Termodinamik çevrim

Termodinamik
Klasik Carnot ısı makinesi
Dallar Klasik İstatistiksel Kimyasal Kuantum termodinamiği Denge / Dengesizlik
Kanunlar Sıfırıncı Birinci İkinci Üçüncü
Sistemler Kapalı sistem İzole sistem Durum Hâl denklemi İdeal gaz Gerçek gaz Maddenin hâlleri Faz (madde) Denge Kontrol hacmi Enstrümanlar Süreçler İzobarik İzokorik İzotermal Adyabatik İzentropik İzentalpik Kuazi-statik Politropik Serbest genişleme Tersinirlik Tersinmezlik Endotersinirlik Çevrimler Isı motorları Isı pompaları Isıl verim
Sistem özellikleri Not: Eşlenik değişkenler italik yazılmıştır. Özellik diyagramları Yeğin ve yaygın özellikler Süreç fonksiyonları İş Isı Hâl fonksiyonları Sıcaklık / Entropi (giriş) Basınç / Hacim Kimyasal potansiyel / Parçacık sayısı Buhar kalitesi İndirgenmiş özellik
Malzeme özellikleri Özellik veritabanları Isı sığası  ${\displaystyle c=}$ ${\displaystyle T}$ ${\displaystyle \partial S}$ ${\displaystyle N}$ ${\displaystyle \partial T}$ Sıkıştırılabilirlik  ${\displaystyle \beta =-}$ ${\displaystyle 1}$ ${\displaystyle \partial V}$ ${\displaystyle V}$ ${\displaystyle \partial p}$ Genleşme  ${\displaystyle \alpha =}$ ${\displaystyle 1}$ ${\displaystyle \partial V}$ ${\displaystyle V}$ ${\displaystyle \partial T}$
Denklemler Carnot teoremi Clausius teoremi Temel ilişki İdeal gaz yasası Maxwell ilişkileri Çift taraflı Onsager bağıntıları Bridgman denklemleri Termodinamik denklemler tablosu
Potansiyeller Serbest enerji Serbest entropi İç enerji ${\displaystyle U(S,V)}$ Entalpi ${\displaystyle H(S,p)=U+pV}$ Helmholtz serbest enerjisi ${\displaystyle A(T,V)=U-TS}$ Gibbs serbest enerjisi ${\displaystyle G(T,p)=H-TS}$
Tarih Kültür Tarih Genel Entropi Gaz yasaları "Devridaim" makineleri Felsefe Entropi ve zaman Entropi ve yaşam Brownian ratchet Maxwell'in Cini Isı ölümü paradoksu Loschmidt paradoksu Sinerjetik Teoriler Kalorik teorisi Vis viva ("yaşam gücü") Isının mekanik eşdeğeri Tahrik gücü Temel yayınlar "An Experimental Enquiry Concerning ... Heat" "On the Equilibrium of Heterogeneous Substances" "Reflections on the Motive Power of Fire" Zaman çizelgeleri Termodinamik Isı makineleri Sanat Eğitim Maxwell'in termodinamik yüzeyi Enerji dağıtımı olarak entropi
Bilim insanları Bernoulli Boltzmann Carnot Clapeyron Clausius Carathéodory Duhem Gibbs von Helmholtz Joule Maxwell von Mayer Onsager Rankine Smeaton Stahl Thompson Thomson van der Waals Waterston
Diğer Çekirdeklenme Öztoplanma Özörgütlenme Düzen ve düzensizlik
Kategori

Termodinamik çevrim, bir veya daha çok hal değişimi (termodinamik süreç) gerçekleştiren, iş veya enerji üreterek veya enerjiyi transfer ederek ilk haline dönen bir çalışma akışkanı içeren çevrimlerdir. Tabloda termodinamik çevrimlerin listesi verilmiştir.

Kapalı bir çevrim esnasında, sistem başlangıçtaki termodinamik sıcaklık ve basınç durumuna döner. Termodinamik sistemlerde ısı ve iş gibi tüm çevrim basamakları birbirlerinden bağımsızdır. Başlangıç durumuna dönen sistemlerde termodinamiğin birinci kanununun uygulanışı şöyledir:

${\displaystyle \Delta E=E_{out}-E_{in}=0}$

Yukarıda çevrim sonunda sistemin enerjisinde bir değişimi olmadığı ifade edilmiştir. E_in (E_giriş), sistemdeki ısı ve iş girişini, E_out (E_çıkış), sistemdeki ısı ve iş çıkışını ifade etmektedir. Termodinamiğin birinci kanunu aynı zamanda, bir çevrimdeki net ısı girişinin, net iş çıkışına eşit olduğunu söyler. (Isı için Q_giriş pozitif, Q_çıkış ise negatif kabul edilir.)

