Sayfa 1

Termodinamik bir sistem, di?er herhangi bir fiziksel sistem gibi, genellikle sistemin i? enerjisi olarak adland?r?lan belirli bir miktarda enerjiye sahiptir.

Bir termodinamik sistem, d?? ortamla enerji veya madde al??veri?i yapam?yorsa izole edilmi? sistem olarak adland?r?l?r. B?yle bir sistemin bir ?rne?i, sabit hacimli bir kapta bulunan bir gazd?r. Bir termodinamik sistem, di?er sistemlerle ?s? al??veri?i yoluyla enerji al??veri?i yapam?yorsa adyabatik olarak adland?r?l?r.

Termodinamik sistem, kendileri ve ?evre aras?nda bir dereceye kadar enerji ve madde al??veri?i yapabilen bir dizi cisimdir.

Termodinamik sistemler, di?er sistemlerle madde al??veri?i yapmayan kapal? ve di?er sistemlerle madde ve enerji al??veri?i yapan a??k olarak ikiye ayr?l?r. Bir sistemin di?er sistemlerle enerji ve madde al??veri?i yapmad??? durumlarda izole, ?s? al??veri?inin olmad??? durumlarda ise adyabatik sistem olarak adland?r?l?r.

Termodinamik sistemler saf maddelerin kar???mlar?ndan olu?abilir. Herhangi bir k???k par?ac?ktaki kimyasal bile?im ve fiziksel ?zelliklerin ayn? oldu?u veya sistemin bir noktas?ndan di?erine s?rekli de?i?ti?i bir kar???ma (??zeltiye) homojen denir. Homojen bir kar???m?n yo?unlu?u, bas?nc? ve s?cakl??? her noktada ayn?d?r. Homojen bir sisteme ?rnek olarak, kimyasal bile?imi ayn? olan ancak fiziksel ?zellikleri bir noktadan di?erine de?i?en belirli bir hacimdeki su verilebilir.

Belirli bir niceliksel bile?en oran?na sahip bir termodinamik sisteme, tek bir fizikokimyasal sistem denir.

Termodinamik sistemler (makroskopik cisimler), mekanik enerji E ile birlikte s?cakl??a, hacme, bas?nca ve di?er termodinamik parametrelere ba?l? olan i? enerjiye de U sahiptir.

Bir termodinamik sistem, ?evreye ?s? al?p verebiliyor ve i? ?retebiliyorsa ve d?? ortam sistem ?zerinde i? yapabiliyorsa, yal?t?lmam?? veya a??k u?lu olarak adland?r?l?r. Bir sistem, ?evre ile ?s? al??veri?i yapm?yorsa, sistem i?indeki bas?n? de?i?imi ?evreyi etkilemiyorsa ve sistem ?zerinde i? yapam?yorsa izole edilmi? veya kapal?d?r.

Termodinamik sistemler istatistiksel olarak ?ok say?da par?ac?ktan olu?ur.

Belirli d?? ko?ullar alt?nda, bir termodinamik sistem (veya izole edilmi? bir sistem), parametrelerinin zaman i?inde sabit kalmas? ve sistemde madde ve ?s? ak???n?n olmamas? ile karakterize edilen bir duruma gelir. Sistemin bu durumuna denge veya denge durumu denir. Sistem bu durumdan kendili?inden ??kamaz. Dengenin olmad??? bir sistemin durumuna dengesizlik denir. Bir sistemin d?? etkilerin neden oldu?u dengesizlik durumundan denge durumuna kademeli olarak ge?i? s?recine gev?eme, sistemin denge durumuna d?nmesi i?in ge?en s?reye gev?eme s?resi denir.

Bu durumda termodinamik sistem, sistemin i? enerjisini azaltarak genle?me i?i ger?ekle?tirir.

Termodinamik sistem, termodinamikte bir ?al??ma nesnesidir ve birbirleriyle ve ?evreyle enerjik olarak etkile?ime giren ve onunla madde al??veri?inde bulunan bir dizi cisimdir.

Sabit d?? ko?ullar alt?nda kendi ba??na b?rak?lan bir termodinamik sistem, t?m parametrelerin sabitli?i ve makroskopik hareketlerin yoklu?u ile karakterize edilen bir denge durumuna gelir. Sistemin bu durumuna termodinamik denge durumu denir.

Bir termodinamik sistem, sonlu say?da ba??ms?z de?i?ken (termodinamik parametreler ad? verilen makroskobik b?y?kl?kler) ile karakterize edilir. Termodinamik bir sistemi mekanik sistemden ay?ran ba??ms?z makroskopik parametrelerden biri, termal hareketin yo?unlu?unun bir ?l??s? olan s?cakl?kt?r. V?cut s?cakl???, ?evre ile ?s? al??veri?i ve ?s? kaynaklar?n?n etkisi nedeniyle ve bizzat deformasyon s?recinin bir sonucu olarak de?i?ebilir. Deformasyon ve s?cakl?k aras?ndaki ili?ki termodinamik kullan?larak kurulur.

Termodinamik, cisimlerde meydana gelen termal olaylar?, maddenin molek?ler yap?s?yla ili?kilendirmeden inceleyen bir bilimdir.

Termodinamikte buna inan?l?yor v?cutlardaki t?m termal s?re?ler yaln?zca makroskopik parametrelerle karakterize edilir- bas?n?, hacim ve s?cakl?k. Ve bunlar tek tek molek?llere veya atomlara uygulanamayaca??ndan, molek?ler kinetik teorinin aksine, termodinamikte, termal s?re?lerde maddenin molek?ler yap?s? dikkate al?nmaz.

Termodinami?in t?m kavramlar?, deneyler s?ras?nda g?zlemlenen ger?eklerin genelle?tirilmesi olarak form?le edilmi?tir. Bu nedenle ?s?n?n fenomenolojik (tan?mlay?c?) teorisi olarak an?l?r.

Termodinamik sistemler

Termodinamik, makroskobik sistemlerde meydana gelen termal s?re?leri a??klar. Bu t?r sistemler ?ok say?da par?ac?ktan (molek?l ve atom) olu?ur ve buna termodinamik denir.

