Termodinamiğin İkinci Kanunu

1. Soğuk Q Q W Motor Sıcak Verim=100/100=1 Termodinamiğin İkinci Kanunu Termodinamiğin ikinci kanunuiş 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. Termodinamiğin birinci kanununa göre mümkünfakat termodinamiğin ikinci kanununa göre mümkün değil.

2. Bu 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. Makineler Isı makinesi, ısıl enerjiyi mekanik enerjiye dönüştüren bir aygıttır. Atık, egzoz gazı Yakıtın yandığı hazne Yakıtın yandığı hazne Motor Atık, egzoz gazı Motor Sürekli iş üreten bir makine iki önemli özelliğe sahip olmalı 1) Çevrimsel çalışmalı. 2) En az iki ısı kaynağı olmalı.

3. P Gazın yaptığı net iş ●1 WT= W-W’ ●2 V W W’ Qh Qc Th Isı kaynağı Tc Isı kaynağı W>W’ olmalı Bir 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.

4. Q W Motor ISI MAKİNESİ Termodinamiğin ikinci kanunuKelvin-Plank ifadesi Qh Qh Belli 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. Q W W Motor Motor Qc Qc Sıcak Termodinamiğin ikinci kanunu - Clasius ifadesi BUZDOLABI Sadece soğuk bir cisimden daha sıcak bir cisme ısıl enerji aktaran ve çevrede bir etki yaratmayan çevrimsel bir motor mümkün değildir. Soğuk 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

5. ISIBANYOSUTc Carnot Teoremi: İki ısı kaynağı arasında tersinir olarak çalışan bir makineden daha verimli bir makine olamaz. Carnot Makinesi Th Tc Th Qh Qc ISIBANYOSUTh AB Adyabatik genleşme Adyabatik sıkışma İzotermal genleşme İzotermal sıkışma DA BC Tc CD

6. Carnot makinesi dört tersinir süreçten oluşur: 1) Sıcak ısı kaynağından (Th) ısıl enerji alarak, eş sıcaklıklı tersinir genleşme (AB) Th=sabit, VA VB , PA PB 2) Daha düşük sıcaklığa (Tc) , adyabatik tersinir genleşme (BC) ThTc , VB VC , PB PC 3) Düşük sıcaklıkdaki ısı kaynağına (Tc) ısıl enerji vererek, eş sıcaklıklı tersinir sıkışma (CD) TC=sabit, VC VD , PC PD 4) Başlangıçtaki denge durumuna (Th , VA, PA) , adyabatik tersinir genleşme (DA) TcTh , VD VA , PD PA P Çevrim sonucunda A Qh>0 B Th W C Tc D Qc<0 V

7. Carnot Çevrimi: İdeal gaz yaklaşımı AB Eşsıcaklıklı genleşme CD Eşsıcaklıklı genleşme Adyabatik süreç İdeal gazlı Carnot Makinesinin verimi

8. The Diesel Çevrim Adyabatik sıkışma Sabit basınçta sıcaklık ısıtma Adyabatik genleşme Sabit hacimde soğutma, çevreye atılan atık.

9. Çevrim sonucunda buzdolabı Oda Th Tc W Soğutucu motor 1. Yasaya göre Qc Qh Oda Qh W Soğutucu / Isıtıcı motor Oda Qc W ısıtıcı motor Qh Buzdolabı veya sokak Tc Tc Qc Sokak P A Qh<0 B Th W<0 C Tc D Qc>0 V Soğutucular-Isıtıcılar   İdeal gazlı Carnot soğutucusu Soğutucunun / ısıtıcının performans katsayısı  

10. P Th dQh Makine V dQc adyabat izoterm Tc Entropi ve Termodinamiğin İkinci Kanunu   Bir Carnot çevriminde Herhangi bir tersinir çevrim çok sayıda küçük Carnot çevrimlerinin toplamı olarak ifade edilebilir. Sonsuz küçük Carnot çevrimi dW Gözönüne alınan çevrim için Tersinir bir çevrim sonucunda dQ/T lerin toplamı sıfırdır.

11. dQ bir tam diferansiyel değildir, yani Q bir durum fonksiyonu değildir ancak dQ/T bir tam diferansiyeldir çünkü 1/T ‘ye integrasyon çarpanı denir. Buradaki dQ/T birdurum fonksiyonunun diferansiyelidir. Bunun herhangi iki denge durumu arasındaki integrali durum fonksiyonundaki değişimi verir. Bu yeni durum fonksiyonunaENTROPİ (S) denir. a’dan b’ye tersinir bir süreç sonunda sistemin entropisindeki değişim   Nasıl, işin tüm süreçler için geçerli olan bir ifadesi var ise artık, ısının da tüm süreçler için geçerli olan bir ifadesi var

12. Tersinmez süreç Tersinir süreç Tersinir bir süreç için Tersinmez (kendiliğinden gerçekleşen) süreçlerde entropi    Sonsuz küçük tersinmez bir çevrim için Herhangi bir tersinmez çevrim bu sonsuz küçük tersinmez çevrimlerin toplamı olarak ifade edilebilir.  Özet: Tersinir bir çevrim için Tersinmez bir çevrim için Clausius eşitsizliği

13. a Tersinir Tersinmez b 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 değişimi Bir çevrimin, bir kısmı tersinir ve bir kısmı tersinmez ise net çevrim, tersinmezdir. ve olduğu kolayca bulunur Tersinir bir süreç Tersinmez bir süreç