Tersinir süreç

Bir önceki sayfadaki iki senaryoyu, şimdi farkı bir açıdan, sistemin basıncı ve hacmindeki değişimler üzerinden ele alalım.

Aşağıdaki resimde, önceki sayfada ele aldığımız iki senaryoda gerçekleşen durum değişimleri basınç (P) – hacim (V) grafikleri üzerinde gösteriliyor. Solda gösterilen diyagramda, piston üzerindeki ağırlıklardan biri aniden kaldırılıktan sonra pistonun yaptığı salınımların sistemin basıncını ve hacmini nasıl etkilediği kaba bir tasvirle gösteriliyor. Ağırlık kaldırıdıktan sonra sistemin hacmi 2. denge konumunudan daha yüksek bir değere kadar artıyor, sistemin basıncı da hızlı bir düşüş gösteriyor. Sonrasında, pistonun 2. denge konumu çevresinde yaptığı salınımlar, basınç ve hacim değerlerindeki değişimler üzerinde gayet karmaşık ve tanımlaması zor değişimler ortaya çıkarıyor.

Yukarıda, sağda gösterilen ikinci senaryoda ise, piston üzerindeki ağırlık kum tanelerinin teker teker kaldırılmasıyla azaltılıyor. Bu senaryoda, sistem durumunu yarı durgun bir işleyişle değiştirdiği için, sistemin bir durumdan diğer duruma nasıl geçtiğini bir yol (İngilizce: path) üzerinden kolaylıkla tarif edebiliyoruz. Diğer bir deyişle, sistem bir durumdan diğerine geçerken sistemin basıncı ve hacminde meydana gelen değişimleri P-V diyagramı üzerinde açıkça gösterebiliyoruz. Dikkat ederseniz, iki denge durumu arasında bir kaosun yaşandığı birinci senaryoda böylesine açık bir yol tarifi yapabilmemiz mümkün görünmüyor.

Şimdi, ağırlıkları piston üzerine tekrar koyarak pistonu ilk konumuna geri döndürmek istediğimizi varsayalım.

Birinci senaryoda, kaldırdığımız ağrılığı piston üzerine tekrar bıraktığımızda, pistonun aşağı doğru hızlıca inmeye başladığını gözlemleyeceğiz. Piston birinci denge konumunun hizasını bir miktar geçtikten sonra, bu sefer bu denge konumu etrafında bir süre yukarı aşağı salınarak konumunu sabitleyecek. Burada anlamamız gereken önemli nokta şu: bu işlem sırasında sistemin durumundaki değişimleri tekrar bir P-V diyagramında tarif etmek istersek, sistemin izlediği yolun, ağırlığı kaldırdığımızda izlediği yolla birebir aynı olmadığını göreceğiz. Ağırlığı koyar koymaz sistem birinci denge konumuna ulaşana kadar yine bir kaos içine girecek; ama bu süreçte sistemin geçeceği durumların, ağırlığı kaldırdığımızda geçtiği durumlarla birebir aynı olmasını bekleyemeyiz.

İkinci senaryoda ise durum farklı. Kum tanelerini teker teker piston üzerine koymaya başladığımızda, sistemin birinci denge konumuna, kum tanelerini kaldırdığımızda izlediği yolla birebir aynı şekilde ilerlediğini göreceğiz. Yani sistem bir durumdan diğerine, hangi istikamette giderse gitsin, aynı yolu takip ederek geçecek. Bir sistemin durumunu geri döndürülebilir bir yol üzerinden değiştirdiği bu tür süreçleri tersinir süreç (İngilizce: reversible process) olarak adlandırıyoruz.

Bir süreci tersinir olarak tarif edebilmemiz için, iki koşulun yerine getirilmesi gerekiyor. İlk olarak, sürecin yarı durgun bir şekilde, sürekli olarak denge durumuna sonsuz derecede yakın seyrederek ilerlemesi gerekiyor. İkinci koşul olarak da, süreç işlerken sistemin hiçbir şekilde enerji kaybetmemesi gerekiyor. Bu ikinci koşulu daha açık hale getirmek için bir örnek verelim. Diyelim ki, piston üzerinde duran kum yığınından bir kum tanesini kaldırarak pistonun 1 mikrometre yukarı hareket etmesini sağladık. Tersinirlik gereği, bu kum tanesini geri koyduğunzda, pistonun aşağı doğru 1 mikrometre inerek önceki konumuna geri gelmesi gerekiyor. Fakat, eğer pistonla kap duvarı arasında bir miktar sürtünme varsa, kum tanesini geri koyduğumuzda pistonun tam olarak ilk konumuna geri dönmesini bekleyemeyiz. Bu durumda, sistemin enerjisinin bir kısmını sürtünmeyle harcandığı için süreç geri döndürülebilir, ya da tersinir, olamayacak.

Son olarak, oluşması muhtemel bir kafa karışıklığını gidermek amacıyla, yarı durgun ve tersinir süreçler arasındaki farkı netleştirerek konuya son verelim. Bir sürecin tersinir, yani geri döndürülebilir olması için mutlaka yarı durgun bir şekilde işlemesi gerekiyor. Yani, bütün tersinir süreçleri aynı zamanda yarı durgun olarak değerlendirebiliyoruz. Fakat, bütün yarı durgun süreçlerin aynı zamanda tersinir olduklarını söyleyemiyoruz. Örnek olarak, piston ile kap duvarı arasında bir miktar sürtünme olduğunda, piston üzerindeki kum tanelerini teker teker kaldırarak sürecin yarı durgun bir şekilde ilerlemesini sağlayabiliyoruz. Fakat bu süreci, enerji kaybı olması nedeniyle tersinir olarak değerlendiremiyoruz. Süreç yarı durgun olmasına rağmen, sisteme aynı miktarda iş yapıldığında sistem eski durumuna geri dönemiyor.

Bir sistemin durumunu nasıl değiştirebildiğini öğrendiğimize göre, bir sonraki konudan itibaren sistemlerin nasıl iş yaptığından bahsetmeye başlayabiliriz.

Devamı: