Termodinamik Yasaları

Termodinamik Yasaları

Daha etkili ısı makineleri ortaya koymak için yapılan ilk araştırmalar termal fiziği oluşturan Termodinamiğin üç yasasının keşfini sağlamıştır.
Termodinamiğin Kökeni
Endüstri devrimi zamanında mühendisler, ısı enerjisiyle iş yapan etkili ısı makineleri yapmaya çalışıyordu. İşlevsel ve verimli ısı makinelerini üretmek için genel prensiplere dayalı olarak yaptıkları temel araştırmalar fiziğin branşlarından birisi olan Termodinamiği oluşturmuştur.
Termodinamik, ısı ve termal enerji üzerine yapılan çalışmalara denir. Termodinamiğin üç yasası mevcuttur ve ek olarak temel yasa olan sıfırıncı yasası vardır.
Termodinamiğin Sıfırıncı Yasası
Birbiriyle ısısal olarak dengede olan iki cisim temas ettirildiğinde birinci cisimden ikincisine akan ısı enerjisi ikinci cisimden birincisine akan ısı enerjisine eşittir. Böylelikle eşit sıcaklıkta olurlar.
Basitçe sıfırıncı yasaya göre c adında bir cisimle a ve b adında iki cisim ayrı ayrı ısısal dengeye sahipse a ve b cisimleri birbirleriyle de ısısal dengededir. Bu yasa temel cebir mantığı olan “eğer a=c ve b=c ise a=b’dir” kuralına uyar.
Termodinamiğin Birinci Yasası
Termodinamiğin birinci yasası, enerjinin korunumu yasasının iş ve ısı makinelerine uyarlanmış halidir. Bir ısı makinesi veya bir sistem başlangıçta enerji alır. Sonrasında iş ve atık ısı olarak enerji çıkışı oluşur. Termodinamiğin birinci yasasına göre bir sisteme giren enerjinin miktarı sistemden iş ve atık ısı olarak çıkan toplam enerjinin miktarına eşittir.
Enerjinin korunumu yasasına göre, atık ısı çıkışı olmasa bile ısı makinesinin çıkardığı iş verilen enerjiden fazla olamaz. Diğer deyişle asla verdiğimizden fazlasını alamayız.
Termodinamiğin İkinci Yasası
Sadece ilk yasaya bakarak ısı makinesine verilen enerjinin makineden çıkan işe eşit olması mümkün görünmektedir. Bu durumda makine yüzde 100 verimli olacaktır. Termodinamiğin ikinci yasası, herhangi bir makine veya sistemin hiçbir zaman yüzde 100 verimli olamayacağını söyler. Her zaman artık bir ısı oluşacaktır.
Entropi
İkinci yasa ayrıca entropi kavramıyla da ilgilenir. Entropi, bir sistemin gelişigüzel oluşu ya da bir sistemin düzensizliği olarak tanımlanır. Yüksek seviyede düzensiz ya da gelişigüzel bir sistem yüksek bir entropiye sahiptir. Isı, enerjinin gelişigüzel bir formudur ve bir sisteme ısı enerjisi vermek sistemin entropisini arttırır. Böylece düzensizlik artmış olur. Bir ısı makinesinde bu düzensizlik ne kadar çoksa verim o kadar düşük olur.
Termodinamiğin ikinci yasasının alternatif bir ifadesi olarak, kapalı bir sistemdeki herhangi işlem sonucu bu kapalı sistemin entropisi artar denilebilir. Sistem kapalı değilse ve hatta entropisi bir şekilde azaltılsa bile bu sistemde gerçekleşen işlemler bu defa evrenin entropisini arttırır. Evrenin entropisi hiçbir zaman azalmaz. Ya sabit durumda ya da artmaktadır.
Termodinamiğin Üçüncü Yasası
Mutlak sıfır (-273 derece) sıcaklığın en düşük seviyesidir. Moleküler düzeyde hareketin minimum olduğu sıcaklıktır. Termodinamiğin üçüncü yasası mutlak sıfır derecesine ulaşmanın imkansız olduğunu ifade eder.
Tek istisna olarak ikinci yasanın yüzde 100 verime izin vermesi için mutlak sıfıra ulaşılması gerekirdi. Fakat bu istisnayı da üçüncü yasa yok etmektedir.

