Termodinamiğin İkinci Kanunu

... konulu sunumlar: "Termodinamiğin İkinci Kanunu"— Sunum transkripti:

1 Termodinamiğin İkinci Kanunu
Termodinamiğin ikinci kanunu iş yapabilen ısı miktarına sınırlama getirir. Böylece termodinamiğin birinci yasasına göre sınırlama olmayan ısı makinelerinin verimine sınırlama getirir. Termodinamiğin ikinci kanunu ısının akış yönü kısıtlar, mükemmel bir ısı makinesini veya soğutucuyu imkansızlaştırır ve en iyi verimi Carnot makinesinde elde eder. Termodinamiğin ikinci kanunu zamanın yönünü tespit eden entropiyle ifade edilebilir. Q Motor W Verim=100/100=1 Soğuk Sıcak Q Termodinamiğin birinci kanununa göre mümkün fakat termodinamiğin ikinci kanununa göre mümkün değil.

2 Bu bulgular termodinamiğin ikinci kanunu içerisinde özetlenir.
1. Herhangi bir ısıl sistem içerisindeki enerjinin tamamı işe dönüştürülemez. 2. Kendiliğinden oluşan değişimler yalnızca bazı yollarla ve yönlerde gerçekleşir. Makineler Isı makinesi, ısıl enerjiyi mekanik enerjiye dönüştüren bir aygıttır. Atık, egzoz gazı Yakıtın yandığı hazne Yakıtın yandığı hazne Motor Atık, egzoz gazı Motor Sürekli iş üreten bir makine iki önemli özelliğe sahip olmalı 1) Çevrimsel çalışmalı. 2) En az iki ısı kaynağı olmalı.

3 ● 1 ● 2 WT= W-W’ P V Th Isı kaynağı W Tc Isı kaynağı W’ W>W’ olmalı
Gazın yaptığı net iş Th Isı kaynağı Qh W Tc Isı kaynağı Qc W’ W>W’ olmalı Bir makinenin verimi ısı makinesinin veya motorun aldığı ısıl enerjinin ne kadarının mekanik enerjiye dönüştüğünün bir ölçütüdür. Çevrim sonunda yapılan net işin yakıt tarafından sağlanan toplam ısıl enerjiye oranı olarak tanımlanır. Termodinamiğin ikinci kanunu bir makinenin veriminin %100 ( =1) olamayacağını gösterir.

4 Kelvin-Plank ifadesi = Clasius ifadesi
ISI MAKİNESİ Termodinamiğin ikinci kanunu Kelvin-Plank ifadesi Q Motor W Qh Qc Belli bir sıcaklıktaki tek bir ısı kaynağından sağlanan ısıl enerjinin tamamını işe dönüştüren, çevreden hiç bir etki yaratmayan ve başladığı duruma ulaşan bir makine mümkün değildir. Termodinamiğin ikinci kanunu - Clasius ifadesi BUZDOLABI Qh Motor W Qc Q Soğuk Sıcak Sadece soğuk bir cisimden daha sıcak bir cisme ısıl enerji aktaran ve çevrede bir etki yaratmayan çevrimsel bir motor mümkün değildir. Kelvin-Plank ifadesi = Clasius ifadesi %100 VERİMLE ÇALIŞAN ISI MAKİNESİ VEYA SOĞUTUCU MÜMKÜN DEĞİLDİR. Soru: Bir makinenin verimi en fazla ne kadar olabilir? Cevap: CARNOT TEOREMİ

5 Carnot Teoremi: İki ısı kaynağı arasında tersinir olarak çalışan bir makineden daha verimli bir makine olamaz. Carnot Makinesi ISI BANYOSU Th Th İzotermal genleşme Qh Tc Adyabatik genleşme ISI BANYOSU Tc Qc İzotermal sıkışma Adyabatik sıkışma AB DA BC CD

