Tersinir ve Tersinmez Hal Değişimleri

Masanızda soğumakta olan kahvenizi çevreye herhangi bir ısı vermeden tekrar ısıtabilir misiniz ? Peki bir makinenin verimini %100’e çıkartabilir misiniz ? Zamanda tarihi olaylarda değişikliğe sebep olmadan geriye gidebilir misiniz ? İşte tüm bu soruların cevapları tersinir ve tersinmez hal değişimlerinde saklıdır.

Termodinamiğin ikinci yasası Kelvin-Planck ifadesine göre hiçbir makine %100 verimlilikte çalışamaz çünkü makinenin çalışabilmesi için birden fazla kaynak ile ısı alışverişi içerisinde olması gerekir. (İkinci yasa ile ayrıntılı bilgiye buradan ulaşabilirsiniz.) Bir makinenin ulaşabileceği maksimum ısıl verimin ne olduğunu anlamak adına tersinir hal değişim kavramını bilmemiz gerekmektedir. Bu kavram tamamen termodinamiğin 2.yasası ve entropiyle ilişkilidir.

Tersinir Hal Değişimi

Tersinir hal değişimi; belirli bir yönde gerçekleştikten sonra, çevre üzerine herhangi bir iz bırakmadan tekrar tersi yönde gerçekleşebilen hal değişimidir.

İkinci yasaya göre ısı sıcak ortamdan soğuk ortama kendiliğinden geçer. Yani sıcak bir çayı oda sıcaklığında bırakırsanız zamanla soğuyacaktır. Fakat tam tersi soğuyan bir çay kendiliğinden ısınamaz. Yani ilk haline kendiliğinden dönmesi olanaksızdır. Bu tarz hal değişimine de tersinmez hal değişimi denir. Eğer örneğimizde çay tekrar kaybettiği ısıyı çevreden geri alabilseydi çevre ve çay ilk haline dönebilirdi ve buradaki hal değişimi de tersinir olurdu.

İlginizi çekebilir –> Carnot Çevrimi

Doğada hiçbir sistem tersinir yani geri dönüştürülebilir değildir. Çünkü yapılan hiçbir işlem geri döndürülemez çayın kaybettiği ısı çevreye geçmiştir. Çayın ısının çevreye aktarılmasını durdurarak yada aktarılan ısıyı enerji harcamadan geri çaya döndürerek çayın ve çevrenin ilk halinde kalmasını sağlarsak geri dönüştürülebilir bir iş yapmış oluruz. Özetle çevre ısı kazandığı ısıyı geri vermesi, çayın da bu ısıyı enerji harcamadan geri alabilmesi gerekir ancak bunu asla gerçekleştiremeyiz sadece yaklaşabiliriz.

Çayı bir termosun içine koyarak geç ısınmasını sağlayabilirsiniz ancak sonunda yine soğuyacaktır. Termos kullanarak sistemi geri dönüştürülebilir hal değişimine yaklaştırmaya çalışırız ama asla tersinir hale getiremeyiz. Çayı tekrar ısıtarak onu ilk haline getirebiliriz ama çevreyi ilk haline geri getiremeyiz çünkü soğutma makinesi de çalışırken çevreye ısı aktaracaktır. Kısacası doğadaki tüm hal değişimleri tersinmezdir.

Yukarıdaki örnekte görüldüğü gibi piston üzerine ağırlıklar konularak içerisindeki sıvı sıkıştırılabilir. Ağırlıkları çevre ortamına aktarırsak pistonun durumu değişecek pistonun konumunun ilk haline gelmesi içinde çevre ortama aktarılan ağırlıkların tekrar pistonun üzerine konulması gerekir. Eğer böyle bir işlemi ortama bir enerji kaybı yapmadan gerçekleştirirseniz tersinir bir iş yapmış olursunuz. Tabi ki de böyle bir durum imkansızdır. Çünkü herhangi bir şekilde bu ağırlıkları tekrar pistonun üzerine koyarsanız bu sefer ortamı değiştirmiş olursunuz.

Tersinir Hal Değişimi ve Verim

Mühendisler, tersinir hal değişimleri ile ilgilenirler çünkü makinelerin ürettiği işi arttırıp, tükettiği işi azaltmanın yani verimlerini arttırmanın en iyi yolu budur. Örneğin, elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştüren bir elektrik motoru düşünün. Bu motorun verimini arttırmak istiyorsan çevre ortama ısı enerjisi olarak kaybettiği enerjiyi azaltmamız gerekir. Bu kaybı tamamen engellersek tersinir iş yapar verimi de %100 yaparız. Tabi bu ikinci yasa gereği imkansızdır. Ama motoru %100 verime yada geri dönüştürülebilir bir hal değişimine yaklaştırabiliriz. Kısacası verim ifadesi bir sistemin tersinir hal değişimine ne kadar yaklaşıldığının bir ölçüsüdür.

Tersinmez Hal Değişimleri

Tersinmez hal değişimi doğadaki tüm sistemler de görülen bir durumdur. Tersinmez hal değişimi, belirli bir yönde gerçekleşen bir hal değişiminin çevre üzerinde etki yapılmadan ilk haline getirilememesi olarak tanımlanabilir. Tüm makine ve sistemler tersinmezdir. Tersinmez hal değişimi direk olarak ikinci yasa ve entropinin bir sonucudur. Önceki paragraflarda açıkladığımız gibi hiçbir makinenin %100 verime sahip olmaması bunların tersinmez olduğunu gösterir.

Doğa ve evrende hiçbir şeyi çevreye bir iş yapmadan ilk haline getiremezsiniz. Zamanda geriye gidilebilir mi ? Bunu henüz bilmiyoruz. Bana göre entropinin bir sonucu olarak zamanda ileriye gidilebilir fakat asla geriye gidilemez. Bunu tersinir ve tersinmez hal değişimi için değerlendirirsek zamanda geriye gitmek tersinir bir işlem olacaktır. Çünkü belirli olaylar sonucu oluşan sonuçlar var tüm bunları geriye sararak her şeyi ilk haline getirmek, bunu yaparken de diğer faktörleri bozmamak olanaksızdır. Bu konu hakkında anlamadığınız veya eklemek istediğiniz şeyleri yorum olarak belirtiniz.

Kaynak: Mühendislik Yaklaşımıyla Termodinamik (Yunus Çengel,Michael Boles)