DOPPLER OLAYI

Sabit frekanslı ses üreten bir kaynaktan yayılan sesin, yayılması sırasında frekans değerinde bir değişiklik olmaz. Ancak ses kaynağı ya da ses algılayıcısı hareketli ise bu durum değişir.
Ses kaynağının hareketli olması durumunda ya da sesi duyan kişinin hareketli olması durumunda sesin frekansı, kaynaktan çıkan frekanstan farklı olarak algılanır. Bu duruma doppler olayı denir.
Doppler olayında değişen dalga boyudur. Ancak dalga boyu ile frekans ters orantılı olduğundan, gözlemci dalga kaynağının frekansını da değişmiş gibi algılar.
Doppler olayı hareketli kaynağın hızının ses hızından yavaş olduğu durumlarda gözlenir. Kaynak hareket etmiyorsa dalgalar kaynak etrafında simetriktir

Ses Dalgası ve Sesin Özellikleri

Ses Dalgası ve Sesin Özellikleri 

 
SES
Ses kaynakları titreşerek ses meydana getirir. Titreşim, bir cismin ileri geri gidip gelme hareketidir. Ses veren her şey titreşir. Titreşen cisimler ses oluşturur. Ses veren cisimler esnektir. Esnek olan cisimler ses dalgaları meydana getirebilir ve ses dalgalarını iletebilir.
Ses üreten varlıklara ses kaynağı denir.Ses madde değil, enerjidir
SESİN OLUŞMASI VE YAYILMASI
Ses dalgaları titreşim kaynağından enerji taşırlar. Bu enerji, çeşitli ortamlar tarafından iletilir. Bu esnada ortam yer değiştirmez, hareket eden madde değil, hareket enerjisidir.Su yüzeyindeki dalgalar ile havada yayılan ses dalgaları farklıdır. Su dalgalarını gördüğümüz halde, ses dalgalarını göremeyiz. Ses dalgaları havada küresel olarak yayılır. Cisimlerin titreşmesi ile meydana gelen sesin kulağımıza kadar gelebilmesi için ses kaynağı ile kulağımız arasında katı-sıvı-gaz gibi esnek bir ortamın bulunması gerekir.
Yani ses boşlukta yayılmaz. Sesin farklı ortamlarda yayılma hızı da farklıdır.
Sesin yayılma hızı bazı etkenlere bağlı olarak değişir.Bunlar;
1- Sesin yayılma hızı ortamın sıcaklığına bağlıdır.
Sesin 0ºC de havada yayılma hızı 331m/s olduğu halde 20ºC de 344 m/s ‘dir. Sıcaklık artıkça sesin o ortamdaki yayılma hızı da artar.
2- Sesin yayılma hızı ortamın cinsine bağlıdır.
Ses katı maddelerde en hızlı, gaz maddelerde ise en yavaştır.
3-Sesin yayılma hızı ortamın yoğunluğuna bağlıdır.
Ortamın yoğunluğu arttıkça sesin yayılma hızı da artar.
Ses oluştuğu ortamlarda dalgalar halinde yayılır.

