İÇ ENERJİ

on 12 Kasım 2013 Salı
İç Enerji Nedir?
Bir sistemi oluşturan bütün taneciklerin kinetik ve potansiyel enerjilerinin toplamı o sistemin iç enerjisidir.
Bir sistemin iç enerjisi U ile gösterilir.
İç enerjide, maddenin taneciklerinin kinetik enerjisini oluşturan titreşim, öteleme, dönme ve yer değiştirme hareketleri ile potansiyel enerjilerini oluşturan çekirdek ve elektrostatik enerjileri etkin rol oynar.
Bir sistemin sahip olduğu iç enerji doğrudan ölçülebilen bir nicelik değildir. Sistemde oluşan farklı iki durumun karşılaştırılması sonucunda meydana gelen enerji değişimi ölçülebilir.



Isı Değişimi Ve İş

Bir cisme uygulanan kuvvetin, o cismin konumunda yaptığı değişiklik etkisi iş olarak tanımlanır. Bu nedenle bu potansiyel enerjide oluşan değişim işe neden olmaz. Konum değişikliği söz konusu olduğundan iş sadece kinetik enerji ile olur.
Bir güç tarafından dönüştürülen enerji toplamı fizik biliminde mekanik iş olarak tanımlanmaktadır. Yani bir iş yapmış olmak için bir enerjinin başka bir enerjiye dönüşümü gerekir.
Yukarıda tanımladığımız iş kavramı mekanik iş olarak da ifade edilmektedir.



19. Yüzyılın başlarında mekanik iş ile ısı arasındaki ilişkinin belirlenmesi için yapılan teorik ve deneysel çalışmalar hız kazanarak sonunda mekanik işin ısıya dönüşebildiği fikri ortaya atılmıştır. Bu fikri ileri süren Benjamin Thomson yaptığı gözlemler sonucunda ısının bir madde olamayacağı ve bir enerji türü olduğu fikirleri ortaya atmıştır.

Isı ve İş Arasındaki Bağıntı

Hem iş hem de ısı ortam ile sistem arasındaki enerji aktarımının yolu olarak ifade edilebilirler.
Sıcaklık farkından dolayı sisteme ortam tarafından ya da sistemden ortama doğru aktarılan enerji ısıdır. Artan ya da azalan sıcaklık ise termal hareketlerin sonucunda ortaya çıkan bir bağımlı değişkendir.
Sıcaklık farkına bağlı olmaksızın aktarılan enerji ise iştir.
Bir sistemde gerçekleşen olaylar sonucunda sistemin ç enerjisinde bir azalma oluyorsa, sistem ortama enerji aktarıyor demektir. Ortama aktarılan bu enerjinin iş olarak aktarılmasına dışarıya uyguladığı kuvvetlerin yaptığı mekanik iş örnek olarak gösterilebilir. Mekanik iş w sembolü ile gösterilir.


Sabit Basınçlı Sistemlerde Isı ve İş

İdeal pistonlu yani sabit basınçlı bir silindirde bulunan gaz sıcaklık etkisiyle genleştirilirse piston yukarıya doğru hareket eder ve hacim artışı olur. Oluşan bu hacim değişimi sistemin yaptığı mekanik işe önemli bir örnektir.
İlk durumdaki sisteme dışarıdan Q kadarlık bir enerji verildiğinde piston basıncın tekrar aynı durumda kalabilmesi için pistonu yukarı doğru iterek bir iş yapmış ve hacmin Δv kadar artmasına neden olmuştur.
Sisteme verilen ısı genleşme yoluyla hacim artışı oluştururken bir de sıcaklık yükselmesine neden olmaktadır. Yani sistemin iç enerjisinde bir artma olmuştur. İç enerji miktarı doğrudan ölçülemez. Ancak iç enerjide oluşan değişim hesaplanabilir. İç enerji u ile gösterildiğine göre meydana gelen değişim
Δu=Uson-Uilk
olarak yazılabilir. Ancak iç enerjideki değişime yapılan işin bir etkisi yoktur. Yani sisteme dışarıdan verilen enerjinin bir kısmı iç enerjiyi artırırken bir kısmı da iş olarak kullanılmıştır. Buna göre
Qp=Δu+W
şeklinde bir bağıntı yazılabilir.

