İÇ ENERJİ

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.

Kaynak

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.

Kaynak

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

Δ_u=U_son-U_ilk

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

Q_p=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

Q_V=ΔU

şeklinde bir bağıntı yazılabilir.