Termodinamik #15 | İkinci Yasaya Giriş: Isıl Enerji Depoları, Isı Makineleri, Kelvin–Planck

Eğitmen: Dr. Süleyman Burak ÇELİK

Masada 80 derecelik bir bardak çay var; oda 22 derece. Çay ısısını odaya verip soğur; bunu hepimiz biliriz. Peki tersi? Oda, aynı miktarda ısıyı çaya geri verip onu yeniden 80 dereceye çıkarabilir mi? Enerji yine korunurdu, birinci yasa itiraz etmezdi. Ama bu asla kendiliğinden olmaz. Süreçlerin bir yönü var. Bugün bu yönü anlatan ikinci yasaya giriyoruz. Bu derste: - Birinci Yasa Yetmez: Birinci yasa enerjinin miktarıyla ilgilenir: ne yoktan var olur ne de kaybolur. İkinci yasa ise yönü ve kaliteyi söyler. - Isıl Enerji Depoları: Önce bir kavram: ısıl enerji deposu. Isı alıp verdiği halde sıcaklığı değişmeyecek kadar büyük bir cisim. - Oda Bir Depo: Kancadaki oda da bir depo gibi davranır. Çayın verdiği ısı, odanın havasına, duvarlarına ve eşyalarına dağılır; oda sıcaklığı fark edilmeyecek kadar az değişir. - Isı Makinesi: Isı makinesi, ısıyı işe çeviren bir çevrimdir. Yüksek sıcaklıktaki kaynaktan ısı alır, bir kısmını işe çevirir, kalanını düşük sıcaklıktaki kuyuya atar ve başa döner. - Isıl Verim: Bir ısı makinesinin başarısı ısıl verimle ölçülür: net iş bölü alınan ısı. Net iş, alınan ısı eksi atılan ısı olduğundan verim, 1 eksi atılan ısı bölü alınan ısı olarak da yazılır. - Enerji Akış Şeması: Bunu bir enerji akış şeması olarak çizelim. Soldan kaynaktan gelen kalın bir ok girer. - Santral: Bir santralin fırını saniyede 500 megajoule, yani 500 megawatt ısı veriyor. Santral 190 megawatt net elektrik üretiyor. - 310 MW Nereye?: Bu 310 megawatt nereye gider? Kondenserde soğutma suyunu ısıtır. Bu yüzden büyük santraller nehir, göl ya da deniz kenarına kurulur; su yetmezse soğutma kulelerinden atmosfere atılır. - Otomobil Motoru: Bir otomobil motoru yakıttan saniyede 60 kilojoule, yani 60 kilowatt ısı alıyor ve tekerleklere 18 kilowatt güç veriyor. - Gerçek Verimler: Gerçek makinelerde verim ne kadardır? Benzinli otomobil motorlarında yaklaşık yüzde 25 ile 30, büyük dizel motorlarda yüzde 40 civarı, en iyi kombine çevrim santrallerinde yüzde 60'a yakın. - Kelvin–Planck İfadesi: Neden yüzde 100 verimli bir makine yapamıyoruz? Kelvin ve Planck'ın ifadesi bunu söyler: çevrimle çalışan hiçbir cihaz, tek bir depodan ısı alıp bunun tamamını net işe çeviremez. - Neden Isı Atmak Şart?: Bunu bir silindirle düşünün. İçindeki gazı ısıtırsanız genleşir ve pistonu iterek iş yapar. - İki Depo: Kısacası, sürekli çalışan bir ısı makinesi için iki depo şarttır: sıcak bir kaynak ve soğuk bir kuyu. Bölümler: 0:00 İkinci Yasaya Giriş: Isıl Enerji Depoları, Isı Makineleri, Kelvin–Planck 0:26 Birinci Yasa Yetmez 0:44 Isıl Enerji Depoları 1:01 Oda Bir Depo 1:18 Isı Makinesi 1:39 Isıl Verim 1:53 Enerji Akış Şeması 2:10 Santral 2:33 310 MW Nereye? 2:50 Otomobil Motoru 3:09 Gerçek Verimler 3:26 Kelvin–Planck İfadesi 3:47 Neden Isı Atmak Şart? 4:08 İki Depo 4:24 Üç Tuzak 4:46 Özet ve Sıradaki Ders Sırada buzdolapları ve ısı pompaları var. Kaynak kitap: Y. A. Çengel, M. A. Boles, M. Kanoğlu, Thermodynamics: An Engineering Approach, 10. baskı (konu sırası ve kavramlar). Örnekler özgündür. Makine mühendisliği öğrencileri için Termodinamik serisinin on beşinci dersi.