantılıdır. Öz ısı, bir maddenin 1 gramının sıcaklığını 1 °C değiştirmek için gerekli olan ısı miktarıdır.

Joule ve Thomson deneyinde iki önemli olay gerçekleşmiştir: 1. Joule-Thomson Etkisi: Bu etki, bir gazın genleşmesi sırasında sıcaklığının düşmesini ifade eder. 2. James Prescott Joule ve William Thomson'un Çalışmaları: 1852 yılında bu iki İngiliz fizikçi, bir valf üzerinden gazın basıncının aniden değişmesinin sıcaklık değişimine yol açtığını gözlemlemişlerdir.

Celsius'tan Kelvin'e dönüşüm yapmak için, Celsius sıcaklığına 273.15 eklemek gerekir. Formül: Kelvin (K) = Celsius (°C) + 273.15. Örneğin: - 30°C + 273.15 = 303.15 K. - 0°C + 273.15 = 273.15 K. - 100°C + 273.15 = 373.15 K.

Hava çevrim katsayısı, bir mahaldeki iç havanın (koşullandırılmış) dış havayla havalandırma veya infiltrasyon yoluyla değiştirilme miktarının ölçüsüdür. Genellikle m³/h olarak verilen hava debisinin mahal hacmine bölünmesiyle elde edilir.

Isı iletim denklemi, Fourier kanununa göre, birim zamanda, birim yüzeyden iletim yoluyla aktarılan ısıyı ifade eder: ̇ = − (̇ ̇ ̇). Burada: - ̇: Isı akış hızı; - ̇: Sıcaklık gradyanı; - ̇: Isı iletim katsayısı.

Entropi ve enerji farklı kavramlardır, ancak birbirleriyle ilişkilidirler. Enerji, bir sistemin iş yapma yetisi olarak tanımlanır. Kapalı bir sistemde, enerji korunurken (yani sabit kalırken) entropi değişebilir.

Qc kimyada "anlık denge sabiti" anlamına gelir. Bu, bir tepkimenin herhangi bir anında ortamdaki maddelerin denge bağıntısında yerine yazılmasıyla hesaplanan değerdir.

İzentropik ve adyabatik süreçler aynı değildir, ancak izentropik süreç adyabatik bir süreçtir. İzentropik süreç, çalışma akışkanının entropisinin sabit kaldığı, tersinir ve adyabatik bir termodinamik süreçtir. Adyabatik süreç ise, sistemin içine veya dışına ısı transferinin olmadığı bir süreçtir.