Titreşen her madde ses oluşturur.Fakat bu oluşan ses dalgaları aynı değildir. Ses dalgalarının bazı özellikleri vardır.Bunlardan biri genliktir. Bir dalga tepesi ile dalga çukuru arasındaki mesafenin yarısına genlik denir.Bir çukur ve birde tepeden oluşan ( bir dalga boyu) dalgaya da periyot denir.
YANKI: Ses dalgalarının bir engele çarptıktan sonra yansıyıp geri dönmesi olayına yankı denir.
Bir engele ses dalgalarını gönderip engelden yansıyan sesin, tekrar geri dönmesi arasında geçen süreden engelin uzaklığı tespit edilir.
Gemilerde deniz derinliğinin saptanması, balık sürülerinin izlenmesi,batık gemilerin yerinin saptanması için sonar cihazları kullanılır. Sonar cihazları suyun sesi iletmesi sayesinde çalışır.
Yankı olayının gerçekleşmesi için gerekli en küçük uzaklık 20ºC de yaklaşık 17 metredir. Engelle aramızdaki uzaklık 17 metreden küçük ise, yansıyıp geri dönen ses dalgalarını ayırt edemeyiz.
REZONANS:Bir ses kaynağından yayılan ses dalgaları çevredeki bazı ses kaynaklarını etkileyerek titreştirebilir.
Frekansları aynı olan kaynaklardan biri titreştirildiğinde, diğer ses kaynağının etki ile titreşmesi olayına rezonans denir.
SESİN ÖZELLİKLERİ
Bir sesi, başka bir sesten ayıran özellikler vardır.Sesin özellikleri şunlardır:
1-Sesin şiddeti
2-Sesin yüksekliği
3-Sesin tını
1-SESİN ŞİDDETİ:
Sesin uzaktan veya yakından duyulabilme özelliğidir.Uzaktaki birine sesimizi duyurabilmemiz sesin şiddetine bağlıdır.Ses dalgalarında genlik ne kadar büyük olursa sesin şiddeti de o kadar büyük olur. Ses şiddetine gürlük de denir.
Ses şiddeti birimi desibeldir(dB).Yani sesin bir dalga boyundaki gücüdür.
GÜRÜLTÜ:Düzensiz frekanslı sesler gürültü olarak adlandırılır. Bir sesin gürültü olup olmadığı ses düzeyine bakılarak belirlenir. Ses düzeyi, ses şiddeti ile ilgilidir.
İşitilebilen en hafif şiddetindeki ses 0 (sıfır) desibel olarak kabul edilir. Buna işitme eşiği denir. Normal konuşma sesi 30-60 dB arasındadır.
Bazı seslerin şiddeti şu şekilde belirtilebilir.
0db İnsanın duyabildiği en düşük ses şiddeti
60 dB Normal konuşma veya daktilo sesi
90 dB Kamyon sesi veya çim biçme makinesi sesi
100 dB Asfalt delme makinesi
115 dB Konser veya barlarda yüksek sesli müzik
140 dB Jet uçağı sesi
Genel olarak 85 dB üzerindeki sesin kulağa zararlı olacağı kabul edilir
2-SESİN YÜKSEKLİĞİ:
İnce sesi kalın sesten ayıran özelliktir.Bir sesin ince veya kalın olması, o ses kaynağının titreşim sayısına bağlıdır.
Bir ses kaynağının bir saniyedeki titreşim sayısına frekans denir.Frekans birimi hertz’dir. Hz ile gösterilir. Ses kaynakları çok hızlı titreşirlerse ince(tiz), az titreşirlerse kalın(pes) ses verir.Yani frekansı büyük olan ses, frekansı küçük olan sesten daha incedir.

Titreşen bir telin frekansı;
1- Telin boyuna (Telin boyu arttıkça frekansı küçülür, ses kalınlaşır)
2- Telin gerginliğine (Telin gerginliği arttıkça frekans büyür, ses inceleşir)
3- Telin kesitine (Tel kalınlaştıkça frekans küçülür, ses kalınlaşır)
4- Telin cinsine bağlıdır.
İnsanların duyabileceği ve üretebileceği seslerin belli frekans değerleri vardır.Normal bir insan kulağı 20Hz ile 20000 Hz arasındaki sesleri duyabilir. Frekansı 20000 Hz’nin üstünde olan sese ultrasyon denir.
3- SESİN TINI:
Her ses kaynağı kendine özgü ses çıkarır.Keman sesini mandolinden, kaval sesini flütten ayıran özelliktir. Aynı yükseklikte ve aynı şiddette başka başka müzik aletlerine ait sesleri kulağımız ayırt edebilir.İşte sesin bu özelliğine sesin tını adı verilir.
SES YALITIMI: Gürültüyü oluşturan ses olduğuna göre sesi geçirmeyen ve daha az geçiren maddelerin kullanılması gürültüyü önler.
Günümüzde ses yalıtımı sağlayan malzemeler üretilmektedir. Lastik, pamuk, yün, keçe ve halı gibi maddeler sesi az iletir, yansıtmaz, söndürür.Tahta, demir, bakır, alüminyum, taş ve beton gibi maddeler ise sesi iyi iletir.
SES KAYDI: Ses Kaydeden Araçlar İlk ses kaydı “fonograf” denen bir araçla yapılmıştır. (Thomas Edison tarafından 1877’de icat edilmiştir) Zamanla bu alanda çeşitli araçlar geliştirilmiştir. Gramafon, teyp ve modern stüdyolardaki kayıt araçlarıdır. İlk ses kaydı fonografta sesler, mum silindirlere kayıt yapılıyordu. Dönen taş plaklara kaydedilir.
Sesin banda kaydedilmesiyle ses kaydı gelişti. Sesli bir filmde ses, filmin kenarına kaydedilir. Müzik kasetleri, sesin kaset içinde banda kaydedilmesiyle istediğimiz zaman,kaset çalarla tekrar sese dönüştürmemizi sağlar.
SES İSKANDİLİ 
Ses iskandili sesi ölçen bir alettir ses yalıtımında ve yankı oluşumunda kullanılan maddelerden oluşur.Ses iskandili sesi ölçtüğü için ses uzmanlıklarında da kullanılır. Sesi algılayarak ölçer.Yankıları algılayabilir.Buda onu daha çok özelleştiren bir özelliğidir. Gece kulüplerinde zabıtalar sesin şiddetini ölçmek için , sinema, tiyatro, konser salonu gibi mekanların ses yalıtımları, akustik düzenleri için kullanılır.Ses yalıtımında ve yankı oluşumunda
kullanılan maddelerden oluşur.