Başlıca termodinamik çevrimler, güç çevrimleri ve ısı pompası çevrimleridir. Güç çevrimlerinde ısı girişi ve mekanik iş çıkışı vardır. Isı pompası çevrimlerinde ise mekanik iş girişi ile düşük sıcaklıktan yüksek sıcaklığa ısı transferi yapılır. Basınç-Hacim (PV) (İngilizce: Pressure-Volume) ve Sıcaklık-Entropi diyagramlarında saat yönündeki çevrim güç çevrimine, saat yönünün tersine olan çevrim ise ısı pompası çevrimine işaret eder.

Otto Çevrimi:

1→2: İzantropik Genişleme: Sabit entropi (s), basınç (P) düşüşü, hacim (v) artışı, sıcaklık (T) artışı

2→3: İzokorik Soğuma: Sabit Hacim(v), basınç (P) düşüşü, entropi düşüşü(S), Sıcaklık (T) düşüşü

3→4: İzantropik Sıkıştırma: Sabit entropi(s), basınç (P) düşüşü, hacim (v) düşüşü, sıcaklık (T) artışı

4→1: İzokorik Isınma: Sabit hacim (v), basınç (P) artışı, entropi (S) artışı, sıcaklık (T) artışı

Termodinamk süreçler (prosesler) listesi;

Adyabatik: çalışma akışkanında ısı ve kütle kaybının veya kazancının olmadığı haldeki süreçtir. Toplam iç enerji değişimi sıfırdır.

İzotermal: Sıcaklık değişiminin sıfır olduğu haldeki süreçtir. (T=sabit, δT=0)

İzobarik: Basınç değişiminin sıfır olduğu haldeki süreçtir. (P=sabit, δP=0)

İzokorik: Hacim değişiminin sıfır olduğu haldeki süreçtir. (V=sabit, δV=0)

İzantropik: Entropi değişiminin sıfır olduğu haldeki süreçtir. (S=sabit, δS=0)

Termodinamik güç çevrimleri ısı motoru operasyonlarının temelidir. Isı motorları dünyadaki elektrik gücünün önemli bir kısmını sağlarken, motorlu taşıtların çok büyük çoğunluğu da ısı motorlarıyla çalışır. Güç çevrimler iki kategoride incelenebilir: gerçek çevrimler ve ideal çevrimler. Güç çevrimleri kullandıkları ısı motoru tiplerine göre birbirlerinden ayrılırlar. İçten yanmalı motorlarda en sık rastlanan çevrimler: otto çevrimi; benzinli motor’da kullanır, Dizel çevrimi; dizel motor’da kullanılır. Dıştan yanmalı motorlarda ise Brayton çevrimi; türbin motoru kullanır, Rankine çevrimi; buhar türbini kullanır, Stirling çevrimi ve Ericsson çevrimleri; sıcak hava motoru kullanırlar.

Örnek, 4 termodinamik süreç (proses) içeren ısı motoru çevriminden (net iş çıkışı) basınç-hacim mekanik iş çıkışı

${\displaystyle {\text{(3)}}\qquad W_{net}=W_{1\to 2}+W_{2\to 3}+W_{3\to 4}+W_{4\to 1}}$

${\displaystyle W_{1\to 2}=\int _{V_{1}}^{V_{2}}P\,dV,\,\,{\text{negatif, sistem üzerinde yapılan iş}}}$

${\displaystyle W_{2\to 3}=\int _{V_{2}}^{V_{3}}P\,dV,\,\,{\text{ V2 = V3 is iş sıfırdır}}}$

${\displaystyle W_{3\to 4}=\int _{V_{3}}^{V_{4}}P\,dV,\,\,{\text{pozitif, sistem tarafından yapılan iş}}}$

${\displaystyle W_{4\to 1}=\int _{V_{4}}^{V_{1}}P\,dV,\,\,{\text{ V4 = V1 ise iş sıfırdır}}}$

Süreç (proses) 4-1 ve 2-3 arasında hacim değişikliği meydana gelmez ise, denklem (3) şu şekilde basitleştirilebilir:

${\displaystyle {\text{(4)}}\qquad W_{net}=W_{1\to 2}+W_{3\to 4}}$

Günlük kullanılan ısı pompaları ve buzdolaplarında termodinamik ısı pompası çevrimleri kullanılır.

• Entropi