Tersinmez süreç

Tersinir süreç

is

0S“Tersinir veya tersinmez, bütün çevrimlerde sistem başlangıç durumuna döndüğü için (i=s) sistemin entropi değişimi sıfırdır. Çünkü entropi bir durum fonksiyonudur ve sadece sistemin ilk ve son durumuna bağlıdır.”

Tersinir bir çevrim için 0 T

dQt

Tersinmez bir çevrim için 0 T

dQ tz0T

dQ

i

s Tersinir bir süreç ST

dQs

i

t

Tersinmez bir süreç ST

dQs

i

tz

S

T

dQs

i

s

i T

dQS

“Tersinir veya tersinmez, herhangi iki denge durumu arasındaki bütün süreçlerde entropi değişimi aynıdır. Çünkü entropi bir durum fonksiyonudur ve sadece sistemin ilk ve son durumuna bağlıdır.”

Termodinamiğin İkinci Kanunu

“Tamamen yalıtılmış bir sistemin entropisi hiçbir zaman azalmaz, artar veya sabit kalır.”

Tamamen yalıtılmış bir sistemin çevre ile ısıl enerji alışverişi olmaz. (Q=0)

0dQ s

i T

dQS 0S

0Q0S

0SYalıtılmış sistem içindeki değişimler tersinir ise 0S

Yalıtılmış sistem içindeki değişimler tersinmez ise 0S

0S

“Yalıtılmış bir sistemde gerçekleşen kendiliğinden değişimler (tersinmez süreç), sistemin daima entropisini arttırır.” Çevremiz evrenin bir parçasıdır ve evrenin başka sistemle teması olmayan yalıtılmış bir sistemdir. Çevremizde kendiliğinden gerçekleşen bütün değişimler evrenin entropisini arttırır.

0S

Evren

Kapalı sistemlerde kendiliğinden gerçekleşen süreçlerSerbest genleşme

ilk durum son durum

sistem

Ç E V R E

Vi, Pi, T Vs, Ps, T

-Sistem, sınırlarını değiştirmediği için çevreye karşı bir iş yapmaz W=0.

-Sistemin sınırları yalıtıldığı için çevre ile ısıl enerji alış verişi olmaz Q=0.

-Böylece, serbest genleşen sistemin iç enerjisi değişmez E=0 ve sıcaklığı sabittir T= sabit.

-Ancak sistem serbest genleşirken hacmi ve basıncı değişir. Gaz serbest genleşirken kendi moleküllerine karşı iş yapar. Bu esnada sistemin entropisi değişir S0.

i

s

i

sP

i

s

i

sV

s

i

s

i

V

P

PnR

T

Tnc

V

VnR

T

Tnc

T

PdVdTnc

T

dQS lnlnlnln

V

P

Serbest genleşme, kendiliğinden gerçekleşen tersinmez süreç.

İlk durumdan son duruma tersinir bir süreç (eşsıcaklıklı), entropi değişimi bu süreçten yararlanarak hesaplanabilir.

0lnln i

s

i

s

P

PnR

V

VnRS

İdeal gazın entropi değişimi

Serbest genleşen İdeal gazın entropi değişimi

Isıl enerjinin sıcak cisimden soğuk cisme akması

T1 T2

QQT T

Kendiliğinden gerçekleşen bir süreçte ısıl enerji daima sıcak cisimden daha soğuk olana doğru akar. Bu süreç sonunda sistemin antropisi mutlaka artar.

s

i

s

iT

dQ

T

dQ

SSS

021

21

ilk durum son durumÇ E V R E

Serbest genleşme ve ısıl enerjinin sıcak cisimden soğuk cisme akması gibi kendiliğinden gerçekleşen süreçlerde yönlülük birçok olasılık içeren süreçlerin gerçekleşebilme yollarının sayısına bağlıdır. Bazı sonuçların daha olası olmasının sebebi mümkün olan durumların sayısının bu sonuç için daha çok olmasıdır.

T1 T2

T1 T2

Q

Q

Mümkün olan ve gerçekleşen sonuç

Mümkün olan ve ancak gerçekleşmeyen sonuç

T1

T2

Q

T1

T2

Q

Dört tane para birlikte havaya atılıyor. Mümkün olan durumlar şunlardır:

YYYY, YYYT, YYTY, YTYY, TYYY, YYTT, YTTY, TTYY, TYTY, YTYT, TYYT, TTTY, TTYT, TYTT, YTTT, TTTT

W=16 mümkün durum vardır. Her durumun gerçekleşme olasılığı P=1/16 dır.

