Adyabatik süreç

Bir sistemin yaptığı iş miktarını nasıl hesaplayacağımızı artık öğrendiğimize göre, yavaş yavaş iş ve sıcaklık ilişkisi üzerinde düşünmeye başlayabiliriz. İsterseniz, yapılan iş miktarının sistemin sıcaklığından nasıl etkilendiğine girmeden önce, iş yapan bir sistemin sıcaklığının süreç esnasında nasıl değiştiği üzerinde duralım. Böylece, iş ve sıcaklık arasındaki ilişki üzerine daha doğru bir sezgi geliştirmemiz mümkün olabilir.

Bir sistem iş yaparken, ya da sistem üzerine iş yapılırken, sistemin basıncı ve hacmi yanında sıcaklığında da bir değişme olmasını bekliyoruz. Bu ilişkinin doğasını kavrayabilmek adına, bir an için sistem ve çevre arasında hiçbir ısı alışverişinin olmadığı bir durum gözümüzde canlandıralım. Termodinamik kapsamında adyabatik (İngilizce: adiabatic) olarak adlandırdığımız bu durum, sistem ile çevre arasında hiçbir şekilde enerji akışı olmadığını ifade ediyor. Örnek olarak, bir fincan içine doldurduğunuz kahvenin zaman geçtikçe soğuyacağını biliyoruz. Bunun nedeni, kahvenin sahip olduğu ısıyı çevreye aktarıyor olması. Eğer kahveyi adyabatik bir şekilde muhafaza edebilirsek, ne kadar uzun bir süre beklersek bekleyelim, kahvenin sıcaklığında bir değişme meydana gelemiyor. Adyabatik süreç denildiğinde, sistemin ısı alışverişine izin vermeyen kusursuz bir termos içinde olduğunu düşünebilirsiniz.

Şimdi, sistemimizi, yani bir miktar ideal gazı, yukarıda tarif ettiğimiz gibi kusursuz bir termos içinde muhafaza ettiğimizi; bu termosun üzerine de, önceki örneklerde olduğu gibi, yukarı aşağı hareket edebilen bir piston yerleştirdiğimizi varsayalım. Pistonun üzerine, termos içindeki gazın basıncını dengeleyecek bir miktar kum koyarak sistemi denge konumuna getirdiğimizi, yani basıncını, hacmini ve sıcaklığını sabitlediğimizi kabul edelim.

Piston üzerinde duran kum yığınından bir kum tanesini kaldırdığımızda, kap içindeki gazın basıncını azalan kum ağırlığıyla dengeleyecek şekilde pistonun bir miktar yukarı hareket ettiğini gözlemleyeceğiz. Şimdi, üzerinde düşünememiz gereken soru şu: bu işlem sonrasında sistemin sıcaklığı ne şekilde değişecek?

Önceki konularda, ideal gaz özellikleri taşıyan bir sistemin iç enerjisinin (U) gaz atomlarının sahip olduğu kinetik enerjiden kaynaklandığını söylemiştik. Kinetik enerjiyi de, atomların hareket ediyor olmalarından kaynaklanan iş yapabilme kapasitesi olarak tarif edip, basitçe, sistemin ortalama sıcaklığının farklı bir ifadesi olarak ele alabileceğimizi belirtmiştik. Bu açıdan baktığımızda, sistemin sıcaklığının yüksek olmasının, gaz atomlarının yüksek kinetik enerjiye sahip olduklarını (yani göreceli olarak hızlı hareket ettiklerini); sistemin sıcaklığının azalmasının ise, atomların kinetik enerjilerinin azaldığını (yani atomların yavaşladıklarını) ifade ettiğini görebiliriz.

O zaman, karşımızdaki soruyu farklı bir açıdan değerlendirmemiz mümkün olabilir: sistemin sıcaklığı nasıl değişecek yerine, atomların ortalama kinetik enerjileri nasıl değişecek, şeklinde de düşünebiliriz bu soru üzerinde.

Kum tanesini kaldırdığımızda, pistonu sistem yukarı itiyor; yani, sistemin iş yaptığı bir durum var karşımızda. Sistem iş yaptığına göre, sahip olduğu iş yapabilme kapasitesinin (yani enerjisinin) bir kısmını harcıyor olması lazım. Öyle de oluyor: atomlar kinetik enerjilerinin bir kısmını süreç içinde kaybediyorlar; yani, pistonu yukarı iterken bir miktar yavaşlıyorlar. Bu da, sistemin kinetik enerjisinin azalması nedeniyle, sıcaklığının da azalacağı anlamına geliyor.

Sürece bu şekilde baktığımızda, sıcaklıkta oluşacak değişimler üzeride daha kolay akıl yürütebiliyoruz. Örneğin, kum tanesini piston üzerine tekrar koyduğumuzu varsayalım. Bu sefer sistemin sıcaklığı nasıl değişmeli?

Bu durumda pistonu bizim koyduğumuz kum tanesi aşağı itecek; yani, sisteme biz iş yapmış olacağız. Sisteme iş yaptığımıza, ya da sisteme iş eklediğimize göre, sistemin iş yapabilme kapasitesine katkıda bulunduğumuzu, yani sistemin enerjisini arttırdığımızı düşünebiliriz. Böylece atomların kinetik enerjilerinin artacağını, dolayısıyla sistemin sıcaklığının da artması gerektiğini kolaylıkla söyleyebiliriz.

Bu sayfada verdiğimiz örneklerde sistemin adyabatik koşullarda muhafaza edildiğini varsaydığımızı, yani sisteme hiçbir şekilde dışarıdan ısı giremediğini, ya da sistemden dışarı ısı çıkamadığını tekrar hatırlatalım. Bir sonraki sayfada, sistem ve çevre arasında ısı alışverişinin gerçekleştiği bir durum üzerinde duracağız.


Devamı:

Bir Cevap Yazın

Aşağıya bilgilerinizi girin veya oturum açmak için bir simgeye tıklayın:

WordPress.com Logosu

WordPress.com hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Google fotoğrafı

Google hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Twitter resmi

Twitter hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Facebook fotoğrafı

Facebook hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Connecting to %s