Termodinamik sistem ??plak g?zle veya mikroskop, teleskop ve di?er optik aletlerin yard?m?yla g?r?lebilen herhangi bir nesne olarak kabul edilebilir. ?nemli olan, sistemin uzaydaki boyutlar? ve varolu? s?resinin, etkisine tepki vermeyen aletler kullan?larak s?cakl?k, bas?n?, k?tle, elementlerin kimyasal bile?imi vb. gibi parametrelerini ?l?meyi m?mk?n k?lmas?d?r. bireysel molek?ller (bas?n? g?stergeleri, termometreler vb.).

Kimyagerler i?in termodinamik sistem, kimyasal reaksiyon s?ras?nda birbirleriyle etkile?ime giren kimyasal maddelerin bir kar???m?d?r. Astrofizik?iler b?yle bir sisteme g?k cismi ad?n? verecekler. Bir araban?n motorunda, k?rede, v?cudumuzda, yaz? kaleminde, defterde, makinede vb. yak?t ve havan?n kar???m? da termodinamik sistemlerdir.

Her termodinamik sistem ?evresinden s?n?rlarla ayr?l?r. Ger?ek olabilirler; kimyasal madde i?eren bir test t?p?n?n cam duvarlar?, motordaki silindir g?vdesi vb. Veya ?rne?in atmosferde bir bulutun olu?umunu incelediklerinde ko?ullu olabilirler.

B?yle bir sistem d?? ?evre ile enerji veya madde al??veri?i yapm?yorsa buna denir. izole edilmi? veya kapal? .

Bir sistem d?? ?evreyle enerji al??veri?i yap?yor ancak madde al??veri?i yapm?yorsa buna denir. kapal? .

A??k sistem D?? ?evreyle hem enerji hem de madde al??veri?i yapar.

Termodinamik denge

Bu kavram ayn? zamanda deneysel sonu?lar?n genelle?tirilmesi olarak termodinami?e de dahil edildi.

Termodinamik denge sistem izole edilmi?se, t?m makroskobik niceliklerin (s?cakl?k, bas?n?, hacim ve entropi) zamanla de?i?medi?i bir sistemin durumunu adland?r?rlar. Herhangi bir kapal? termodinamik sistem, e?er t?m d?? parametreler sabit kal?rsa, kendili?inden b?yle bir duruma ge?ebilir.

Termodinamik denge durumundaki bir sistemin en basit ?rne?i, s?cak ?ay termosudur. ??indeki s?cakl?k s?v?n?n herhangi bir noktas?nda ayn?d?r. Her ne kadar bir termos sadece yakla??k olarak izole edilmi? bir sistem olarak adland?r?labilir.

Herhangi bir kapal? termodinamik sistem, e?er d?? parametreler de?i?mezse kendili?inden termodinamik dengeye girme e?ilimindedir.

Termodinamik s?re?

Makroskobik parametrelerden en az biri de?i?irse, sistemin bir sorun ya?ad???n? s?yl?yorlar. termodinamik s?re? . B?yle bir s?re?, d?? parametrelerin de?i?mesi veya sistemin enerji almaya veya iletmeye ba?lamas? durumunda meydana gelebilir. Sonu? olarak ba?ka bir duruma ge?er.

Termostaki ?ay ?rne?ini hat?rlayal?m. ?ay?n i?ine bir par?a buz koyup termosu kapat?rsak, s?v?n?n farkl? k?s?mlar?nda hemen s?cakl?k fark? ortaya ??kacakt?r. Termostaki s?v? s?cakl?klar? e?itleme e?iliminde olacakt?r. Is?, s?cakl???n y?ksek oldu?u b?lgelerden s?cakl???n d???k oldu?u b?lgelere aktar?lacakt?r. Yani termodinamik bir s?re? meydana gelecektir. Sonunda termostaki ?ay?n s?cakl??? yine ayn? olacakt?r. Ancak zaten ba?lang?? s?cakl???ndan farkl? olacakt?r. Sistemin durumu de?i?ti ??nk? s?cakl??? de?i?ti.

Termodinamik s?re?, s?cak bir g?nde kumsalda ?s?t?lan kumun gece so?umas?yla meydana gelir. Sabaha do?ru ate?i d???yor. Ancak g?ne? do?ar do?maz ?s?tma i?lemi yeniden ba?layacakt?r.

?? enerji

Termodinami?in temel kavramlar?ndan biri i? enerji .

T?m makroskobik cisimler, v?cudu olu?turan t?m par?ac?klar?n (atomlar ve molek?ller) kinetik ve potansiyel enerjilerinin toplam? olan i? enerjiye sahiptir. Bu par?ac?klar yaln?zca birbirleriyle etkile?ime girer ve ?evresel par?ac?klarla etkile?ime girmez. ?? enerji par?ac?klar?n kinetik ve potansiyel enerjisine ba?l?d?r ve v?cudun kendi konumuna ba?l? de?ildir.

U = Ek +Ep

?? enerji s?cakl?kla de?i?ir. Molek?ler kinetik teorisi bunu madde par?ac?klar?n?n hareket h?z?n? de?i?tirerek a??klar. V?cudun s?cakl??? artarsa par?ac?klar?n hareket h?z? da artar, aralar?ndaki mesafe artar. Sonu? olarak kinetik ve potansiyel enerjileri artar. S?cakl?k d??t???nde ters i?lem meydana gelir.

Termodinamik i?in ?nemli olan i? enerjinin miktar? de?il, de?i?imidir. Ve i? enerjiyi, ?s? transferi s?reci yoluyla veya mekanik i? yaparak de?i?tirebilirsiniz.

Mekanik i? ile i? enerjideki de?i?im

Benjamin Rumfoord

Bir cismin i? enerjisi, ?zerinde mekanik i? yap?larak de?i?tirilebilir. Bir cisim ?zerinde i? yap?l?rsa mekanik enerji i? enerjiye d?n??t?r?l?r. Ve e?er i? bir v?cut taraf?ndan yap?l?yorsa, o zaman onun i? enerjisi mekanik enerjiye d?n???r.

Neredeyse 19. y?zy?l?n sonuna kadar, ?s?y? v?cuttan v?cuda aktaran a??rl?ks?z bir maddenin - kalorik - oldu?una inan?l?yordu. V?cuda ne kadar ?ok kalori ak??? olursa, o kadar s?cak olur ve bunun tersi de ge?erlidir.