6 P Çevrim sonucunda A Qh>0 B Th W C Tc D Qc<0 V
Carnot makinesi dört tersinir süreçten oluşur: 1) Sıcak ısı kaynağından (Th) ısıl enerji alarak, eş sıcaklıklı tersinir genleşme (AB) Th=sabit, VA VB , PA PB 2) Daha düşük sıcaklığa (Tc) , adyabatik tersinir genleşme (BC) ThTc , VB VC , PB PC 3) Düşük sıcaklıkdaki ısı kaynağına (Tc) ısıl enerji vererek, eş sıcaklıklı tersinir sıkışma (CD) TC=sabit, VC VD , PC PD 4) Başlangıçtaki denge durumuna (Th , VA, PA ) , adyabatik tersinir genleşme (DA) TcTh , VD VA , PD PA Th Tc Qh>0 Qc<0 A B C D W P V Çevrim sonucunda

7 Carnot Çevrimi: İdeal gaz yaklaşımı
AB Eşsıcaklıklı genleşme CD Eşsıcaklıklı genleşme Adyabatik süreç İdeal gazlı Carnot Makinesinin verimi

8 The Diesel Çevrim Adyabatik sıkışma Sabit basınçta sıcaklık ısıtma
Adyabatik genleşme Sabit hacimde soğutma, çevreye atılan atık.

9 Buzdolabı veya sokak Tc Soğutucu / Isıtıcı motor
Soğutucular-Isıtıcılar Oda Th Buzdolabı veya sokak Tc Qc Qh W Soğutucu / Isıtıcı motor Çevrim sonucunda 1. Yasaya göre buzdolabı Soğutucu motor Tc Qc W Qh Oda ısıtıcı Sokak   Th Tc Qh<0 Qc>0 A B C D W<0 P V İdeal gazlı Carnot soğutucusu Soğutucunun / ısıtıcının performans katsayısı  

10   Th Entropi ve Termodinamiğin İkinci Kanunu Bir Carnot çevriminde P
Herhangi bir tersinir çevrim çok sayıda küçük Carnot çevrimlerinin toplamı olarak ifade edilebilir. P V adyabat izoterm Sonsuz küçük Carnot çevrimi Th Tc dQc dQh Makine dW Gözönüne alınan çevrim için Tersinir bir çevrim sonucunda dQ/T lerin toplamı sıfırdır.

11 dQ bir tam diferansiyel değildir, yani Q bir durum fonksiyonu değildir
ancak dQ/T bir tam diferansiyeldir çünkü /T ‘ye integrasyon çarpanı denir. Buradaki dQ/T bir durum fonksiyonunun diferansiyelidir. Bunun herhangi iki denge durumu arasındaki integrali durum fonksiyonundaki değişimi verir. Bu yeni durum fonksiyonuna ENTROPİ (S) denir. a’dan b’ye tersinir bir süreç sonunda sistemin entropisindeki değişim   Nasıl, işin tüm süreçler için geçerli olan bir ifadesi var ise artık, ısının da tüm süreçler için geçerli olan bir ifadesi var

12     Tersinmez (kendiliğinden gerçekleşen) süreçlerde entropi Özet:
Tersinmez süreç Tersinir süreç Tersinir bir süreç için    Sonsuz küçük tersinmez bir çevrim için Herhangi bir tersinmez çevrim bu sonsuz küçük tersinmez çevrimlerin toplamı olarak ifade edilebilir.  Özet: Tersinir bir çevrim için Tersinmez bir çevrim için Clausius eşitsizliği

13 Tersinmez bir süreçte entropi değişimi
Clausius eşitsizliği, herhangi bir çevrim sonunda dQ/T lerin toplamı ya sıfırdır (tersinir çevrim) ya da sıfırdan küçüktür (tersinmez çevrim). Çevrim ister tersinir olsun ister tersinmez, entropi değişimi sıfırdır. Tersinmez bir süreçte entropi değişimi Bir çevrimin, bir kısmı tersinir ve bir kısmı tersinmez ise net çevrim, tersinmezdir. Tersinir Tersinmez a b ve olduğu kolayca bulunur Tersinir bir süreç Tersinmez bir süreç