Warning: jsMath requires JavaScript to process the mathematics on this page.
If your browser supports JavaScript, be sure it is enabled.

Taner TANRISEVER Ana Sayfasi

Termodinamiğin İkinci Kanunun Temel İfadesi

Doğada bazı süreçler gerçekleşirken, bazı olaylar gerçekleşmez. Örneğin gaz bulunduğu kabı doldurur, sıcak bir cisim soğur. Kimyasal reaksiyonlar ise bir yönde ilerlerler veya bir yöne doğru daha fazla eğilimlidir. Termodinamiğin birinci kanunu enerji değişimleri konusunda fikir vermesine karşın, toplam enerjinin izole olduğu bir sistemde hangi olayın kendiliğinden gerçekleşeceği konusunda herhangi bir şey söylemez.

Bir değişme meydana geldiğinde izole bir sistemin enerjisi sabit kalır fakat hangi şekilde sabit kalacaktır. Başka bir deyişle değişmenin yönü, enerjinin dağılımı ile ilişkili midir? Bu sorunun yanıtlanması gerekir.

Şekil 1 :Zemin Üzerinde Zıplayan bir Top.

Enerji dağılımının rolünü gösterebilmek için yerde sıçrayan bir topu düşünebiliriz. Burada; top sistem, zemini ise çevre olarak düşünebiliriz. Top her sıçrayışında bir önce çıktığı yükseklikten daha az yüksekliğe sıçrar. Bu olayda kendiliğinden meydana gelen değişme topun gittikçe daha az sıçramasıdır. Top kinetik enerjisi yerdeki atomların termal hareketlerine dönüşür. Bununla beraber sıcak bir zemin üzerindeki topun kendiliğinden sıçramaya başladığını da gözlemlemeyiz.

Yukarıdan bırakılan topun, kinetik enerjisinin bir kısmı, zemine çarptığında topdaki veya zemindeki atom veya moleküllerin enerjilerini arttırmak için harcanır. Bu nedenle top ilk bırakıldığı yüksekliğe çıkamaz. Her düşüş sonrası ise çıktığı yükseklik aynı nedenle bir öncekinden daha az olur.

Sonuçta; topun kinetik enerjisi, kendi atomları veya zemindeki atomlarda arasında dağılır.

Bunun tersini gözlemlemeyi de beklemeyiz. Yani duran topa kendi atom veya molekülleri veya zemindeki atom ve moleküllerdeki dağılmış enerjisinin transferi ile topun zıplamaya başlamasını beklemeyiz.

Başka bir örnek olarak; Bir bardak sıcak suyun zamanla sıcaklığının düştüğünüz gözlemleriz. Benzer şekilde bu örnekte de enerjinin çevredeki moleküllere dağılımı söz konusudur.

Şekil 2 deki örnekte ise; başlangıçta bir kap içinde düzenli duran kırmızı ve mavi boncuklar (A) karıştırılsa (B) de görüldüğü gibi hemen hemen homojen olarak birbirine karışır. (B: deki düzen rastlantısal karıştırılarak elde edilmiştir.sayfayı yenileyerek değişimi görebilirsinz.)

(A)

(B)

        :12 8

        :10 10

        :9 11

        :11 9

        :8 12

        :10 10

        :8 12

        :8 12

        :5 15

        :9 11

Şekil 2 : Mavi ve Kırmızı boncukların dağılımı.

Bu üç olayda (topun zıplaması, suyun soğuması, veya bir kaptaki mavi ve kırmızı boncukların karışması) da sonuçlar zaten bizim bildiğimiz ve beklediğimiz gibidir. Bu olayların tersinin kendiliğinden olmasını beklemeyiz. Yani duran top zıplamaya başlamaz, çevresi ile termal dengede olan su kendi kendine ısınmaya başlamaz, yalnızca renkleri farklı olan boncukların bulunduğu çalkalayarak aynı renklerin bir araya toplanmasını beklemeyiz. Böyle bir şey olsa mucize olurdu (Konu ile ilgili Laplance'ın Şeytanı kavramını araştırabilirsiniz.).


Şekil 3 : Rudolf Julius Emanuel Clausius
2 January 1822 - 24 August 1888),
Termodinamiğin kurucularından biri (Alman Fizik ve matematikçisi

1850'lerin başında, Rudolf Clausius termodinamik sistem kavramını ortaya koydu ve geri dönüşü olmayan herhangi bir süreçte az miktarda ısı enerjisinin sistem sınırı boyunca kademeli olarak dağıldığı iddiasını ortaya koydu. Clausius, kayıp enerji fikirlerini geliştirmeye devam etti ve entropi terimini ortaya attı.

İstatistik mekaniğinde entropi sistemi karakterize eden olası durumların sayısı ile ilişkilidir. Entropi, makroskopik değişkenler tarafından tanımlanan bir sistemin alabileceği farklı konfigürasyonların \rm \Omega sayısını ifade eder.

\rm S=k_Bln \Omega

eşitliği ile hesaplanır.

Aynı zamanda bir hal fonksiyonu olan Entropi kendiliğinden meydana gelen değişmelerin yönü hakkında bilgi verir. Termodinamiğin ikinci kanununa göre; İzole bir sistemin entropisi kendiliğinden meydana gelen bir süreçte artar.

Kapalı bir sistemde veya evrende tersinmez ve kendiliğinden meydana gelen süreçlerde toplam entropi artığından bu süreçler entropi üreten süreçler olarak düşünülebilir.


 

Kaynaklar