•Termodinamiğin Tanımı ve İstatistiksel Mekanikle İlişkisi
Termodinamik; ısı, iş, sıcaklık ve enerji arasındaki ilişki ile ilgilenen bilim dalıdır. Basit bir ifadeyle termodinamik, enerjinin bir yerden başka bir yere ve bir biçimden başka bir biçime transferi ile ilgilenir. Bu süreçteki anahtar kavram; ısının, belirli bir mekanik işe denk gelen bir enerji biçimi olmasıdır.
Termodinamik kavramı, Yunanca thermos (ısı) ve Yunanca dynamic (enerji) kelimelerinden türetilmiştir. Bazı Türkçe kaynaklarda ısıl devingi olarak da geçer. Enerji, ısı, iş, entropi ve ekserji gibi fiziksel kavramlarla ilgilenir. Termodinamik yasalarının istatistiksel mekanikten türetilebileceği gösterilmiştir.
Denge Termodinamiği ve Quasi-Durağan Süreçler
Termodinamik her ne kadar sistemlerin madde ve/veya enerji alışverişiyle ilgilense de, bu işlemlerin hızıyla ilgilenmez. Bundan dolayı aslında termodinamik denilirken, denge termodinamiği kastedilir. Bu yüzden termodinamiğin ana kavramlarından biri “quasi-statik” (yarı-durağan) adı verilen, idealize edilmiş “sonsuz yavaşlıkta” olaylardır. Zamana bağlı termodinamik olaylarla, denge halinde olmayan termodinamik ilgilenir.
Termodinamik yasaları çok genel bir geçerliliğe sahiptirler ve karşılıklı etkileşimlerin ayrıntılarına veya incelenen sistemin özelliklerine bağlı olarak değişmezler. Yani bir sistemin sadece madde veya enerji giriş-çıkışı bilinse dahi bu sisteme uygulanabilirler.
Termodinamik Değişkenler ve İstatistiksel Mekaniğin Rolü
Bu değişkenler genellikle sistemin ya kendisini ya da çevre koşullarını tarif etmek için kullanılır. En çok kullanılanlar ve simgeleri şunlardır: Mekanik değişkenler olarak basınç (P) hacim (V); istatistiksel değişkenler sıcaklık (T) ve entropi (düzensizlik) (S).
Mekanik değişkenler, temel klasik veya parçacık fiziği tanımlarıyla tarif edilebilirken, istatistiksel değişkenler sadece istatistiksel mekanik tanımlarıyla anlaşılabilir.
Termodinamiğin çoğu uygulamasında, bir ya da daha çok değişken sabit tutulurken diğer değişkenlerin bunlara göre nasıl değiştiği incelenir ve bu da sistemin matematiksel olarak (n sabit tutulmayan değişkenlerin sayısı olmak üzere) n boyutlu bir uzay olarak tarif edilebileceği anlamına gelir. İstatistiksel mekaniği fizik yasalarıyla birleştirerek, bu değişkenleri birbirleri cinsinden ifade edecek “durum denklemleri” yazılabilir. Bunların en temel ve önemli olanlarından biri ise ideal gaz yasasıdır.
Bu denklemde R evrensel gaz sabiti’dir. Ayrıca istatistiksel mekanik terimleriyle bu denklem şöyle yazılır: Bu denklemde de k Boltzmann sabiti’dir.
Termodinamik Kanunların İstatistiksel Yorumu
İkinci yasanın istatistiksel yorumunda, dalgalanma teoreminin zamana göre tersinebilir dinamik ve nedensellik ilkesinden çıkan matematiksel kanıtı ikinci yasanın bir kanıtını oluşturur. Mantıksal bakımdan ikinci yasa bu şekilde aslında fiziğin bir yasasından ziyade göreli olarak büyük sistemler ve uzun zamanlar için geçerli bir teoremi haline gelir. Ludwig Boltzmann tarafından tanımlanmıştır.
Üçüncü yasa, istatistiksel bir bakış açısıyla, bir sistemdeki düzenin veya rastgeleliğin seviyesini belirleyen mutlak bir entropi ölçeği oluşturulmasına imkân verir. Sıcaklık mutlak sıfıra yaklaştıkça, bir sistemin entropisi bir sabite yaklaşır. Bu sayının sıfır değil de bir sabit olmasının sebebi, bütün hareketler durmasına ve buna bağlı olan belirsizliklerin yok olmasına rağmen kristal olmayan maddelerin moleküler dizilimlerinin farklı olmasından kaynaklanan bir belirsizliğin hâlâ mevcut olmasıdır.
Durum Denklemleri ve Potansiyeller
Termodinamik değişkenler vasıtasıyla dört tane termodinamik potansiyel tanımlanabilir. Entalpi, özel bir fonksiyondur. Basınç sabit olduğu zaman bize ısıyı verir. Bu dört potansiyelin diferansiyel denklemlerini ve zincirleme türev kuralını kullanarak bu dört potansiyel, değişkenler ve birbirleri cinsinden yazılabilir.
Bu açıklama Vikipedi kaynaklarından uyarlanmıştır ve şu lisans altında sunulur: CC BY-SA 4.0.
Be the first to comment
Develop your idea with a source, question, or constructive counter-argument.