Bir termodinamik sistemin bir durumdan diğerine geçebilmek için ne kadar iş yapması gerektiği, durumunu değiştirirken izleyeceği yola bağlı olarak değişim gösteriyor. Bu konu başlığı altında bu düşünceden yola çıkarak, yol ve iş ilişkisi üzerine ilginç bir örnek üzerinde duracağız.
Önceki sayfada verdiğimiz örnekte, piston üzerindeki kum tanelerini önce kaldırıp sonra geri koyduğumuzda, sistemin iki durum arasında aynı yolu takip ederek bir ileri, bir geri gidip geldiğini gördük. Sistem, iki termodinamik durum arasında gidip gelirken, sürecin yarı durgun bir şekilde işlemesi nedeniyle aynı yolu takip ediyordu. Dolayısıyla, birinci durumdan ikinci duruma geçerken sistem ne kadar iş yapmışsa, sistemi birinci duruma geri döndürmek için sisteme o kadar iş yapmamız gerekiyordu.
Bu sefer, farklı bir senaryoyu ele alalım. Diyelim ki sistemin durumu, bir sebepten dolayı, iki durum arasında gidip gelirken farklı yollar üzerinden değişiyor olsun. Örnek olarak, aşağıdaki P-V diyagramları üzerinde, sistemin farklı yollar üzerinden durumunu bir ileri, bir geri değiştirdiği varsayımsal bir süreç gösteriliyor.
Şimdi, bu farklı yol değişimlerinin gerektirdiği iş miktarları üzerinde biraz düşünelim. Yukarıda, soldaki diyagramda, sistemin genleşerek (yani hacmini V1’den V2’ye çıkararak) yaptığı iş miktarı eğrinin altındaki mavi alanla gösteriliyor. Sağdaki diyagramda ise, sistemin hacmini tekrar daraltmak için bizim sisteme ne kadar iş yapmamız gerektiği, yolun altındaki yeşil alanla gösteriliyor.
Bu sefer karşımızda ilginç bir durum var: sistem iki yönde farklı yollar üzerinden durum değiştirdiği için, sistemin yaptığı iş miktarı ile bizim sisteme yaptığımız iş miktarı birbirinden farklı. Daha ilginç olansa, bizim yaptığımız işin sistemin yaptığı işten daha az olması nedeniyle, iki yol arasında kalan kırmızı alana eşit miktarda işin açığa çıkıyor olması; yani, sistemin iş üretiyor olması.
Bu sayfada verdiğimiz örnek elbette biraz tuhaf: sistemin kaynağını bilmediğimiz nedenlerden dolayı durumunu garip ve farklı yollar üzerinden değiştirdiğini varsayıyoruz. Yolların neden farklı olduğunu ise bilmiyoruz. Bu açıdan ele aldığımızda bu örnek belki gerçeklikten uzak görünüyor olabilir; ama diğer yandan çok enteresan bir noktaya işaret ediyor. Eğer bir sistem durumunu ileri-geri değiştirirken takip ettiği yolların farklı olmasını sağlar, ve bir şekilde bizim yaptığımız işin sistemin yaptığı işe göre daha az olmasını da sağlayabilirsek, sistemin yaptığı her çevrimde iş üretmesi gerekiyor. Dolayısıyla, genleşip daralan bir gazın her çevrimde fazladan iş üretmesini bu şekilde sağlayabilirsek, bu fazladan işi kullanarak çalışan bir makine yapmamız mümkün olabilir gibi görünüyor.
Bu düşünce size ilginç geldiyse, termodinamik üzerine ilk çalışmaları yapan mühendislerin dünyasını ve karşılarındaki sorunları anlamaya başladığınızı söyleyebiliriz. Önümüzdeki birkaç konu boyunca bu fikirden yola çıkarak iş üreten bir sistemi nasıl tasarlayabileceğimizden bahsedeceğiz.
İş üreten bir sistemi nasıl tasarlayabileceğimizi kavrayabilmemiz için, öncelikle durumunu değiştiren bir sistemin sıcaklıktan nasıl etkilendiğini anlamamız gerekiyor. İlerleyen konu başlıklarında bu konu üzerinde duracağız.
Devamı:
- Sonraki sayfa: Adyabatik süreç
- Önceki sayfa: İş hesabı
- Ana konu başlığı: Termodinamik