Ancak 1798'de Anglo-Amerikal? bilim adam? Kont Benjamin Rumford kalori teorisinden ??phe etmeye ba?lad?. Bunun nedeni sondaj s?ras?nda silah namlular?n?n ?s?nmas?yd?. Is?nman?n nedeninin matkab?n namluya s?rt?nmesi s?ras?nda yap?lan mekanik i? oldu?unu ?ne s?rd?.

Ve Rumfoord bir deney yapt?. S?rt?nme kuvvetini artt?rmak i?in k?r bir matkap al?p namluyu bir su varilinin i?ine yerle?tirdiler. Sondaj?n ???nc? saatinin sonunda varildeki su kaynamaya ba?lad?. Bu, ?zerinde mekanik ?al??ma yap?ld???nda namlunun ?s? ald??? anlam?na geliyordu.

Is? transferi

Is? transferi termal enerjinin (?s?) bir v?cuttan di?erine do?rudan temas yoluyla veya b?l?c? bir b?lme yoluyla aktar?lmas?n?n fiziksel i?lemidir. Kural olarak, ?s? daha s?cak bir v?cuttan daha so?uk olana aktar?l?r. Bu s?re?, sistem termodinamik denge durumuna ula?t???nda sona erer.

Cismin ?s? transferi s?ras?nda ald??? veya verdi?i enerjiye denir. ?s? miktar? .

Is? transferi y?ntemine g?re, ?s? de?i?imi 3 t?re ayr?labilir: termal iletkenlik, konvansiyon, termal radyasyon.

Is? iletkenli?i

V?cutlar veya v?cut par?alar? aras?nda s?cakl?k fark? varsa, aralar?nda ?s? transferi i?lemi meydana gelecektir. Is? iletkenli?i i? enerjinin daha fazla ?s?t?lm?? bir g?vdeden (veya bir k?sm?ndan) daha az ?s?t?lm?? bir g?vdeye (veya bir k?sm?na) aktar?lmas? i?lemidir.

?rne?in bir ?elik ?ubu?un bir ucunu ate?te ?s?tt???m?zda, bir s?re sonra di?er ucunun da ?s?nd???n? hissederiz.

Bir ucu k?pk?rm?z? olan bir cam ?ubu?u di?er ucundan yanmadan rahatl?kla tutabiliriz. Ancak ayn? deneyi demir ?ubukla yapmaya kalkarsak ba?ar?l? olamay?z.

Farkl? maddeler ?s?y? farkl? ?ekilde iletir. Her birinin kendine ait termal iletkenlik katsay?s?, veya iletkenlik, say?sal olarak 1 m kal?nl???nda, 1 m2 alana sahip bir numuneden 1 saniyede ge?en ?s? miktar?na e?ittir. S?cakl???n birimi 1 K'd?r.

Metaller ?s?y? en iyi iletir. Onlar?n bu ?zelli?ini g?nl?k hayatta, metal kaplarda veya tavada yemek pi?irerek kullan?r?z. Ancak ellerinin ?s?nmamas? gerekiyor. Bu nedenle ?s? iletkenli?i zay?f malzemelerden yap?l?rlar.

S?v?lar?n ?s? iletkenli?i daha azd?r. Ve gazlar?n termal iletkenli?i zay?ft?r.

Hayvan k?rk? de zay?f bir ?s? iletkenidir. Bu sayede s?cak havalarda a??r? ?s?nmazlar, so?uk havalarda ise donmazlar.

S?zle?me

Geleneksel olarak ?s?, jetler ve gaz veya s?v? ak??lar?yla aktar?l?r. Kat?larda bir gelenek yoktur.

S?v?larda konvansiyon nas?l olu?ur? Bir ?aydanl?k suyu ate?e verdi?imizde s?v?n?n alt tabakas? ?s?n?r, yo?unlu?u azal?r ve yukar? do?ru hareket eder. Onun yerini daha so?uk bir su tabakas? al?r. Bir s?re sonra o da ?s?nacak ve daha so?uk olan katmanla yer de?i?tirecektir. Vesaire.

Benzer bir s?re? gazlarda da meydana gelir. Is?tma radyat?rlerinin odan?n alt k?sm?na yerle?tirilmesi tesad?f de?ildir. Sonu?ta, ?s?t?lan hava her zaman odan?n tepesine ??kar. Ve tam tersine, alttaki so?uk olan d???yor. Daha sonra o da ?s?n?p tekrar y?kselir ve bu s?re zarf?nda ?st katman so?uyarak d??er.

S?zle?me do?al veya zorunlu olabilir.

Atmosferde s?rekli olarak do?al bir kongre meydana geliyor. Bunun bir sonucu olarak, s?cak hava k?tlelerinin yukar? do?ru, so?uk hava k?tlelerinin ise a?a?? do?ru s?rekli bir hareketi vard?r. Sonu? olarak r?zgar, bulutlar ve di?er do?a olaylar? ortaya ??kar.

Do?al gelenek yeterli olmad???nda zorunlu gelene?i kullan?yorum. ?rne?in, fan kanatlar? kullan?larak bir odadaki s?cak hava ak??lar? hareket ettirilir.

Termal radyasyon

G?ne? D?nya'y? ?s?t?r. Bu durumda ne ?s? transferi ne de konvansiyon meydana gelir. Peki v?cutlar neden ?s?n?r?

Ger?ek ?u ki G?ne? bir termal radyasyon kayna??d?r.

Termal radyasyon - Bu, v?cudun i? enerjisinden kaynaklanan elektromanyetik radyasyondur. Etraf?m?zdaki t?m cisimler termal enerji yayar. Bu, bir masa lambas?ndan gelen g?r?n?r ???k veya g?r?nmez ultraviyole, k?z?l?tesi veya gama ???nlar? kaynaklar? olabilir.

Ancak bedenler ?s? yaymaktan daha fazlas?n? yapar. Onlar da onu emiyorlar. Baz?lar? daha b?y?k ?l??de, di?erleri daha az ?l??de. ?stelik koyu renkli cisimler, a??k renkli cisimlere g?re daha h?zl? ?s?n?r ve so?ur. S?cak havalarda a??k renkli giysiler giymeye ?al???r?z ??nk? koyu renkli giysilere g?re ?s?y? daha az emerler. Koyu renkli bir araba, yan?nda duran a??k renkli bir arabaya g?re g?ne?te ?ok daha h?zl? ?s?n?r.

