ISININ İLETİMİ VE TERMODİNAMİK Zeliha IŞIK

... konulu sunumlar: "ISININ İLETİMİ VE TERMODİNAMİK Zeliha IŞIK"— Sunum transkripti:

1 ISININ İLETİMİ VE TERMODİNAMİK ZELİHA IŞIK

2 ISININ İLETİMİ Isı İletimi; Isıyı insanlığı yararlı şekilde kullanmak için elde ettikten sonra kullanma yerine iletmek gereklidir. Bunun birçok yolu vardır. Yalnız ısı iletimi usullerinde kayıpların az olmasına çalışılır. Cisimler, ısıyı bir yerden başka bir yere iletme bakımından çok çeşitlilik gösterirler. Madenler ısıyı iyi iletirler. Buna karşılık, hava kötü iletkendir. Dolayısıyla, içinde hava bulunan cisimler de kötü iletkendirler. Böylece, cisimler İletken, Kötü iletken, yalıtkan olmak üzere çeşitli bölümlere ayrılırlar. Bazen ısının iletilmesi, bazen de dışarıya verilmeyip korunması istenir. Duruma göre ya iletken, ya yalıtkan bir cisim kullanılır.

3 İLETKEN MADDELER

4 KÖTÜ İLETKEN MADDELER

5

6 Evlerin, iş yeklerinin, fabrikaların ısıtılmasında, soğutulmasında ısı iletiminin önemli bir payı vardır. Bu bakımdan ısının iletim kanunları araştırılmıştır. Isının cisimlerin içinden, ya da bir cisimden başka bir cisme geçişi üç yolla olur. Bunlar; 1.İletim (kondüksiyon) 2.Çevirim (konveksiyon) 3.Işınım (radyasyon) 'dur.

7 İ LET İ M(KONDÜKS İ YON) İletim (Kondüksiyon): Bu yolla ısı iletiminde cismin ısı geçiren bir cisim olması gereklidir. Ya cismin bir parçası ısı kaynağına değer, ya da cisim sıcak başka bir cisme değer. Bu durumda ısı cismin soğuk yerlerine de yayılır. Bu çeşit ısı iletimini soba içine sokulan bir demir çubuğun öbür ucunun ısınmasıyla görürüz. Olayın açıklanmasında moleküllerden yararlanılır. Sobaya sokulan uçtaki moleküllerin hareketi şiddetlenir. Bu moleküller yanlarındaki moleküllere çarparak onların titreşimini de artırırlar. Böylece çubuğun öteki ucu ısınır.

8 ÇEV İ R İ M(KONVEKS İ YON) Çevirim (Konveksiyon): Bu yolla ısı iletiminde ısıtılan cismin hareketi söz konusudur. Onun için, ancak sıvılarda, ya da gazlarda çevirimle iletim yapılabilir. Bir kabın içinde su ısıtılarak ısınan suyun hacmi artar, yoğunluğu azalır. Dolayısıyla, soğuk sudan daha hafif hale çevrilmiş olan sıcak su yukarılara çıkar. Suyun bu hareketiyle birlikte ısı da soğuk bölgelere taşınmış olur. Bir sobanın odadaki havayı ısıtması bu yolla olur. Sıcak sulu kaloriferler de bu esasa göre çalışırlar.

9 I Ş INIM(RADYASYON) Işınım (Radyasyon): Isıtılmış bir cisim, gözle görülen ışık dalgalarının yanında gözle görülmeyen ısı dalgaları da yayınlar. Isının bu yolla iletilmesidir. Isıtılmış cisimden gelen ısı dalgaları önlerine çıkan soğuk cisimleri ısıtırlar. Isı dalgalarının soğuk cisim tarafından alınmasına soğurma denir. Cisimlerin soğurma kabiliyetleri değişiktir. Cisimler, üzerlerine düşen ısı dalgalarının bir bölümünü soğurur, bir bölümünü de yansıtırlar. Soğurulan bölüm o cismin sıcaklığını artırmaya yarar. Koyu renkli cisimler, açık renkli cisimlerden daha çok soğurur, daha az yansıtırlar dolayısıyla, daha çok ısınırlar. Onun için, yazın açık renkli elbiseler giyerek güneş ışınlarını yansıtmak gerekir.

10 TERMODİNAMİK Termodinamik, kelime anlamı olarak ısı (termo) ve güç (dinamik) anlamı taşımaktadır. Bir sistem içerisindeki enerjinin nasıl hareket ettiğini ve kullanılabilir enerji veya ısıya nasıl dönüştüğünü inceleyen termodinamik, tekstil makinelerinin verimini arttırma çalışmaları sonucunda ortaya çıkmıştır.

11 Termodinamik Kökeni Endüstri devrimi zamanında mühendisler, ısı enerjisiyle iş yapan etkili ısı makineleri yapmaya çalışıyordu. İşlevsel ve verimli ısı makinelerini üretmek için genel prensiplere dayalı olarak yaptıkları temel araştırmalar fiziğin branşlarından birisi olan Termodinamiği oluşturmuştur. Termodinamik, ısı ve termal enerji üzerine yapılan çalışmalara denir. Termodinamiğin üç yasası mevcuttur ve ek olarak temel yasa olan sıfırıncı yasası vardır. 18. yy başlarında, ısının kalorik adında bir sıvı olduğu ve sıcak nesnelerden soğuk nesnelere aktığı düşünülüyordu. Yani, bir bardak çaydaki kaloriğin çevreye yayılmasıyla çay soğuyor, bardak ve sehpa ısınıyordu. Benjamin Thompson, bir topun delinmesi sırasında oluşan ısının nereden geldiğini incelerken kalorik teoremde bir kusur keşfetti. Topun delinmesi sırasında yapılan iş, bir ısı oluşmasına neden oluyordu. Yani ısı, bir iş yaparak yaratılabiliyordu. Isı ve iş arasındaki ilişkinin bu şekilde anlaşılması ve makineleşmenin başlamasıyla birlikte termodinamik kavramı ve termodinamik yasaları oluşmaya başlamıştır. Günlük kullandığımız eşyalardan, enerji üretim sistemlerine kadar çok geniş bir yelpazeyi kapsayan termodinamiğin, genel geçerliliğini halen devam ettiren 4 yasası vardır. Tipik bir termodinamik sistem: ısı sıcak kaynatıcıdan soğuk yoğunlaştırıcıya doğru hareket eder ve bu sayede bir iş ortaya çıkar.

