Termodinamiğin ikinci yasası
Ayrıca: ikinci yasa · second law of thermodynamics
Termodinamiğin ikinci yasası, ısı içeren süreçlerin hangi yönde kendiliğinden ilerleyebileceğini belirler. Enerjinin korunumundan farklı olarak bir yasak koyar: ısı, dışarıdan iş yapılmadan soğuk cisimden sıcak cisme geçemez ve tek bir ısı kaynağından çekilen ısının tamamını işe çeviren çevrimli bir makine kurulamaz. Yalıtılmış bir sistemde entropi kendiliğinden azalmaz.
Tanım
Birinci yasa enerjinin korunduğunu söyler ama hangi dönüşümün gerçekleşeceği konusunda sessizdir: bir bardak çayın kendiliğinden ısınıp masayı soğutması enerji korunumuna aykırı değildir. İkinci yasa bu boşluğu doldurur ve süreçlere yön verir.
Yalıtılmış bir sistem içinde gerçekleşen doğal, kendiliğinden ve tersinmez süreçler sistemin entropisini artırır; tersinir süreçte entropi değişmez. Bu, yasanın en sade ifadelerinden biridir.
İki klasik ifade
- Clausius ifadesi: Bunu gerçekleştirmek için herhangi bir iş yapılmadan, ısının soğuk bir cisimden sıcak bir cisme akması mümkün değildir.
- Kelvin–Planck ifadesi: Sıcak bir kaynaktan belli bir ısı çekip bunun tamamını işe dönüştürmek mümkün değildir; bir miktar ısının soğuk kaynağa atılması gerekir.
İki ifade birbirine denktir: birini ihlal eden bir düzenek kurulabilseydi, onunla diğerini ihlal eden bir düzenek de kurulabilirdi.
Tarihsel kökeni
Yasanın kökü, Sadi Carnot'nun 1824'te yayımladığı Réflexions sur la puissance motrice du feu'ya dayanır. Carnot, ideal bir ısı makinesinin veriminin yalnızca makine içindeki sıcaklık farkına bağlı olduğunu, buharı gibi çalışma maddesine bağlı olmadığını savundu.
Rudolf Clausius 1865'te Annalen der Physik'te yayımladığı çalışmada entropi kavramını adlandırdı ve makalesini iki cümleyle bitirdi:
Die Energie der Welt ist konstant. Die Entropie der Welt strebt einem Maximum zu.
Yani: evrenin enerjisi sabittir, evrenin entropisi bir azami değere doğru yönelir. Clausius terimi bilinçli olarak energie sözcüğüne benzeterek türettiğini, iki niceliğin fiziksel anlamda birbirine öylesine yakın olduğunu ki neredeyse ikiz sayılabileceklerini yazmıştır.
Neden önemli
İkinci yasa, ısı makinelerinin verimine aşılamaz bir üst sınır koyar; bu sınır yalnızca sıcak ve soğuk kaynakların sıcaklıklarına bağlıdır. Bugün buhar türbinlerinden soğutma çevrimlerine, kimyasal denge hesaplarından bilgi kuramına kadar geniş bir alanda kullanılır.
Yasanın "her şey bozulmaya gider" biçimindeki gündelik yorumu ise dikkatli okunmalıdır: entropi artışı yalıtılmış sistemler için geçerlidir. Enerji alışverişi yapan bir sistemde (örneğin canlı bir organizmada) yerel düzen artabilir; bu, yasaya aykırı değildir, çünkü sistem ile çevresi birlikte ele alındığında toplam entropi yine azalmaz.
İlgili maddeler
- İlgiliKavramEntropiEntropi, bir termodinamik sistemin durumunu niteleyen niceliktir. Klasik tanımda, tersinir bir süreçte sisteme aktarılan ısının mutlak sıcaklığa bölümüyle verilir ve bir durum fonksiyonudur: değeri sistemin o anki durumuna bağlıdır, oraya hangi yoldan gelindiğine değil. İstatistiksel yorumda ise bir makro durumu gerçekleştirebilen mikro durumların çokluğuyla ilgilidir.
- ÖncülüKişiSadi CarnotNicolas Léonard Sadi Carnot (1 Haziran 1796, Paris – 24 Ağustos 1832, Paris), Fransız fizikçi ve askerî mühendis. 1824'te yayımladığı tek kitabında, bir ısı makinesinin veriminin çalışma maddesinden bağımsız olarak yalnızca makine içindeki sıcaklık farkına bağlı olduğunu savundu. Bu sonuç termodinamiğin ikinci yasasının öncüsü sayılır.
Kaynakça
- A
Réflexions sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres à développer cette puissance — Sadi Carnot, Bachelier, 1824
Desteklediği iddia: Isı makinesi veriminin çalışma maddesinden bağımsız, sıcaklık farkıyla sınırlı oluşu
- A
Ueber verschiedene für die Anwendung bequeme Formen der Hauptgleichungen der mechanischen Wärmetheorie — Rudolf Clausius, Annalen der Physik, cilt 125, 1865
Desteklediği iddia: Entropi teriminin tanıtılması ve 'evrenin entropisi azami değere yönelir' ifadesi (Annalen der Physik, cilt 125 (1865), makalenin kapanışı)
- B
Thermodynamics and Chemical Equilibrium — 9.01: The Second Law of Thermodynamics — Paul Ellgen, Chemistry LibreTexts
Desteklediği iddia: Yalıtılmış sistemde tersinmez süreçlerin entropiyi artırması
- C
Second Law of Thermodynamics — HyperPhysics — Rod Nave, Georgia State University
Desteklediği iddia: Clausius ve Kelvin–Planck ifadelerinin yaygın biçimleri