Maddelerin ?s?y? farkl? ?ekilde absorbe etme ve yayma ?zelli?i, gece g?r?? sistemlerinin, f?ze g?d?ml? sistemlerin vb. olu?turulmas?nda kullan?l?r.

Termodinamik sistemlerin ?zelliklerini ele alal?m. Genellikle, ?nemli say?da par?ac?ktan olu?an fiziksel makroskopik formlar olarak anla??l?rlar; bunlar, makroskopik ?zellikleri tan?mlamak i?in her bir par?ac???n kullan?m?n? ima etmez.

Bu t?r sistemlerin kurucu bile?enleri olan malzeme par?ac?klar?n?n do?as?na ili?kin herhangi bir k?s?tlama yoktur. Molek?ller, atomlar, iyonlar, elektronlar, fotonlar ?eklinde sunulabilirler.

?zellikler

Termodinamik sistemlerin ay?rt edici ?zelliklerini analiz edelim. Bir ?rnek, teleskop veya mikroskop kullan?lmadan g?zlemlenebilen herhangi bir nesnedir. B?yle bir sistemin tam bir tan?m?n? vermek i?in, bile?enlerin hacmini, bas?nc?n?, s?cakl???n?, elektriksel polarizasyonunu, manyetik ind?ksiyonunu, kimyasal bile?imini ve k?tlesini belirlemenin m?mk?n oldu?u makroskobik ayr?nt?lar se?ilir.

Herhangi bir termodinamik sistem i?in onlar? ortamdan ay?ran ko?ullu veya ger?ek s?n?rlar vard?r. Bunun yerine, analiz edilen sistemle ?s? de?i?imi durumunda s?cakl?k g?stergesinin de?i?meden kalaca?? kadar y?ksek bir ?s? kapasitesi ile karakterize edilen bir termostat kavram? s?kl?kla kullan?l?r.

Sistem s?n?fland?rmas?

Termodinamik sistemlerin s?n?fland?rmas?n?n ne oldu?unu d???nelim. ?evre ile etkile?iminin niteli?ine ba?l? olarak, a?a??dakileri ay?rt etmek gelenekseldir:

• d?? ?evreyle madde veya enerji al??veri?i yapmayan izole t?rler;
• adyabatik olarak izole edilmi?, d?? ?evreyle madde al??veri?i yapmayan, ancak i? veya enerji al??veri?ine giren;
• Kapal? termodinamik sistemlerde madde al??veri?i yoktur, yaln?zca enerji miktar?ndaki de?i?ikliklere izin verilir;
• a??k sistemler enerji ve maddenin tam aktar?m?yla karakterize edilir;
• k?smen a??k olanlar yar? ge?irgen b?lmelere sahip olabilir, bu nedenle malzeme al??veri?ine tam olarak kat?lamazlar.

A??klamaya ba?l? olarak bir termodinamik sistemin parametreleri karma??k ve basit se?eneklere ayr?labilir.

Basit sistemlerin ?zellikleri

Basit sistemlere denge durumlar? denir; fiziksel durumlar? belirli hacim, s?cakl?k ve bas?n?la belirlenebilir. Bu tip termodinamik sistemlerin ?rnekleri, farkl? y?nlerde ve noktalarda e?it ?zelliklere sahip izotropik cisimlerdir. B?ylece termodinamik dengede olan s?v?lar, gaz halindeki maddeler, kat?lar elektromanyetik ve yer ?ekimi kuvvetlerine, y?zey gerilimine ve kimyasal d?n???mlere maruz kalmazlar. Basit cisimlerin analizi termodinamikte pratik ve teorik a??dan ?nemli ve alakal? olarak kabul edilmektedir.

Bu tip bir termodinamik sistemin i? enerjisi ?evredeki d?nyayla ba?lant?l?d?r. A??klarken, her bir bile?enin par?ac?k say?s? ve maddesinin k?tlesi kullan?l?r.

Karma??k sistemler

Karma??k termodinamik sistemler, basit t?rlere girmeyen termodinamik sistemleri i?erir. ?rne?in bunlar m?knat?slar, dielektrikler, kat? elastik cisimler, s?per iletkenler, faz aray?zleri, termal radyasyon ve elektrokimyasal sistemlerdir. Bunlar? tan?mlamak i?in kullan?lan parametreler olarak yay?n veya ?ubu?un esnekli?ine, faz aray?z?ne ve termal radyasyona dikkat ederiz.

Fiziksel sistem, ara?t?rma i?in se?ilen s?cakl?k ve bas?n? s?n?rlar? dahilinde maddeler aras?nda kimyasal etkile?imin olmad??? bir sistemdir. Ve kimyasal sistemler, bireysel bile?enleri aras?ndaki etkile?imi i?eren se?eneklerdir.

Bir termodinamik sistemin i? enerjisi, onun d?? d?nyadan izolasyonuna ba?l?d?r. ?rne?in, adyabatik bir kabu?un bir ?e?idi olarak bir Dewar ?i?esi hayal edilebilir. Homojen karakter, t?m bile?enlerin benzer ?zelliklere sahip oldu?u bir sistemde ortaya ??kar. Bunlar?n ?rnekleri gaz, kat? ve s?v? ??zeltilerdir. Gaz halindeki homojen faz?n tipik bir ?rne?i D?nya'n?n atmosferidir.

Termodinami?in ?zellikleri

Bilimin bu b?l?m?, enerjinin sal?n?m? ve emilmesiyle ili?kili temel s?re? modellerinin incelenmesiyle ilgilidir. Kimyasal termodinamik, bir sistemi olu?turan par?alar?n kar??l?kl? d?n???mlerinin incelenmesini, belirli ko?ullar alt?nda (bas?n?, s?cakl?k, hacim) bir enerji t?r?nden di?erine ge?i? modellerinin olu?turulmas?n? i?erir.

Termodinamik ara?t?rman?n nesnesi olan sistem, di?er ger?ek nesnelerle bir aray?zle ayr?lan ?ok say?da molek?l de dahil olmak ?zere herhangi bir do?al nesne bi?iminde temsil edilebilir. Bir sistemin durumu, onun termodinamik a??dan belirlenmesini m?mk?n k?lan ?zelliklerinin toplam? anlam?na gelir.

