Hazır yeni bir yıla girmişken hem sizlerden en fazla istek alan konu olduğu hem de biraz genel gündemle ilgili bağlama da uyduğu için :)… Termodinamiğin 2. yasası ve Entropi’den bahsedeceğim…
Aslında Termodinamik ve İstatistiksel Mekanik fizikle ciddi ciddi haşır neşir olduğum zamanlarda her nedense çok hazzettiğim konular içinde değildi… Muhtemelen zamanında öğrenciyken son sınıf dersi olduğu ve ben son sınıfta çoktan ABD’ye doktora kabulü aldığım için derslere girme motivasyonum ‘hoca bitir artık!’ seviyesinde olduğu için olabilir… Ve farkına vardım ki bu kadar zamandır hiç bir yazımda Termodinamiğin T’sine dokunmamışım… Bu yıl bir sürü yeni başlangıç planlıyorum ve yabancıların ‘new year resolution’ dedikleri ‘yeni yıl kararları’mdan biri de daha önce dokunmaya üşendiğim konulara/olaylara/işlere odaklanmak (Bu yıl özellikle her yaştan genç arkadaşları ilgilendirecek, aslında üzerinde uzun zamandır düşünüp aksiyona yeni aldığım bazı duyurularım olacak yakında :)..)
Evet, gelelim konumuza… Öncelikle Termodinamik teriminin kendisinden başlayalım;
Termodinamik kısaca; ısı ve sıcaklık kavramlarının enerji ve iş kavramlarıyla ilişkisini inceleyen fizik dalı…
4 temel yasası var:
0.Yasa: İki farklı sistem 3. bir sistemle ayrı ayrı ‘Isıl Denge’ (thermal equilibrium) içindeyse bu iki sistem kendi arasında da Isıl Denge içindedir.
1.Yasa: Dışarıdan izole edilmiş bir sistemin ‘iç enerjisi’ sabittir.
Bu iki yasa kulağa oldukça sıradan geliyor biliyorum, ancak çok işimize yarayacaklar…
2.Yasa: Soğuk bir ortamdan Sıcak bir ortama ısı transferi mümkün değildir.
Bugünün konusu olan yasa…
3.Yasa: Bir sistemin sıcaklığı ‘mutlak sıfıra’ yani ~ -274 Celcius’a yaklaştıkça Entropisi de minimum değerine gider.
Evet buraya kadar bilmediğimiz ilk terimi duymuş olduk; Entropi…
Peki nedir bu Entropi?!
Basit bir deney üzerinden anlatalım;
Bir piston düşünün; Bu piston ile 4 aşamalı bir işlem yapacağız:
i) Önce Isotermal olarak pistonun içindeki havayı genleştiriyoruz. Yani pistona dışarıdan ısı veriyoruz ancak ısı alırken yaşadığı genleşme sonucu içindeki gazın sıcaklığı değişmiyor (step1)
ii) Sonra hiç bir ısı alış verişi olmadan (yani Adyabatik olarak) pistonu yukarı kaldıralım. Bu sefer ısı değişimi olmasa bile hacim arttığı için gazın sıcaklığını değiştirmiş oluruz. (step2)
iii) Bu adımda pistonu yine Isotermal olarak bu sefer soğuk bir kaynağa maruz bırakıyoruz. Gazın hacmi küçüleceğinden sıcaklık değişmeden hacimde daralma olacak (step3)
iv) Ve son olarak pistonu itmek suretiyle (adyabatik, yani ısı alış verişi olmadan) gazı eski hacmi ve basıncına getiriyoruz.
Olayın tamamı aşağıdaki grafiklerde özetlendiği şekilde cereyan etmekte:
İşte, bir sistemin Entropisi’nin daima artıyor olmasının kısa hikayesi !..
Şimdi tüm bu ifadelerin ne demek olduğunu, neyi ispat ettiğimizin üzerinde biraz duralım:
Dikkat ederseniz; S=Q/T ifadesi yani sistemin ısısının sıcaklığına oranının sürekli artıyor olması; örneğin gaz dolu bir odayı örnek alırsak, bir odadaki gazın düzensizliğinin daimi şekilde arttığını, en ideal koşullarda ancak sabit kaldığını anlatmakta…
Yani genel olarak bir sistemin düzensizliğinin artışa meyilli olduğunun yasası…
Bu kavram, işte tüm bu sebeplerden dolayı doğanın en temel yasalarından biri olarak kabul edilir. Doğadaki bir sürecin “geri dönüşsüzlüğü”nden zamanın “tek yönlülüğü”ne kadar bir çok olgu Termodinamiğin 2. yasası ile açıklanır…
Aşağıdaki gibi aforizmalara da meze oluşu bu yüzdendir;
Not1: 2. yasanın söylediği “soğuk ortamdan sıcak ortama ısı transferinin doğal olarak olmadığını” tam olarak ispatlamadık farkındayım… Ancak Entropi’nin sürekli artış prensibinin bunun göstergesi olduğunu anlatabilmişimdir umarım…
…..
Termodinamik üzerine yazmaya daha sonra devam edeceğim… Henüz Boltzman’dan dahi bahsetmedik farkındayım ancak Entropinin genel tanımı ve İstatistiksel Mekanik vs. ancak sonraki bir yazının konusu olabilir gibi duruyor… Şimdilik temel kavramlar.
Yılın bu ilk yazısında şimdilik bu kadar :)..
…..
Not2:Başta bahsettiğim gibi bu yıl daha küçük yaş grupları için yapmayı planladığım(ız) workshop’ları (daha çok matematiksel ve geometrik düşünceye yönelik) yakında ilan edeceğim, bekleyiniz :)..
Can'ın Yazdıkları 