Termodinamik nedir?

Termodinamik, enerji aktarımı, sıcaklık, iş ve maddenin büyük ölçekli davranışı arasındaki ilişkileri inceler. Motorlar, buzdolapları, atmosfer ve canlıların enerji dengesi bu alanın araçlarıyla anlaşılabilir. Tek tek bütün parçacıkların hareketini hesaplamak yerine basınç, hacim ve sıcaklık gibi makroskopik büyüklükleri kullanır.

Sistemler ve temel yasalar

1. Sistem ve çevre İncelenen bölge sistem, geri kalan çevre olarak tanımlanır. Açık sistem madde ve enerji alışverişi yapabilir. Kapalı sistem madde alışverişi yapmaz ama enerji aktarabilir. Yalıtılmış sistem idealleştirmesinde ikisi de yoktur. Bu sınırlar kurulmadan enerji hesabı belirsiz kalır. 2. Sıcaklık ile ısı Sıcaklık termal durumu belirleyen bir büyüklüktür; ısı ise sıcaklık farkı nedeniyle aktarılan enerjidir. Aynı sıcaklıktaki büyük bir su kütlesi ile küçük bir bardaktaki suyun iç enerjileri aynı olmak zorunda değildir. Sıfırıncı yasa, termal denge ve sıcaklığın tutarlı biçimde tanımlanmasının temelini oluşturur. 3. Birinci yasa İç enerji değişimi, sistemin aldığı enerji ile yaptığı enerji aktarımı arasındaki dengeyle belirlenir. Yaygın bir işaret seçiminde ΔU = Q − W yazılır; burada W sistemin çevreye yaptığı iştir. Kullanılan işaret kuralı açıklanmalıdır. Bu yasa enerji korunumu ilkesinin termodinamik ifadesidir.

Entropi, makineler ve sınırlar

4. İkinci yasa Yalıtılmış sistemde toplam entropi azalmaz. Isının kendiliğinden sıcaktan soğuğa akması bu yönlülüğün günlük örneğidir. Entropiyi yalnızca görünür dağınıklık olarak tanımlamak yetersizdir; mikroskobik olasılıklar ve enerjinin dağılımıyla bağlantılıdır. 5. Isı makineleri ve soğutma Çevrimsel bir ısı makinesi aldığı ısının tamamını tek bir kaynaktan alıp kayıpsız işe çeviremez. Buzdolabı ise soğuk bölgeden sıcak çevreye enerji taşımak için dışarıdan iş ister. Elektrik tüketimi, bu ters yöndeki aktarımı mümkün kılar. 6. Üçüncü yasa ve uygulamalar İdeal kusursuz kristalin entropisi mutlak sıfıra yaklaşırken belirli bir sınıra gider; mutlak sıfıra sonlu adımlarla ulaşılmaz. Mühendislikte verim, ısı yalıtımı ve atık ısı yönetimi bu yasalarla değerlendirilir. Canlılarda yerel düzen oluşması ikinci yasaya aykırı değildir; çevreyle birlikte toplam süreç ele alınır.