Carnot çevriminin basamakları

Carnot’un çevrim tarifi dört ayrı basamaktan oluşuyor. Bu basamakların teknik ayrıntılarını basitleştirmek için, önceki konularda olduğu gibi basit bir anlatımla ve gazla dolu kap örneği üzerinden tarif edeceğiz. Bu basamakların ayrıntılarına geçmeden önce çevrimin tamamıyla tersinir adımlardan meydana geldiğinin altını tekrar çizelim.

1. Eşısılı genleşme:

Bir sistemin eşısılı genleşmesi, süreç boyunca sıcaklığının sabit kaldığı anlamına geliyor. Genleşerek iş yapan bir sistemin sıcaklığının azalması gerektiğini önceki konulardan biliyoruz. Bu nedenle, sistemin sıcaklığını sabit tutabilmek için, sistemin bir ısı rezervuarı ile ısıl temas halinde olmasını sağlamamız gerekiyor. Bu durumu gözünüzde canlandırabilmek için, içi gazla dolu kabı, sabit su sıcaklığına sahip büyük bir gölün içine yerleştirdiğimizi düşünebilirsiniz. Göl, çok büyük bir kütleye sahip olması nedeniyle sistemin sıcaklığındaki değişimlerden etkilenmeyeceği gibi, sisteme ihtiyacı olan ısıyı sağlayarak sıcaklığının sabit kalmasını da sağlayabiliyor.

Bu koşullar altında, piston üzerindeki kum tanelerinin bir kısmını teker teker kaldırarak sistemin bir miktar iş yapmasını sağladığımızda, sistem genleşmesine rağmen, rezervuardan (gölden) sağlanan ısı sayesinde sıcaklığı sabit kalıyor. Dolayısıyla sistem, aşağıdaki resimde gösterildiği gibi, bir eşısı eğrisini takip ederek genleşiyor.

2. Adyabatik genleşme

İkinci adımda, kabın duvarlarını yalıtkan bir malzeme ile kaplayıp sistemi izole ettikten sonra, yani sistemi ısı alışverişine kapattıktan sonra, kabı gölden çıkardığımızı düşünelim. Bu şekilde piston üzerindeki kum tanelerini kaldırmaya devam ettiğimizde, sistem genleşerek pistonu iteceği için, yani bir miktar iş yapacağı için, sahip olduğu enerjinin bir kısmını harcamak durumunda kalıyor. Dolayısıyla, aşağıda gösterildiği gibi, sıcaklığı da bir miktar azalıyor.

3. Eşısılı sıkışma

Şimdi, Carnot çevriminin en önemli basamağına geliyoruz. Bu adımda kum tanelerini tekrar piston üzerine koyarak sistemi sabit sıcaklık altında sıkıştıracağız. Fakat, sistemin sıcaklığı yukarıdaki adımda azaldığı için, sıcaklığı bu düşük değerde sabitleyerek sistemi sıkıştıracağız.

Bu sefer, kabı daha düşük sıcaklığa sahip başka bir gölün içine yerleştirip, ikinci adımda kapladığımız izolasyonu söktüğümüzü düşünelim. Kum tanelerinin bir kısmını pistonun üzerine tekrar koyduğumuzda, sistem daha düşük bir sıcaklıkta sıkıştığı için, sistemin basıncının ve hacminin, daha düşük sıcaklığa denk gelen bir eşısı eğrisini takip ederek değiştiğini gözlemleyeceğiz.

4. Adyabatik sıkışma

Son olarak kabı tekrar izole edip gölün içinden çıkardığımızı düşünelim. Kum tanelerinin geri kalan kısmını piston üzerine teker teker yerleştirdiğimizde, bu sefer sisteme biz iş yaptığımız için, ya da diğer bir deyişle sisteme “iş eklediğimiz” için, sistemin enerjisinin, dolayısıyla da sıcaklığının artmasını sağlıyoruz.

Süreç esnasında herhangi bir enerji kaybı olmaması ve sürecin tamamen tersinir olması nedeniyle, kaldırdığımız kum tanelerini geri koyduğumuzda pistonun tekrar ilk duruma geri döndüğünü gözlemliyoruz. Bu da pistonun bir çevrim yaptığı anlamına geliyor.

Bir sonraki başlıkta bu çevrim sayesinde üretilen iş miktarı ve çevrimin verimi 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