SI DIŞINDAKİ BİRİMLER

fiziksel nicelikisimsimgeSI gösterimi
aktivite (radyonüklid)curieCi3.7 x 1010 Bq
poz (x ve γ ışınları)röntgenR2.58 x 10-4 C kg s-1
absorbe edilen dozradradcGy = 10-2 Gy
doz eşdeğeriremremcSv = 10-2 Sv
uzunluk (X-ışını dalga boyu)X birimyaklaşık 1.002 x 10-4 nm
manyetik indüksiyongamaγnT = 10-9 T
akı, radyo-astronomijanskyJy10-26 W m-2 Hz-1
uzunlukfermifm = 10-15 m
kütlemetrik karat200 mg = 2 x 10-4 kg
basınçtorrTorr(101 325/760) Pa
basınçstandart atmosferatm760 mmHg
= 101 325 Pa
basınçmilimetre cıvammHg133.322 39 Pa
enerjitermokimyasal kaloricalth4.184 J
uzunlukmikronµ1 µm = 10-6 m
zamanyıla365.242 199 days
= 31 556 925.974 7 s
kuvvetkilogram-kuvvetkgf9.806 65 N

TÜRETİLMİŞ CGS BİRİMLERİ

fiziksel nicelikisimsimgeSI gösterimi
enerjiergerg10-7 J
kuvvetdynedyn10-5 N
dinamik viskozitepoisePdyn s cm-2 = 0.1 Pa s
kinematik viskozitestokesStcm2 s-1 = 10-4 m2 s-1
manyetik indüksiyongaussG10-4 T
manyetik alan kuvvetioerstedOe(1000/4π) A m-1
manyetik akımaxwellMx10-8 Wb
lüminansstilbsbcd cm-2 = 104 cd m-2
ilüminasyonphotph104 lx
ivmegalGal1 cm s-2 = 10-2 m s-2 

TÜRETİLMİŞ SI BİRİMLERİ

iziksel niceliknicelik simgesiisimsimgeSI gösterimigösterim
frekansv,  fhertzHzs-1
kuvvetFnewtonNkg m s-2J m-1
basınçppascalPakg m-1 s-2N m-2
enerji (bütün formları)E, U, V, WjouleJkg m2 s-2N m = C V = V A s
güçPwattWkg m2 s-3J s-1 = VA
elektriksel şarjQcoulombCA s
elektriksel potansiyel farkıE,  φ,  ζ,  Φ,  ηvoltVkg m2 s-3 A-1J A-1 s-1 = J C-1
elektriksel kapasitansCfaradFA2 s4 kg-1 m-2C V-1
elektriksel dirençRohmΩkg m2 s-3 A-2V A-1
elektriksel iletkenlikGsiemensSA2 s3 kg-1 m-2A V-1 = Ω-1
manyetik akıΦweberWbkg m2 s-2 A-1V s = T m2
manyetik indüksiyonBteslaTkg s-2 A-1Wb m-2 = N A-1 m-1
indüktansL, MhenryHkg m2 s-2 A-2V A-1 s = Wb A-1
aydınlık akısıΦlümenlmcd sr
ilüminasyonElükslxcd sr m-2lm m-2
aktivite (radyonüklid)AbecquerelBqs-1
absorbe edilen dozDgrayGym2 s-2J kg-1
doz eşdeğeriHsievertSvm2 s-2J kg-1
katalitik aktivitezkatalkatmol s-1
Celsius sıcaklığıtCelsius derecesi°CK
düz açıα,  β,  γ,  θ,  Φradyanradm m-1boyutsuz
katı açıω,  Ωsteradyansrm2 m-2boyutsuz