??z?m

Her sistemde bir enerji t?r?nden di?erine ge?i? g?zlenir ve termodinamik denge kurulur. Enerjinin d?n???mleri, de?i?imleri ve korunumuyla ilgili ayr?nt?l? ?al??mayla ilgilenen fizik b?l?m? ?zellikle ?nemlidir. ?rne?in, kimyasal kinetikte sadece bir sistemin durumunu tan?mlamak de?il, ayn? zamanda sistemin istenilen y?nde yer de?i?tirmesine katk?da bulunan ko?ullar? da hesaplamak m?mk?nd?r.

S?z konusu d?n???m?n entalpisi ve entropisini ili?kilendiren Hess yasas?, kendili?inden meydana gelen bir reaksiyonun olas?l???n? belirlemeyi ve bir termodinamik sistem taraf?ndan sal?nan (absorbe edilen) ?s? miktar?n? hesaplamay? m?mk?n k?lar.

Termodinami?in temellerine dayanan termokimya pratik ?neme sahiptir. Kimyan?n bu b?l?m? sayesinde, ?retimde yak?t verimlili?ine ili?kin ?n hesaplamalar ve belirli teknolojilerin fiili ?retime dahil edilmesinin fizibilitesi ger?ekle?tirilir. Termodinamikten elde edilen bilgiler, esneklik, termoelektriklik, viskozite ve m?knat?slanma olgular?n?n ?e?itli malzemelerin end?striyel ?retimi i?in uygulanmas?n? m?mk?n k?lar.

Uzun bir s?re fizik?iler ve di?er bilimlerin temsilcileri, deneyleri s?ras?nda g?zlemlediklerini a??klaman?n bir yolunu buldular. Ortak bir g?r???n bulunmamas? ve ?ok say?da terimin birdenbire ortaya ??kmas?, meslekta?lar aras?nda kafa kar???kl???na ve yanl?? anlamalara yol a?t?. Zamanla fizi?in her dal? kendi yerle?ik tan?mlar?n? ve ?l?? birimlerini edindi. Sistemdeki makroskopik de?i?ikliklerin ?o?unu a??klayan termodinamik parametreler bu ?ekilde ortaya ??kt?.

Tan?m

Durum parametreleri veya termodinamik parametreler, birlikte ve her biri ayr? ayr? g?zlemlenen sistemi karakterize edebilen bir dizi fiziksel b?y?kl?kt?r. Bunlar a?a??daki gibi kavramlar? i?erir:

• s?cakl?k ve bas?n?;
• konsantrasyon, manyetik ind?ksiyon;
• entropi;
• entalpi;
• Gibbs ve Helmholtz enerjileri ve di?erleri.

Yo?un ve kapsaml? parametreler var. Kapsaml? olanlar do?rudan termodinamik sistemin k?tlesine ba?l? olanlard?r ve yo?un olanlar ise di?er kriterlere g?re belirlenenlerdir. T?m parametreler e?it derecede ba??ms?z de?ildir, bu nedenle sistemin denge durumunu hesaplamak i?in ayn? anda birka? parametrenin belirlenmesi gerekir.

Ayr?ca fizik?iler aras?nda baz? terminolojik anla?mazl?klar da vard?r. Ayn? fiziksel ?zellik, farkl? yazarlar taraf?ndan bir s?re?, bir koordinat, bir miktar, bir parametre, hatta sadece bir ?zellik olarak adland?r?labilir. Her ?ey bilim adam?n?n onu hangi i?erikte kulland???na ba?l?d?r. Ancak baz? durumlarda belgeleri, ders kitaplar?n? veya emirleri haz?rlayanlar?n uymas? gereken standartla?t?r?lm?? tavsiyeler vard?r.

s?n?fland?rma

Termodinamik parametrelerin ?e?itli s?n?fland?rmalar? vard?r. Dolay?s?yla, ilk noktaya dayanarak, t?m miktarlar?n ?u ?ekilde b?l?nebilece?i zaten bilinmektedir:

• kapsaml? (katk? maddesi) - bu t?r maddeler ekleme kanununa uyar, yani de?erleri i?eriklerin miktar?na ba?l?d?r;
• yo?un - etkile?im s?ras?nda seviyelendikleri i?in reaksiyon i?in ne kadar maddenin al?nd???na ba?l? de?ildirler.

Sistemi olu?turan maddelerin bulundu?u ko?ullara ba?l? olarak miktarlar, faz reaksiyonlar?n? ve kimyasal reaksiyonlar? tan?mlayan miktarlara b?l?nebilir. Ayr?ca reaktanlar?n da hesaba kat?lmas? gerekir. Bunlar ?unlar olabilir:

• termomekanik;
• termofiziksel;
• Termokimyasal.

Ek olarak, herhangi bir termodinamik sistem belirli bir i?levi yerine getirir; b?ylece parametreler, bir reaksiyonun sonucu olarak elde edilen i?i veya ?s?y? karakterize edebilir ve ayr?ca par?ac?klar?n k?tlesini aktarmak i?in gereken enerjinin hesaplanmas?na olanak tan?r.

Durum De?i?kenleri

Termodinamik de dahil olmak ?zere herhangi bir sistemin durumu, ?zelliklerinin veya karakteristiklerinin bir kombinasyonu ile belirlenebilir. Tamamen yaln?zca belirli bir anda belirlenen ve sistemin bu duruma tam olarak nas?l geldi?ine ba?l? olmayan t?m de?i?kenlere, durumun termodinamik parametreleri (de?i?kenleri) veya durumun i?levleri denir.

De?i?ken fonksiyonlar zamanla de?i?miyorsa sistem dura?an olarak kabul edilir. Se?eneklerden biri termodinamik dengedir. Sistemdeki en k???k de?i?iklik bile zaten bir s?re?tir ve durumun bir ila birka? de?i?ken termodinamik parametresini i?erebilir. Bir sistemin durumlar?n?n s?rekli olarak birbirine d?n??t??? diziye “s?re? yolu” denir.

Ne yaz?k ki, ayn? de?i?ken ba??ms?z olabilece?inden veya birka? sistem fonksiyonunun eklenmesinin sonucu olabilece?inden, terimlerle ilgili kar???kl?k hala mevcuttur. Bu nedenle “durum fonksiyonu”, “durum parametresi”, “durum de?i?keni” gibi terimler e?anlaml? olarak kabul edilebilir.

