Tersinir ve Tersinmez Nedir

510

Bir sonraki yazımda teorik olarak en yüksek verimde çalışan ısı makinasını tartışacağız. Bunun doğasını anlamak için ilk olarak tersinir ve tersinmez işlemleri incelemeliyiz. Bir tersinir işlemde (süreçte) sistem, PV diyagramı üzerinde gösterilen aynı yol boyunca başlangıç şartlarına geri döndürülebilir ve bu yol üzerindeki her nokta bir eşdeğer hali gösterir. Bu şartları sağlamayan bir süreç tersinmezdir.

Bütün doğal süreçler tersinmez olarak bilinirler. Seçilebilecek sonsuz sayıda örnekten, bir gazın adyabatik serbest genleşmesini inceleyelim ve bunun tersinir olamayacağını gösterelim. Ele alacağımız sistem, aşağıdaki görselde gösterildiği gibi ısıl olarak yalıtılmış bir kaptaki gazdır. Zar gazı vakumdan ayırır. Zar delinirse (veya patlarsa) gaz vakuma doğru serbestçe genleşir. Patlama sonucu sistem, genişleyerek daha büyük bir hacmi kaplayacağından değişecektir. Gaz, etrafına bir kuvvet uygulamayacağından, genleşirken çevresi üzerinde bir iş yapmayacaktır. Ayrıca, kap çevresinden yalıtıldığından, ısı yoluyla gaza veya gazdan dışarıya enerji transferi olmayacaktır. O halde bu adyabatik işlemde sistem değişmiş fakat çevresi sabit kalmıştır.

Bir gazın adyabatik serbest genleşmesi

Bu işlemin tersinir olabilmesi için gazı, çevresini değiştirmeden ilk hacim ve sıcaklığına döndürebilmemiz gerekir. Bunu yapabilmek için, kaba bir piston koyar ve pistonu içe doğru sürecek bir makina kullanırız. Ayrıca, bu işlem sırasında sistem üzerinde dış etken tarafından iş yapıldığından çevre değişir. Ayrıca sıkıştırılan gazın sıcaklığı artırdığından sistem de değişecektir. Gazı, bir dış enerji deposu, ile temas haline getirerek sıcaklığını azaltabiliriz.

Bu adım gazı ilk şartlarına geri getirilmesini sağlamakla birlikte, gazdan çevreye enerji aktarımı olduğundan yine çevre etkilenmiş olacaktır. Bu enerji, bir yolla gazı sıkıştırmada kullandığımız motoru sürmede kullanılsa idi, bu durumda çevreye olan enerji aktarımı sıfır olurdu. Bu yolla sistem ve çevresi başlangıç koşullarına geri döndürülebilir ve işlemi tersinir olurdu. Fakat, ikinci kanunla ilgili Kelvin-Planck’m ifadesi, gazı ilk sıcaklığına getirmek için ondan alınan enerji, gazın sıkışmasında motorun yaptığı iş olarak tamamen mekanik enerjiye çevrilemeyeceğini söyler. O halde, bu işlemin tersinmez olduğu sonucunu çıkarmak zorundayız.

Denge durumlarını gösteren tersinir süreçlerin tanımının bir kısmına dayanarak serbest adyabatik genleşmenin tersinmez olduğunu da tartışabilirdik. Örneğin, genleşme sırasında gazın basıncında önemli değişmeler gözlenir. O halde ilk ve son durumlar arasındaki herhangi bir zamanda basıncın tamamen belli bir değeri yoktur. Aslında işlem, PV diyagramında bir yol olarak bile temsil edilemez. Bir adyabatik serbest genleşmenin PV diyagramı, ilk ve son şartları birer nokta olarak gösterecekti, fakat bu noktalar bir yolla birbirlerine bağlanamayacaktı. O halde ilk ve son durumlar arasındaki ara şartları, denge durumları olmayacağından işlem tersinmez olacaktır.

enerji kaynağı
Bir enerji kaynağı ile temasta bulunan gaz, piston üzerine kum tanecikleri düşürülerek yavaşça sıkıştırılıyor. Sıkışma, eş-sıcaklıkta (izotermal) ve tersinirdir.

Bütün gerçek işlemler daima tersinmez olmakla beraber, bazı işlemler de hemen hemen tersinirdir. Örneğin, yukarıda gösterildiği gibi, sürtünmesiz bir piston üzerine kum taneleri düşürülerek bir gazı yavaşça sıkıştırdığımızı düşünelim. Bu işlem, gazı bir enerji deposu ile ısıl temasa getirerek izotermal olarak yapabilir; ve sıcaklığı sabit tutmak için işlem sırasında yeterince enerjiyi gazdan depoya aktarabiliriz. Gazın basınç, hacim ve sıcaklığı izotermal sıkışma sırasında iyice tanımlanır; böylece işlem sırasındaki her bir durum, bir denge durumu olur. Her seferinde pistona bir kum tanesi eklenir ve böylece basınç hafifçe artarken gazın hacmi hafifçe azalır. Eklediğimiz her bir kum tanesi yeni bir denge haline geçişi temsil eder. Bu işlemi, taneleri tek tek piston üzerinden kaldırarak tersine çevirebiliriz.

Tersinir bir işlemin genel özelliği, mekanik enerjiyi iç enerjiye çeviren har-cayıcı etkilerin (sürtünme veya türbülans gibi) bulunmamasıdır. Bu tür etkileri tamamen ortadan kaldırmak imkansızdır. Dolayısıyla doğadaki gerçek süreçlerin tersinmez olmaları da şaşırtıcı değildir.

Düşünceleriniz Nedir?

Lütfen yorumunuzu buraya yazınız.
Lütfen isminizi buraya yazını.