Temel Bilgiler - Ankara Üniversitesi Açık Ders Malzemeleri

Temel Bilgiler
Bir sistemin iş yapabilme kapasitesine enerji denir.
 Sistem ile ortam arasındaki sıcaklık farkından doğan enerji akışına ısı (q) denir.
 Sistem ile ortam arasındaki basınç farkından doğan enerji akışına iş (w) denir.
Bir sistemdeki atom, molekül ve iyon gibi tüm taneciklerin sahip olduğu ötelenme, dönme,
titreşim, elektronik ve çekirdek enerjilerinin toplamına iç enerji denir.
Sistemdeki kütlesel akış hızına kütlesel debi denir.
𝑑𝑚
= 𝑚̇
𝑑𝑡
Sistemdeki hacimsel akış hızına hacimsel debi denir.
𝑑𝑉
= 𝑉̇
𝑑𝑡
Sistem
Üzerinde inceleme yapmak üzere sınırlanan evren parçasına sistem denir. Sistemi çevreleyen
evren parçasına ortam adı verilir.
Ortam ile arasında madde ve enerji alışverişi olmayan sisteme izole sistem denir.
𝑑𝑚
= 𝑚̇ = 0,
𝑑𝑡
𝑑𝐸
=0
𝑑𝑡
Ortam ile arasında madde alışverişi olmadığı halde ve enerji alışverişi olan sisteme kapalı
sistem denir.
𝑑𝑚
= 𝑚̇ = 0,
𝑑𝑡
𝑑𝐸
≠0
𝑑𝑡
Ortam ile arasında hem madde ve hem enerji alışverişi olan sisteme açık sistem denir.
𝑑𝑚
= 𝑚̇ ≠ 0,
𝑑𝑡
𝑑𝐸
≠0
𝑑𝑡
Giriş ve çıkıştaki kütlesel debileri aynı olan açık sistemlere yatışkın açık sistem denir.
𝑚̇𝑔𝑖𝑟𝑒𝑛 = 𝑚̇ç𝚤𝑘𝑎𝑛
Giriş ve çıkıştaki kütlesel debileri aynı olmayan açık sistemlere yatışkın olmayan açık sistem
adı verilir.
𝑚̇𝑔𝑖𝑟𝑒𝑛 ≠ 𝑚̇ç𝚤𝑘𝑎𝑛
Tek fazlı sistemlere homojen sistem, çok fazlı sistemlere heterojen sistem adı verilir.
Hal Değişkenleri
Bir sistemi tanımlayabilmek için gerekli olan ve mutlak değeri ölçülebilen niceliklere hal
değişkeni denir.
 Sistemdeki toplam madde miktarına bağlı olanlara kapasite özelliği denir.
Örn; kütle (m), hacim (v), entropi (s)
 Sistemdeki toplam madde miktarına bağlı olmayanlara şiddet özelliği denir
Örn; yoğunluk (ρ), sıcaklık (T) , basınç (P)
Bir sistemde şiddet özelliği taşıyan tüm hal değişkenlerinin aynı olduğu bölgelere faz denir.
Aralarında bir denklem kurulabilen hal değişkenlerine bağımlı hal değişkeni denir.
Birbirlerine bağlı olarak yazılamayanlara ise bağımsız hal değişkeni adı verilir.
Saf madde olarak elde edilebilen ve belli bir kimyasal formülü bulunan maddelere bileşen denir.
 Bir bileşenli sistemlere saf madde denir.
 Çok bileşenli sistemlere karışım adı verilir.
Saf madde ya da karışımların bir molüne ilişkin olanlara molar nicelik, bir gram ya da bir
kilogramına ilişkin olanlara özgül nicelik denir ve v, u, h gibi küçük harfler ile simgelenir.
Bunların dışındaki miktarlarına ilişkin olanlara ise toplam nicelik denir ve V, U, H gibi büyük
harfler ile simgelenir.
Hal Fonksiyonları ve Yol Fonksiyonları
Bir sistemin bir halinden diğer bir haline gidildiğinde değişimi iki hal arasında izlenen yola
bağlı olmayan niceliklere hal fonksiyonu denir. (Örn; hacim, iç enerji, entalpi, entropi)
Diferansiyelleri tam diferansiyellik koşulunu sağlar yani tam diferansiyeldir ve d ile gösterilir.
Tersine, değişimi izlenen yola bağlı olan niceliklere yol fonksiyonu denir. (Örn; ısı ve iş)
Diferansiyelleri tam diferansiyel değildir ve δ ile gösterilir.
Çeşitli yollar izlenerek bir sistemin ilk haline dönülmesi işlemine çevrim denir.
Termodinamiğin Temel Yasaları
Termodinamiğin sıfırıncı yasası;
Üç ısı deposundan birinin sıcaklığı ayrı ayrı diğer ikisinin sıcaklıklarına eşit olduğunda bu iki
ısı deposunun sıcaklıkları da birbirine eşit olmaktadır.
Bu yasa hesaplamalarda doğrudan kullanılmamaktadır. Ancak termometre ile sıcaklık ölçümü
termodinamiğin sıfırıncı yasası uyarınca yapılmaktadır.
Termodinamiğin birinci yasası;
Enerjinin korunumu olarak da bilinir. Enerji varken yok, yokken de var edilemez. Ancak bir
halden diğer hale dönüştürülebilir.
Madde ve enerji denklikleri bu yasanın matematiksel tanımları olarak düşünülebilir.
Termodinamiğin ikinci yasası;
Bir ısı deposundan ısı alarak dışarıya iş vermek üzere sürekli çalışan bir makinanın yapılamaz.
Bu yasa ile entropi ve mutlak sıcaklık tanımları da ortaya çıkmıştır.
Termodinamiğin üçüncü yasası;
Hangi halde sıfır değerini aldığı bilinen bir niceliğin bu halden diğer bir hale geçişteki değişimi
mutlak değerine eşit olur.
Mutlak sıfır sıcaklığına yaklaşıldığında hem düzensizlik hem de entropi minimum değerine
inmektedir. Yani mutlak sıfır sıcaklığına yaklaşıldığında sıfır değerini alan entropinin herhangi
bir haldeki mutlak değeri hesaplanabilir. Ancak iç enerji ve enthalpinin hangi halde sıfır olduğu
bilinmediği için hesaplanamaz.