Sabit Hacimli Sistemlerde Isı ve İş

Sabit hacimli bir kapta bulunan bir miktar gaz ısıtıldığında kabın sıcaklığı artar. Buna bağlı olarak kinetik enerjisinde de bir artış olur. Ancak hacim değişmediğinden yapılan mekanik bir iş yoktur. Bu durumda sistemin yaptığı iş w=0 olur.
Bu durumda sabit hacimli bu sisteme verilen ısının tamamı sistemin iç enerjisinin artmasına neden olmuştur.
İlk durumdaki sisteme dışarıdan Q kadarlık bir enerji verildiğinde hacim sabit olduğundan yapılan bir iş yoktur. Buna göre
QV=ΔU
şeklinde bir bağıntı yazılabilir.

SİSTEMLER

on 29 Ekim 2013 Salı
Sistem Nedir?

Sistem, üstünde incelemeler yapılan belli sınırdaki evren parçasıdır. Termodinamik fiziksel ve kimyasal değişimleri bir sistem içinde inceler.
Ortam, sistemin dışında kalan evren parçasıdır. Sistem ile ortam arasında madde alışverişi olabilir.
Evren, sistem ve ortamı içeren her şeydir. 

SİSTEM TÜRLERİ

Sistemler madde ve enerji alışverişine göre üç ana grupta toplanır:

Açık Sistem: Sistemle ortam arasında hem madde hem de enerji alışverişi yapılabilen sistemlerdir. Ağzı açık bir cam kapta yapılan deney böyle bir sisteme örnek verilebilir.

  
Kapalı Sistem: Sistemle ortam arasında madde alışverişi yapmayıp yalnızca enerji alışverişi yapan sistemlerdir. Düdüklü tencere bu tür bir sisteme örnek verilebilir.


Yalıtılmış (İzole) Sistem: Sistemle ortam arasında madde ve enerji alışverişinin olmadığı sistemlerdir. Termos kapları bu tür sistemlere örnek verilebilir.


Sistemler basınç, hacim ve sıcaklık etkenlerine göre üç ana grupta toplanabilir:

İzotermik(izotermal) Sistem: Sıcaklığı sabit tutulan (ya da sabit kalan) sistemlerdir. İnsan vücudu izotermal bir sistemdir. Otomobillerdeki klimalar ortam sıcaklığını sabit tutabildiği için, otomobilin içi izotermal sisteme örnek verilebilir.
İnsan vücudu da izotermik sisteme örnektir.

İzokorik Sistem: Hacmi sabit olan sistemlerdir. Örneğin düdüklü tencere hem kapalı hem de izokorik bir sistemdir. Hacim sabit olduğundan mekanik iş yapılmaz.

İzobarik Sistem: Basıncı sabit kalan (tutulan) sistemlerdir. Pistonlu silindirler bu sisteme örnek verilebilir. Piston hareket edebildiği için sistem ortama ya da ortam sisteme iş yapabilir.



ENERJİNİN DÖNÜŞÜMÜ VE KORUNUMU

Enerji yoktan var, vardan yok edilemez ve doğada çok çeşitli şekillerde bulunur. Enerji türleri, başka bir enerji türüne dönüşerek doğadaki varlığını sürdürür.


Energy Transfer
                                                         Kaynak

A: Güneş bir enerji kaynağıdır. Bitkilere, insanlara ve hayvanlara ısı ve ışık enerjisi kaynağıdır.

B: Akarsular da enerji kaynağıdır. Suyun hareketi, kinetik enerji açığa çıkarır.

C: Güneşten gelen ısı ve ışık enerjisi bitkilerde kimyasal ve potansiyel enerji olarak depolanır. İnsanlar bitkileri yediklerinde enerji insana geçer.

D: Güneşten gelen ısı enerjisi suya ulaşır ve suyu ısıtır. Bunun sonucunda suda ısı enerjisi depolanır. Sıcak su üstündeki havayı ısıtır. Sıcak hava yükselir, yani hareket eder. Hareket eden havanın kinetik enerjisi olmuş olur.

E: Hareket eden havadaki kinetik enerji rüzgar enerjisinin kaynağıdır. Rüzgar enerjisinden elektrik enerjisi elde edilebilir.

