Termodinamik süreç
Isı (Q), sıcaklık farkı nedeniyle bir nesneden diğerine hareket eden enerjidir. Sistemler ve ortamlar söz konusu olduğunda, ısı, sıcaklık farkı nedeniyle sistemden ortama veya ortamdan sisteme hareket eden enerjidir. Sistem sıcaklığı ortam sıcaklığından yüksekse, ısı sistemden ortama akar. Ortam sıcaklığı sistem sıcaklığından yüksekse, ısı ortamdan sisteme akar.
Isı (Q), sıcaklık farkından dolayı hareket eden enerjidir; iş (W) ise iş yoluyla enerji transferiyle ilgilidir. Örneğin, sistem çevreye iş yapıyorsa, enerji sistemden çevreye doğru hareket eder. Tersine, çevre sisteme iş yapıyorsa, enerji çevreden sisteme doğru hareket eder.
İç enerji ve termodinamiğin birinci yasası
Sistemin iç enerjisi (U), sistemdeki tüm moleküler kinetik enerjinin toplamı ile sistemdeki moleküller arasındaki etkileşimden kaynaklanan tüm potansiyel enerjinin toplamıdır. Eğer çevreden sisteme ısı akışı olursa (sistem enerji alırsa), sistemdeki enerji artar. Tersine, eğer sistem çevreye iş yaparsa (sistem enerji salarsa), sistemdeki enerji azalır.
Enerjinin korunumu ilkesine göre, sistemdeki iç enerji değişimleri = sisteme eklenen ısı (sistem enerji alır) eksi sistem tarafından yapılan iş (sistem enerji salar).
Δ U = iç enerji değişimleri, Q = Isı, W = İş
İç enerji, sistemin mikroskobik bir niceliğidir ve bu nedenle değeri bilinemez. Oysa iç enerjideki değişimler, sisteme eklenen enerji ve sistem tarafından ısı ve iş şeklinde salınan enerji yoluyla bilinebilir. Buna karşılık, sıcaklık (T), basınç (p), hacim (V) ve kütle (m) veya bazı moller (n) gibi makroskobik nicelikler bilinmektedir.
Isı ve iş, yalnızca sistem ile çevre arasındaki enerji transfer sürecinde yer alır. Isı ve iş, sistemin durumunu belirten bir nicelik değildir.
Isı (Q) ve İş (W) için işaret kuralları
Isı ve İş için işaret kuralları, Termodinamiğin Birinci Yasası denklemine göre ayarlanmıştır. Yukarıdaki denklemde Isı (Q), sisteme eklenen ısıdır (Q pozitif), yukarıdaki denklemde İş (W) ise sistem tarafından yapılan iştir (W pozitif). Sistemden ısı çıkarsa, Q negatiftir. Sisteme iş yapılırsa, W negatiftir.
Örnek 1 :
Sisteme 2000 Joule ısı verilirken, sistem 1000 Joule iş yapıyorsa, sistemin iç enerjisinde ne kadar değişiklik olur?
Çözüm
Δ U = Q – W = 2000 – 1000 = 1000 Joule.
Sistem 2000 Joule ısı emer (sistem enerji alır), ayrıca 1000 Joule iş üretir (sistem enerji salar). Sistem enerji değişimi = 1000 Joule.
Örnek 2 :
Sistemden 2000 Joule ısı enerjisi ayrılıyor. Sistem 1000 Joule iş yapıyor. Sistemin iç enerji değişimlerini hesaplayın.
Çözüm
Sistem ısı açığa çıkarıyorsa, Q negatiftir.
Δ U = Q – W = -2000 – 1000 = -3000 Joule.
Sistem 2000 Joule ısı açığa çıkarır. Sistem ayrıca 1000 Joule iş yapar (sistem tarafından açığa çıkarılan enerji). Dolayısıyla, sistemin iç enerjisi 3000 J azalır.
Örnek 3 :
Sisteme 2000 Joule ısı veriliyor ve sisteme 1000 Joule iş yapılıyor. Sistemin iç enerji değişimlerini hesaplayın.
Çözüm
Sistem üzerinde çalışma yapıldığı için W negatiftir.
Δ U = Q – W = 2000 – (-1000) = 3000 Joule.
Sistemin iç enerjisi 3000 Joule artar.