S?cakl?k

Termodinamik bir sistemin durumunun ba??ms?z parametrelerinden biri s?cakl?kt?r. Denge durumunda bir termodinamik sistemdeki par?ac?k birimi ba??na kinetik enerji miktar?n? karakterize eden bir miktard?r.

Kavram?n tan?m?na termodinamik a??s?ndan yakla??rsak s?cakl?k, sisteme ?s? (enerji) eklendikten sonra entropi de?i?imiyle ters orant?l? bir niceliktir. Sistem dengede oldu?unda s?cakl?k de?eri t?m “kat?l?mc?lar” i?in ayn?d?r. S?cakl?k fark? varsa, enerji s?cak cisim taraf?ndan verilir ve so?uk cisim taraf?ndan emilir.

Enerji eklendi?inde d?zensizli?in (entropinin) artmad???, aksine azald??? termodinamik sistemler vard?r. Ek olarak, e?er b?yle bir sistem, s?cakl??? kendisininkinden daha y?ksek olan bir cisimle etkile?ime girerse, o zaman kinetik enerjisini bu cisme b?rakacakt?r ve bunun tersi de ge?erli de?ildir (termodinamik kanunlar?na g?re).

Bas?n?

Bas?n?, bir cismin y?zeyine dik olarak etki eden kuvveti karakterize eden bir miktard?r. Bu parametreyi hesaplamak i?in kuvvet miktar?n?n tamam?n? nesnenin alan?na b?lmek gerekir. Bu kuvvetin birimi paskal olacakt?r.

Termodinamik parametreler s?z konusu oldu?unda, gaz kendisine sunulan t?m hacmi kaplar ve ayr?ca onu olu?turan molek?ller s?rekli olarak kaotik bir ?ekilde hareket eder ve birbirleriyle ve i?inde bulunduklar? kapla ?arp???r. Maddenin kab?n duvarlar?na veya gaz?n i?ine yerle?tirilen g?vdeye bask? yapmas?na neden olan bu darbelerdir. Molek?llerin ?ng?r?lemeyen hareketi nedeniyle kuvvet, tam olarak her y?ne e?it olarak da??t?l?r. Bas?nc? artt?rmak i?in sistemin s?cakl???n? artt?rmak gerekir ve bunun tersi de ge?erlidir.

?? enerji

Sistemin k?tlesine ba?l? olan ana termodinamik parametreler i? enerjiyi i?erir. Bir maddenin molek?llerinin hareketinden kaynaklanan kinetik enerjinin yan? s?ra molek?ller birbirleriyle etkile?ime girdi?inde ortaya ??kan potansiyel enerjiden olu?ur.

Bu parametre a??kt?r. Yani, i? enerjinin de?eri, nas?l elde edildi?ine bak?lmaks?z?n, sistem kendisini istenen durumda buldu?unda her zaman sabittir.

?? enerjiyi de?i?tirmek imkans?zd?r. Sistemin ?retti?i ?s? ve ?retti?i i?ten olu?ur. Baz? i?lemlerde s?cakl?k, entropi, bas?n?, potansiyel ve molek?l say?s? gibi di?er parametreler de dikkate al?n?r.

Entropi

Termodinami?in ikinci yasas? entropinin azalmad???n? belirtir. Ba?ka bir form?lasyon, enerjinin asla daha d???k s?cakl?ktaki bir v?cuttan daha s?cak olana ge?medi?ini varsayar. Bu da, v?cutta mevcut olan t?m enerjinin i?e aktar?lmas? m?mk?n olmad???ndan, s?rekli hareket eden bir makine yaratma olas?l???n? reddeder.

“Entropi” kavram? 19. y?zy?l?n ortalar?nda kullan?ma sunuldu. Daha sonra sistemin s?cakl???na g?re ?s? miktar?nda bir de?i?iklik olarak alg?land?. Ancak b?yle bir tan?m yaln?zca s?rekli denge halinde olan s?re?ler i?in uygundur. Bundan ?u sonucu ??karabiliriz: E?er sistemi olu?turan cisimlerin s?cakl??? s?f?ra yakla??yorsa, entropi de s?f?r olacakt?r.

Bir gaz?n durumunun termodinamik bir parametresi olarak entropi, par?ac?klar?n d?zensizli?inin, kaotik hareketinin ?l??s?n?n bir g?stergesi olarak kullan?l?r. Belirli bir alan ve kaptaki molek?llerin da??l?m?n? belirlemek veya bir maddenin iyonlar? aras?ndaki etkile?imin elektromanyetik kuvvetini hesaplamak i?in kullan?l?r.

Entalpi

Entalpi, sabit bas?n?ta ?s?ya (veya i?e) d?n??t?r?lebilen enerjidir. Bu, ara?t?rmac?n?n entropi d?zeyini, molek?l say?s?n? ve bas?nc? bilmesi durumunda denge durumunda olan bir sistemin potansiyelidir.

?deal bir gaz?n termodinamik parametresi belirtilirse entalpi yerine “geni?letilmi? sistemin enerjisi” form?lasyonu kullan?l?r. Bu de?eri a??klamay? kolayla?t?rmak i?in, bir piston (?rne?in i?ten yanmal? bir motor) taraf?ndan e?it ?ekilde s?k??t?r?lan gazla dolu bir kap hayal edebilirsiniz. Bu durumda entalpi sadece maddenin i? enerjisine de?il ayn? zamanda sistemi gerekli duruma getirmek i?in yap?lmas? gereken i?e de e?it olacakt?r. Bu parametrenin de?i?tirilmesi yaln?zca sistemin ba?lang?? ve son durumuna ba?l?d?r ve bunun elde edilece?i yol ?nemli de?ildir.

Gibbs'in enerjisi

Termodinamik parametreler ve s?re?ler ?o?unlukla sistemi olu?turan maddelerin enerji potansiyeli ile ili?kilidir. Dolay?s?yla Gibbs enerjisi sistemin toplam kimyasal enerjisine e?de?erdir. Kimyasal reaksiyonlar s?ras?nda hangi de?i?ikliklerin meydana gelece?ini ve maddelerin etkile?ime girip girmeyece?ini g?sterir.

Bir reaksiyon s?ras?nda sistemin enerji miktar?n?n ve s?cakl???n?n de?i?mesi, entalpi ve entropi gibi kavramlar? etkiler. Bu iki parametre aras?ndaki fark Gibbs enerjisi veya izobarik-izotermal potansiyel olarak adland?r?lacakt?r.