12 TERMODİNAMİĞİN 0.YASASI Termodinamiğin Sıfırıncı Yasası, temel olarak şunu söyler: Eğer A ve B cisimleri termal olarak dengedeyse (aralarında ısı alışverişi yoksa, yani sıcaklıkları eşitse) ve eğer sıcaklığını bilmediğimiz bir C maddesini, önce A'ya, sonra B'ye (veya tam tersi) değdirdiğimizde, bu 3 cisim arasında da ısı transferi olmuyorsa, C'nin sıcaklığı da A ve B ile aynıdır. Bu yasanın adının bu şekilde olmasının sebebi, birinci ve ikinci yasadan sonra ileri sürülmesi ve yasalaştırılmasıdır. Ancak bilim literatürüne son derece yer etmiş olan 1. ve 2. yasaların sayılarını kaydırmak istemedikleri için, en başa koyarak Sıfırıncı Yasa adını vermişlerdir. Sıcaklık kavramının ne olduğunun ifadesinde büyük ilerlemeler yaşanmasını sağlamıştır. '0. yasa' herhangi x,y,z sistemleri arasındaki termal denge ile ilgilidir. Bu yasaya göre; eğer, x ve y sistemleri dengede ise ve z sistemi x-y sistemleri ile temas ettiğinde ısı alışverişi olmuyorsa bu üç sistemin sıcaklığı eşittir.

13 TERMODİNAMİĞİN 1.YASASI Isı ile iş arasındaki ilişkiyi kapsayan bu yasa, evrendeki toplam madde miktarının ve toplam enerjinin korunumunun bir ifadesidir. Termodinamiğin bulunan ilk yasası olan 1. yasa en genel şekliyle; 'Enerjinin yokken var, varken yok edilemeyeceğini ancak bir biçimden başka bir biçime dönüşebileceğini' açıklamaktadır. 1.yasa,kapalı ve açık sistemler için iki farklı şekilde incelenir.Çevresi ile ilişkisi ol- mayan bir sistemde (kapalı sistem), toplam enerji hep aynıdır. Çevresi ile arasın- da iş ve ısı alışverişi olan sistemlerde (açık sistem) enerji değişimi, sistemle çev- resi arasındaki net ısı değişimine eşittir. Aslında bu yasa bir iş yapılmadan, maddelerin ve sistemlerin kendi kendilerine ısı namayacağını belirtmekteydi. Einstein'ın özel görelelik ilkesi, bu yasayı aşarak bir iş girdisi olmadan nesnelerin ısınabileceğini göstermiştir. Yıldızların milyarlarca yı ldır hiçbir iş girdisi olmadan yanmayı sürdürmesi bu konudaki en iyi örneklerden- dir.

14

15 TERMODİNAMİĞİN 2.YASASI Termodinamiğin 2. yasası, ısı ve işin birbirine dönüşebildiğini belirten 1. yasaya ek olarak bunun gerçekleşme yollarını sınamaktadır. Örneğin; bir hal değişiminin gerçekleşebilmesi için 1. yasanın sağlanması yani bir enerjinin olması gerekmektedir. Ancak bu durum tek başına hal değişimi için yeterli değildir. 2. yasa, makinelerdeki verimlilik sınırının sadece mühendisler ve tasarımcıların hatalarından değil, doğanın kanunlarından da kaynaklandığını açıklamaktadır. Eğer ısı %100'lük bir başarıyla işe çevirebilseydi, daimi hareket makinesi tasarlanabilirdi. Ancak doğanın kanunlarından dolayı sadece belirli bir miktar ısı faydalı işe dönüşebilmekte, geri kalanı ise sistem içinde kaybolmaktadır. Yani, bir motorun veya bir makinenin her devrinde bir miktar enerjinin kaybedilmesi entropide artışa neden olmaktadır. Bir makinenin verimini maksimum seviyeye çıkarabilmek için entropinin minimum seviyeye düşürülmesi gerekmektedir. Fransız mühendis Carnot'un adını alan Carnot Devresi, devre parçalarının son derece hassas ve sürtünmesiz olduğu olası en verimli motordur.

16 TERMODİNAMİĞİN 3.YASASI Bu yasa, mutlak sıfır sıcaklığına (0 Kelvin) inildiğinde tüm parçacıklarının entropilerinin bir sabite yaklaşarak eşit olacağını belirtmektedir. Entropinin bir sabite yaklaşması sırasında tüm işlemler giderek yavaşlar ve sabitte durma noktasına gelir. Arnold Sommerfeld'in termodinamik hakkındaki bir sözüyle yazımıza son verelim; 'İlk defa öğrendiğinizde ne olduğunu bile anlamazsınız. İkinci defa üzerinden geçtiğinizde, 1-2 nokta hariç anladığınızı düşünürsünüz. Üçüncü defa baktığınızda ise anlamadığınızı bilirsiniz ama o zamana kadar konuya alıştığınız için bu sizi o kadar rahatsız etmez.'

17 llllllllllllllllllll

18