türemiş niceliknicelik simgesiisimSI gösterimi
alanAmetre karem2
hacimVmetre küpm3
hızu,  v,  cmetre / saniyem s-1
ivmea, g (serbest düşme)metre / saniye karem s-2
eylemsizlik momentiIkilogram metre karekg m2
kinematik viskozitevmetre kare / saniyem2 s-1
dalga sayısıσ,  φ1 / metrem-1
kütle yoğunluğuρkilogram / metre küpkg m-3
özgül hacimvmetre küp / kilogramm3 kg-1
akım yoğunluğuj,  iamper / metre kareA m-2
manyetik alan kuvvetiHamper / metreA m-1
substans B’nin konsantrasyonucB, [B]mol / metre küpmol/m-3
molar kütleMkilogram / molkg mol-1
molar hacimVmmetre küp / molm3mol-1
lüminansLkandela / metre karecd m-2
kütle kesiriwkilogram / kilogramboyutsuz
türemiş niceliknicelik simgesiisimSI gösterimigösterim
açısal hızωradyan / saniyes-1rad s-1
açısal ivmeαradyan / saniye kares-2rad s-2
açısal momentumLjoule saniyekg m2 s-1J s
momentumPnewton saniyekg m s-1N s
dinamik viskoziteηpascal saniyekg m-1s-1Pa s
yüzey gerilimiγ,  σnewton / metrekg s-2N m-1 = J m-2
kuvvetin momentiυnewton metrekg m2 s-2N m = J
ısıl akı yoğunluğu, irradiyansQwatt / metre karekg s-3W m-2
ısı kapasitesi, entropiSjoule / kelvinkg m2 s-2 K-1J K-1 = C V K-1
özgül ısı kapasitesi, özgül entropicjoule / kilogram kelvinm2 s-1 K-1J kg-1 K-1
özgül enerjiEjoule / kilogramm2 s-2J kg-1
ısıl iletkenlikλwatt / metre kelvinkg m2 s-3 K-1W m-1 K-1
elektriksel iletkenlikσ,  κsiemens / metreA2 s3 kg-1 m-3S m-1 = Ω-1 m-1
= A V-1 m-1
elektriksel dirençρohm metrekg m3 A-2 s-3Ω m = m S-1
= V m A-1
enerji yoğunluğuujoule / metre küpkg m-1 s-2J m-3 = N m-2
= C m-3
elektriksel alan kuvvetiEvolt / metrekg m s-3 A-1V m-1
elektriksel şarj yoğunluğuρcoulomb / metre küpA s m-3C m-3
elektriksel akı yoğunluğuσcoulomb / metre kareA s m-2C m-2
permitiviteεfarad / metreA2 s4 kg-1 m-3F m-1
permeabiliteμhenry / metrekg m s-2 A-2H m-1
molar enerjiUm,  Hm,joule / molkg m2 s-2 mol-1J mol-1
molar entropi, molar ısı kapasitesiSm,  Cc,m,  Cp,mjoule / mol kelvinkg m2 s-2 mol-1 K-1J mol-1 K-1
poz (x ve γ ışınları)coulomb / kilogramA s kg-1C kg-1
absorbe edilen doz hızıgray / saniyem2 s-3Gy s-1 = J kg-1 s-1
radiyant yoğunluğuP’watt / steradyankg m2 s-3 sr-1W sr-1
radiyansLwatt / metre kare steradyankg s-3 sr-1W m-2 sr-1
katalitik (aktivite) konsantrasyonukatal / metre küpmol m-3 s-1kat m-3