Bu enerjinin minimum de?eri, sistemin dengede olmas? ve bas?nc?n?n, s?cakl???n?n ve madde miktarlar?n?n de?i?memesi durumunda g?zlenir.

Helmholtz enerjisi

Helmholtz enerjisi (di?er kaynaklara g?re - basit?e serbest enerji), bir sistemin d???ndaki cisimlerle etkile?ime girdi?inde kaybedece?i potansiyel enerji miktar?n? temsil eder.

Helmholtz serbest enerjisi kavram? genellikle bir sistemin ger?ekle?tirebilece?i maksimum i?in ne kadar oldu?unu, yani maddeler bir durumdan di?erine ge?erken ne kadar ?s? a???a ??kaca??n? belirlemek i?in kullan?l?r.

Sistem termodinamik denge durumundaysa (yani herhangi bir i? yapm?yorsa), serbest enerji seviyesi minimumdad?r. Bu, s?cakl?k, bas?n?, par?ac?k say?s? gibi di?er parametrelerde de de?i?iklik olmayaca?? anlam?na gelir.

Termodinamik sistem- bu, ?evreden ger?ek veya hayali s?n?rlarla ayr?lan maddi d?nyan?n bir par?as?d?r ve termodinamik ?al??man?n amac?d?r. Ortam hacim olarak ?ok daha b?y?kt?r ve bu nedenle i?indeki de?i?iklikler, sistemin durumundaki de?i?ikliklerle kar??la?t?r?ld???nda ?nemsizdir. Bir veya daha fazla g?vdeden olu?an mekanik sistemlerden farkl? olarak, termodinamik sistem ?ok fazla say?da par?ac?k i?erir; bu da tamamen yeni ?zelliklerin ortaya ??kmas?na neden olur ve bu t?r sistemlerin durum ve davran???n? tan?mlamak i?in farkl? yakla??mlar gerektirir. Termodinamik sistem makroskobik nesne.

Termodinamik sistemlerin s?n?fland?r?lmas?

1. Kompozisyona g?re

Bir termodinamik sistem bile?enlerden olu?ur. Bile?en - sistemden izole edilebilen ve onun d???nda var olabilen bir maddedir; bile?enler ba??ms?z maddelerdir.

Tek bile?enli.

?ki bile?enli veya ikili.

?? bile?enli - ??l?.

?ok bile?enli.

2. Faz bile?imine g?re– homojen ve heterojen

Homojen sistemler, ba?ta s?cakl?k, bas?n?, konsantrasyon olmak ?zere sistemin herhangi bir noktas?nda ayn? makroskobik ?zelliklere sahiptir ve ayr?ca k?r?lma indisi, dielektrik sabiti, kristal yap? vb. gibi bir?ok ba?ka ?zelli?e sahiptir. Homojen sistemler tek fazdan olu?ur.

Faz sistemin homojen bir par?as?d?r, di?er fazlardan bir aray?zle ayr?l?r ve kendi durum denklemiyle karakterize edilir. Toplaman?n a?amas? ve durumu ?rt??en kavramlard?r ancak ayn? kavramlar de?ildir. Toplaman?n yaln?zca 4 durumu vard?r; daha bir?ok a?ama olabilir.

Heterojen Sistemler en az iki a?amadan olu?ur.

3. ?evreyle ba?lant? t?r?ne g?re(?evre ile de?i?im imkanlar?na g?re).

?zole sistem ?evreyle ne enerji ne de madde al??veri?inde bulunur. Bu, prensipte deneysel olarak incelenemeyen idealle?tirilmi? bir sistemdir.

Kapal? Sistem ?evreyle enerji al??veri?i yapabilir ancak madde al??veri?i yapmaz.

A??k sistem hem enerji hem de madde al??veri?i yapar

TDS durumu

TDS durumu?l??lebilir t?m makroskopik ?zelliklerinin toplam?d?r ve bu nedenle niceliksel bir ifadeye sahiptir. ?zelliklerin makroskobik do?as?, bunlar?n yak?n ikili yap?y? (T, p, V, c, U, nk) olu?turan tek tek par?ac?klara de?il, yaln?zca bir b?t?n olarak sisteme atfedilebilece?i anlam?na gelir. Devletin niceliksel ?zellikleri birbiriyle ba?lant?l?d?r. Bu nedenle, ad? verilen minimum bir sistem ?zellikleri k?mesi vard?r. parametreler spesifikasyonu sistemin ?zelliklerini tam olarak tan?mlamam?za olanak tan?r. Bu parametrelerin say?s? sistemin tipine ba?l?d?r. En basit durumda, denge durumundaki kapal? homojen bir gaz sistemi i?in yaln?zca 2 parametrenin ayarlanmas? yeterlidir. A??k bir sistem i?in sistemin bu 2 ?zelli?ine ek olarak her bile?enin mol say?s?n?n da belirtilmesi gerekir.

Termodinamik de?i?kenler ikiye ayr?l?r:

- harici, sistemin ortamdaki ?zellikleri ve koordinatlar? taraf?ndan belirlenen ve sistemin ?evre ile temaslar?na ba?l? olan, ?rne?in k?tle ve bile?en say?s?, elektrik alan kuvveti, bu gibi de?i?kenlerin say?s? s?n?rl?d?r;

- dahili, sistemin ?zelliklerini karakterize eden, ?rne?in yo?unluk, i? enerji, bu t?r parametrelerin say?s? s?n?rs?zd?r;

- yayg?n, sistemin k?tlesiyle veya par?ac?k say?s?yla (?rne?in hacim, enerji, entropi, ?s? kapasitesi) do?ru orant?l? olan;

-yo?un, s?cakl?k, bas?n? gibi sistemin k?tlesine ba?l? olmayanlar.

TDS parametreleri birbiriyle a?a??daki ili?ki ad? verilen bir ili?kiyle ili?kilidir: denklem durumu sistemler. Genel g?r?n?m? F(p,V , T)= 0. FH'nin en ?nemli g?revlerinden biri herhangi bir sistemin durum denklemini bulmakt?r. ?u ana kadar kesin hal denklemi yaln?zca ideal gazlar i?in biliniyordu (Clapeyron-Mendeleev denklemi).

pV = nRT, ( 1.1)

Nerede R– evrensel gaz sabiti = 8,314 J/(mol.K).

