... konulu sunumlar: "Termodinamiğin İkinci Kanunu"— Sunum transkripti:
1Termodinamiğin İkinci Kanunu Termodinamiğin ikinci kanunu iş yapabilen ısı miktarına sınırlama getirir. Böylece termodinamiğin birinci yasasına göre sınırlama olmayan ısı makinelerinin verimine sınırlama getirir.Termodinamiğin ikinci kanunu ısının akış yönü kısıtlar, mükemmel bir ısı makinesini veya soğutucuyu imkansızlaştırır ve en iyi verimi Carnot makinesinde elde eder.Termodinamiğin ikinci kanunu zamanın yönünü tespit eden entropiyle ifade edilebilir.QMotorWVerim=100/100=1SoğukSıcakQTermodinamiğin birinci kanununa göre mümkün fakat termodinamiğin ikinci kanununa göre mümkün değil.
2Bu bulgular termodinamiğin ikinci kanunu içerisinde özetlenir. 1. Herhangi bir ısıl sistem içerisindeki enerjinin tamamı işe dönüştürülemez.2. Kendiliğinden oluşan değişimler yalnızca bazı yollarla ve yönlerde gerçekleşir.MakinelerIsı makinesi, ısıl enerjiyi mekanik enerjiye dönüştüren bir aygıttır.Atık, egzoz gazıYakıtın yandığı hazneYakıtın yandığı hazneMotorAtık, egzoz gazıMotorSürekli iş üreten bir makine iki önemli özelliğe sahip olmalı1) Çevrimsel çalışmalı.2) En az iki ısı kaynağı olmalı.
3● 1 ● 2 WT= W-W’ P V Th Isı kaynağı W Tc Isı kaynağı W’ W>W’ olmalı Gazın yaptığı net işTh Isı kaynağıQhWTc Isı kaynağıQcW’W>W’ olmalıBir makinenin verimi ısı makinesinin veya motorun aldığı ısıl enerjinin ne kadarının mekanik enerjiye dönüştüğünün bir ölçütüdür. Çevrim sonunda yapılan net işin yakıt tarafından sağlanan toplam ısıl enerjiye oranı olarak tanımlanır.Termodinamiğin ikinci kanunu bir makinenin veriminin %100 ( =1) olamayacağını gösterir.
4Kelvin-Plank ifadesi = Clasius ifadesi ISI MAKİNESİTermodinamiğin ikinci kanunu Kelvin-Plank ifadesiQMotorWQhQcBelli bir sıcaklıktaki tek bir ısı kaynağından sağlanan ısıl enerjinin tamamını işe dönüştüren, çevreden hiç bir etki yaratmayan ve başladığı duruma ulaşan bir makine mümkün değildir.Termodinamiğin ikinci kanunu - Clasius ifadesiBUZDOLABIQhMotorWQcQSoğukSıcakSadece soğuk bir cisimden daha sıcak bir cisme ısıl enerji aktaran ve çevrede bir etki yaratmayan çevrimsel bir motor mümkün değildir.Kelvin-Plank ifadesi = Clasius ifadesi%100 VERİMLE ÇALIŞAN ISI MAKİNESİ VEYA SOĞUTUCU MÜMKÜN DEĞİLDİR.Soru: Bir makinenin verimi en fazla ne kadar olabilir?Cevap: CARNOT TEOREMİ
5Carnot Teoremi: İki ısı kaynağı arasında tersinir olarak çalışan bir makineden daha verimli bir makine olamaz.Carnot MakinesiISI BANYOSU ThThİzotermal genleşmeQhTcAdyabatik genleşmeISI BANYOSU TcQcİzotermal sıkışmaAdyabatik sıkışmaABDABCCD
6P Çevrim sonucunda A Qh>0 B Th W C Tc D Qc<0 V Carnot makinesi dört tersinir süreçten oluşur:1) Sıcak ısı kaynağından (Th) ısıl enerji alarak, eş sıcaklıklı tersinir genleşme(AB) Th=sabit, VA VB , PA PB2) Daha düşük sıcaklığa (Tc) , adyabatik tersinir genleşme(BC) ThTc , VB VC , PB PC3) Düşük sıcaklıkdaki ısı kaynağına (Tc) ısıl enerji vererek, eş sıcaklıklı tersinir sıkışma(CD) TC=sabit, VC VD , PC PD4) Başlangıçtaki denge durumuna (Th , VA, PA ) , adyabatik tersinir genleşme(DA) TcTh , VD VA , PD PAThTcQh>0Qc<0ABCDWPVÇevrim sonucunda
8The Diesel Çevrim Adyabatik sıkışma Sabit basınçta sıcaklık ısıtma Adyabatik genleşmeSabit hacimde soğutma,çevreye atılan atık.
9Buzdolabı veya sokak Tc Soğutucu / Isıtıcı motor Soğutucular-IsıtıcılarOda ThBuzdolabı veya sokak TcQcQhWSoğutucu / Isıtıcı motorÇevrim sonucunda1. Yasaya görebuzdolabıSoğutucumotorTcQcWQhOdaısıtıcıSokakThTcQh<0Qc>0ABCDW<0PVİdeal gazlı Carnot soğutucusuSoğutucunun / ısıtıcının performans katsayısı
10 Th Entropi ve Termodinamiğin İkinci Kanunu Bir Carnot çevriminde P Herhangi bir tersinir çevrim çok sayıda küçük Carnot çevrimlerinin toplamı olarak ifade edilebilir.PVadyabatizotermSonsuz küçük Carnot çevrimiThTcdQcdQhMakinedWGözönüne alınan çevrim içinTersinir bir çevrim sonucunda dQ/T lerin toplamı sıfırdır.
11dQ bir tam diferansiyel değildir, yani Q bir durum fonksiyonu değildir ancak dQ/T bir tam diferansiyeldir çünkü /T ‘ye integrasyon çarpanı denir.Buradaki dQ/T bir durum fonksiyonunun diferansiyelidir. Bunun herhangi iki denge durumu arasındaki integrali durum fonksiyonundaki değişimi verir.Bu yeni durum fonksiyonuna ENTROPİ (S) denir.a’dan b’ye tersinir bir süreç sonunda sistemin entropisindeki değişimNasıl, işin tüm süreçler için geçerli olan bir ifadesi var iseartık, ısının da tüm süreçler için geçerli olan bir ifadesi var
12 Tersinmez (kendiliğinden gerçekleşen) süreçlerde entropi Özet: Tersinmez süreçTersinir süreçTersinir bir süreç içinSonsuz küçük tersinmez bir çevrim içinHerhangi bir tersinmez çevrim bu sonsuz küçük tersinmez çevrimlerin toplamı olarak ifade edilebilir.Özet:Tersinir bir çevrim içinTersinmez bir çevrim içinClausius eşitsizliği
13Tersinmez bir süreçte entropi değişimi Clausius eşitsizliği, herhangi bir çevrim sonunda dQ/T lerin toplamı ya sıfırdır (tersinir çevrim) ya da sıfırdan küçüktür (tersinmez çevrim). Çevrim ister tersinir olsun ister tersinmez, entropi değişimi sıfırdır.Tersinmez bir süreçte entropi değişimiBir çevrimin, bir kısmı tersinir ve bir kısmı tersinmez ise net çevrim, tersinmezdir.TersinirTersinmezabveolduğu kolayca bulunurTersinir bir süreçTersinmez bir süreç