F: Güneşten gelen enerji çatılardaki paneller tarafından alınıp elektrik enerjisine dönüştürülebilir.














ENERJİ TÜRLERİ

Kinetik Enerji

Kinetik enerjiye sahip olmak için bir cismin hareket ediyor olması lazımdır. Yani kinetik enerji hızı olan cisimlerin sahip olduğu enerji çeşididir. Kinetik enerjiye örnek olarak koşan çocuk, dönen tekerlek ya da yüksekten düşen bir top gösterilebilir.

Kinetik enerji kütleyle de alakalıdır.

Kinetic energy example
Motion energy example
                       Kaynak


Ağır olan topun suya düştüğünde daha çok su sıçratması, kinetik enerjinin kütleyle ilişkisini açıklar.



Potansiyel Enerji

Bir cismin konumu ve durumu yüzünden sahip olduğu enerjidir. Gerilmiş bir yayda, havada duran bir cisimde ve iple tavandan asılı bir modelde potansiyel enerji vardır.

Gravitational & Potential Energy Diagram
                            Kaynak


Havaya atılan cisim yavaşladıkça kinetik enerjisi azalır, potansiyel enerjisi artar. Cisim aşağı düşerken hızlandıkça kinetik enerjisi artar, potansiyel enerji azalır. Yani potansiyel enerji yükseklik(h) ile doğru orantılıdır.



Isı Enerjisi

Isı, belirli bir sıcaklıktaki sistemin sınırlarından daha düşük sıcaklıktaki bir sisteme, sıcaklık farkı nedeniyle transfer edilen enerjidir. Yani ısı, sıcak bir maddenin soğuk maddeye ilettiği sıcaklığı sağlayan enerji türüdür. Güneş önemli bir ısı kaynağıdır.


                                            Kaynak

ISI ENERJİSİYLE İLGİLİ ANİMASYON İÇİN TIKLAYINIZ



Elektrik Enerjisi

Cisimlerin elektrik yükleri sebebiyle sahip oldukları enerjidir.


                                                  Kaynak






Işık Enerjisi

Işık enerjisi karanlık bir odayı aydınlatabilir. Yanan odun veya ampul, sahip oldukları enerjinin bir kısmını ışık enerjisine çevirir. Güneş de ısının yanında çok önemli bir ışık kaynağıdır.




                                           Kaynak



Kimyasal Enerji

Maddelerin kimyasal reaksiyonlarda bulunması sonucu ortaya çıkar. Kimyasal bağ kurma veya koparma sonuucu enerji açığa çıkar. Bu enerji bir kimyasal sistem tarafından ya emilir ya da yayılır.

Examples of chemical reaction
                       Kaynak




Nükleer Enerji

Nükleer enerji, atomun çekirdeğinden elde edilen bir enerji türüdür. Kütlenin enerjiye dönüşümünü ifade eden, Albert Einstein'a ait olan E=mc² formülü ile ilişkilidir.


                                        Kaynak


Ses Enerjisi

Ses enerjisi, titreşim veya maddenin salınımı ile ilgili enerji biçimidir. Yüksek ses ile camın kırılması ses enerjisini açıklayabilir

                       Kaynak

ENERJİ NEDİR?



Enerji, iş yapabilme yeteneği ya da kapasitesidir. Enerjinin potansiyel enerji, kinetik enerji, elektrik enerjisi gibi bir çok çeşidi vardır. Isı ve iş birer enerji türüdür. Enerji türleri birbirlerine dönüştürülebilir ve bir yerden başka bir yere aktarılabilir. Enerji yok edilemez, dönüşerek doğadaki varlığını devam ettirir.

Enerji Çözümü Karadeniz'de
   Kaynak      


Termokimya: fiziksel ve kimyasal değişimler sırasında enerji alınır ya da verilir. Yani değişimlere enerji eşlik eder. Bu değişimler sırasındaki enerji alışverişini inceleyen bilim koluna termokimya denir.


Termodinamik: kimyasal ve fiziksel değişimler sonucu açığa çıkan ya da dışarıdan alınan enerji bir iş yapar. Bu işi inceleyen bilim koluna termodinamik denir.