Durum 1 : Paraların hepsinin yazı gelmesi (YYYY), yalnızca 1 durumda gerçekleşir. P=1/16

Durum 2: İki yazı iki tura gelmesi (YYTT, YTTY, TTYY, TYTY, YTYT, TYYT) 6 farklı durumda gerçekleşir. P=6/16

50 tane para birlikte havaya atılıyor. Mümkün olan durumlar şunlardır:

W=2501015 mümkün durum vardır. Her durumun gerçekleşme olasılığı P=1/ 1015 dır.

Durum 1 : Paraların hepsinin yazı gelmesi (YYYY…), yalnızca 1 durumda gerçekleşir. P=1/ 1015 0

Durum 2: Yarısının yazı yarısının tura gelmesi yaklaşık 1014 durumda gerçekleşir. P=1014/1015=0.1

Durum 1

Durum 2

Hangi durum için bahse girersiniz?

Serbest genleşme ve ısıl enerjinin sıcak cisimden soğuk olana doğru akması gibi kendiliğinden gerçekleşen süreçlerde yönlülük bir mucize olmayıp sadece kazanılacağı kesin olan bir bahistir.

P 0

T1

T2

Q

T1

T2

Q

►Termodinamiğin ikinci yasasına göre, yalıtılmış bir sistemde kendiliğinden gerçekleşen süreçler (tersinmez) sistemin entropisini daima arttırır.

► 1. durumda sistem yalıtılmıştır ve kendiliğinden gerçekleşen bir süreç vardır ancak sistemin entropisi azalmıştır. 2. yasaya göre bu mümkün olamaz.

► 2. durumda ise sistem yalıtılmıştır, kendiliğinden gerçekleşen bir süreç vardır ve sistemin entropisi artmıştır. ikinci yasaya göre bu mümkündür.

► 1. Durumda sistem, çok az sayıda durumdan oluşan, gerçekleşme olasılığı çok küçük ve entropisinin azaldığı bir son duruma ulaşır. Bu son durum daha düzenlidir.

► 2. Durumda sistem, çok sayıda durumdan oluşan, gerçekleşme olasılığı çok büyük ve entropisinin arttığı bir son duruma ulaşır. Bu son durum daha düzensizdir.

► Entropi (S) düzenle ilişkilidir. Yalıtılmış bir sistemde, kendiliğinden gerçekleşen (tersinmez) değişimler sonunda sitemin daha düzensiz bir son duruma ulaşması daha olasıdır.

► Tamamen yalıtılmış bir sistemde sistemin entropisi ya artar (tersinmez) ya da sabit kalır (tersinir). Bu durumda sistem ya aynı kalır (tersinir) ya da daha düzensiz bir son duruma ulaşır.

► Entropi mikroskobik düzensizliğin bir ölçüsüdür. Boltzman, entropi ile mikroskobik durumların sayısı arasındaki ilişkinin şu şekilde olması gerektiğini söylemiştir:

Durum 1

Durum 2

s

i T

dQS 0

s

i T

dQS 0

WkS B ln

Entropi ve enerjinin kullanılabilirliğiKapalı bir sistemin enerjisi mutlaka korunur. Ancak tersinmez bir süreçte enerjinin bir kısmı bir iş yapmak için kullanılamaz hale gelir ve harcanır.

h

mghHava sürtünmesi olmasın, sıcaklık sabit kalsın ve şekil değişikliği olmasın. Sistemin mgh mekanik enerjisi ısıl enerjiye dönüşmüştür. Yani ısı yoluyla sistemin iç enerjisi artmıştır. Mgh enerjisi harcanmıştır ve artık iş yapmak için kullanılamaz.Q=mgh

Evrenin entropi değişimi TT

mgh

T

QS

enerjiharcanan

Tersinmez bir süreçte tekrar işe dönüşemeyen, harcanan enerji TdSdWh

Buradaki TS tersinmez bir süreç sonunda harcanan enerjidir ve bir daha iş olarak kullanılamaz.

► Mekanik enerji (mgh, mv2/2) düzenlidir ve işe dönüştürülebilir.

► İç enerji düzensizdir, moleküllerin rasgele hareketinden kaynaklanır ve işe dönüştürülemez.

veya

Sistem tamamen yalıtılmış. Q=0 E=-W, bu gibi değişimlerde iç enerji işe dönüşmüştür yanılgısına düşmemek gerekir. Burada sistem W işini yaparak veya sistem üzerine W işi yapılarak sistemin iç enerjisi değişmiştir. E artık işe dönüştürülemez.

DİKKAT!