[p] = Pa, 1 atm = 1,013*10 5 Pa = 760 mm Hg,

[V] = m3, [T] = K, [n] = mol, N = 6,02*1023 mol-1. Ger?ek gazlar bu denklemle yaln?zca yakla??k olarak tan?mlan?r ve bas?n? ne kadar y?ksek ve s?cakl?k ne kadar d???k olursa, bu durum denkleminden sapma da o kadar b?y?k olur.

Ay?rt etmek denge Ve dengesizlik TDS'nin durumu.

Klasik termodinamik genellikle yak?n ikili sistemlerin denge durumlar?n?n dikkate al?nmas?yla s?n?rl?d?r. Denge - bu, TDS'nin kendili?inden geldi?i ve d?? etkilerin yoklu?unda s?resiz olarak var olabilece?i durumdur. Denge durumunu belirlemek i?in her zaman dengesiz sistemlere g?re daha az say?da parametre gerekir.

Denge durumu ikiye ayr?l?r:

- s?rd?r?lebilir(kararl?) durum; sonsuz k???k bir etkinin yaln?zca son derece k???k bir durum de?i?ikli?ine neden oldu?u ve bu etki ortadan kald?r?ld???nda sistemin orijinal durumuna geri d?nd??? durum;

- yar? kararl? baz? nihai etkilerin, bu etkiler ortadan kald?r?ld???nda kaybolmayan son durum de?i?ikliklerine neden oldu?u bir durumdur.

Termodinamik de?i?kenlerden en az birindeki de?i?iklikle ili?kili olarak yak?n cisim sisteminin durumundaki de?i?ikli?e denir. termodinamik s?re?. Termodinamik s?re?lerin tan?m?n?n bir ?zelli?i, bunlar?n ?zelliklerdeki de?i?im oranlar?yla de?il, de?i?imlerin b?y?kl???yle karakterize edilmesidir. Termodinamikte bir s?re?, bir sistemin ba?lang??taki termodinamik parametreler k?mesinden sonuncusuna kadar giden durumlar?n bir dizisidir. A?a??daki termodinamik s?re?ler ay?rt edilir:

- kendili?inden, uygulanmas? i?in enerji harcaman?za gerek olmayan;

- kendili?inden olmayan, yaln?zca enerji harcand???nda meydana gelir;

- geri d?nd?r?lemez(veya dengesizlik) - s?recin bir sonucu olarak sistemi orijinal durumuna d?nd?rmek m?mk?n olmad???nda.

-geri d?n???ml? - bunlar ayn? ara durumlardan ileri ve geri ge?en idealle?tirilmi? s?re?lerdir ve d?ng? tamamland?ktan sonra ne sistemde ne de ortamda herhangi bir de?i?iklik g?zlenmez.

Durum i?levleri– bunlar yaln?zca durumun parametrelerine ba?l? olan ancak bunu ba?arma y?ntemine ba?l? olmayan sistemin ?zellikleridir.

Durum fonksiyonlar? a?a??daki ?zelliklerle karakterize edilir:

Sonsuz k???k fonksiyon de?i?ikli?i F toplam bir diferansiyeldir df;

Durum 1'den durum 2'ye ge?i? s?ras?nda fonksiyondaki de?i?iklik yaln?zca bu durumlar taraf?ndan belirlenir ? sd = f 2 – f 1

Herhangi bir d?ng?sel s?recin sonucunda durum fonksiyonu de?i?mez; s?f?ra e?ittir.

Is? ve i?– RDS ile ?evre aras?ndaki enerji al??veri?i y?ntemleri. Is? ve i? bir s?recin ?zellikleridir; durumun i?levleri de?ildir.

??- Bir nesnenin y?nlendirilmi? hareketi meydana geldi?inde makroskobik d?zeyde bir enerji al??veri?i bi?imi. ??, sistem taraf?ndan d?? kuvvetlere kar?? yap?l?yorsa pozitif kabul edilir.

S?cakl?k– mikroskobik d?zeyde bir enerji al??veri?i bi?imi, yani molek?llerin kaotik hareketinde bir de?i?iklik ?eklinde. Genel olarak sistemin ald??? ?s?n?n ve ?zerinde yap?lan i?in pozitif oldu?u kabul edilir. “Egoist prensip” i?liyor .

?zellikle termodinamikte en yayg?n kullan?lan enerji ve i? birimleri SI joule (J) ve sistemik olmayan birim kaloridir (1 cal = 4,18 J).

Nesnenin do?as?na ba?l? olarak farkl? ?al??ma t?rleri ay?rt edilir:

1. Mekanik - v?cut hareketi

dA fur = - F ex dl.(2.1)

??, kuvvet ve yer de?i?tirmenin 2 vekt?r?n?n skaler ?arp?m?d?r;

|dA k?rk | = F dl ??nk?a. D?? kuvvetin y?n? i? kuvvetlerin yapt??? hareketin tersi ise, o zaman ??nk?a < 0.

2. Uzatma i?lemi (gaz genle?mesi ?o?unlukla dikkate al?n?r)

dA = - p dV (1.7)

Ancak bu ifadenin yaln?zca tersinir bir s?re? i?in ge?erli oldu?u unutulmamal?d?r.

3. Elektrik – elektrik y?klerinin hareketi

dA el = -jdq,(2.2)

Nerede J- elektrik potansiyeli.

4. Y?zeysel – y?zey alan?nda de?i?iklik,

dA y?zeyi = -sdS,(2.3)

Nerede S- y?zey gerilimi.

5. ??e ili?kin genel ifade

dA = - Ydx,(2.4)

e– genelle?tirilmi? kuvvet, dx- genelle?tirilmi? koordinat, dolay?s?yla i? ?u ?ekilde d???n?lebilir: yo?un bir fakt?r ile kapsaml? bir fakt?rdeki de?i?imin ?r?n?d?r.

6. Geni?letme i?i d???ndaki t?m i? t?rlerine denir kullan??l? i? (dA'). dA = рdV + dА’ (2,5)

7. Benzetme yoluyla kavram? tan?tabiliriz kimyasal y?nde hareket ederken ?al???n k-inci kimyasal madde, nk– kapsaml? ?zellik, yo?un parametre ise m k kimyasal potansiyel denir k-inci madde

dA kimyasal = -Sm k dn k. (2.6)