Mutlak sıfır sıcaklığı noktasına kadar bütün maddelerin iç enerjileri vardır. Bir sisteme iş yada iş tesir ettirildiğinde sistemin sıcaklık tutumuda entalpi de değişecektir. Bir sistemdeki madenin başlangıçtaki iç enerjisi tablolardan bulunabilir. Sistemin herhangi bir anındaki toplu sıcaklık miktarını bulabilmemiz için sisteme tesir ettirilen iş yada sıcaklık miktarını hesaplayıp sistemdeki maddenin başlangıçtaki iç enerjisiyle toplamamız gerekecektir.Mutlak 0 noktasına kadar tüm maddelerin mevcut bir iç enerjisi bulunmaktadır. Bir sisteme iş yada iş tesir ettirildiğinde maddenin iç enerjisi ve sıcaklık tutumu değişecektir. Bunların değişmesiyle entalpi sıcaklık tutumu da değişir. Bazen bir sistemin toplu sıcaklık miktarını bulmamız gerekebilir. Bir sistemin toplu sıcaklık miktarını bulmak için, sisteme tesir ettirilen işi yada sıcaklık miktarını hesaplayıp, sistemin baştaki iç enerjisi ile toplamamız gerekecektir. Entalpi en geniş anlamıyla bir sistemin toplam enerjisidir.
Toplam enerji kapsamında; sisteme evrende açılacak olan yere harcanan enerji ve sistem yaratmak harcanan enerji baz alınmaktadır. Yani ikisinin toplamı entalpi terimini ortaya çıkaracaktır.Entalpi bu formülden de görüldüğü benzer biçimde bir vaziyet fonksiyonu değildir. Bu muamele matematiksel olarak bir ispata gerek duyulmadığını ortaya koymaktadır. Entalpinin tüm değişkenlerinin hali hazırda birer vaziyet değişkeni olmaları, vaziyet değişkenlerinin birleşiminin yeniden bir vaziyet değişkeni kapısına çıkacağını ortaya koyduğundan entalpi bir vaziyet değişkeni olarak kabul edilir fakat ne olursa olsun bir vaziyet fonksiyonu değildir.
Isı Tutumu Nasıl Olur ?
Entalpi bir maddenin toplam enerjisi olduğundan direk ölçülmesi elbetteki olası değildir. Öncelikle mekanik iş miktarı ve sistemin iç enerjisi tespit edilmelidir ve arkasından yukarıda verilen formül uygulanmalıdır. Tabi ki net bir entalpi hesaplanmak isteniyorsa, tüm bu enerjiler duyarlı ölçümler kullanılarak yapılmalıdır. Entalpi bir nicelik değildir. Çünkü azca ilkin de söylendiği benzer biçimde direk standardize yapılamaz. Entalpiyi bir nicelik olarak ele almaktansa, termodinamikte görülen birçok kavram benzer biçimde değerinde oluşan değişiklikler değerlendirilmelidir. Entalpi (H) Entalpi özetlemek gerekirse, durağan tazyik altında yürütülen sıcaklık alışverişlerini göstermektedir. Örneğin buharlaşma entalpisi, sıvı moleküllerini birbirinden ayırmak, moleküller arasındaki çekim kuvvetlerini yenmek ve bunların durağan basınçtaki ortama genleşmesini sağlamak için meydana getirilen iş ve harcanan enerjidir.Termodinamik bir bilim dalı olmakla beraber dinamiğin alt dalı benzer biçimde düşünülür. Fakat termodinamik kendine has kanunları olan enerji, ısı, iş ve sıcaklık arasındaki ilişkiyi inceleyen temek bir bilim dalıdır. Termodinamik terimi Yunanca Modern Yunanca: thermos (sıcaklık) ve Modern Yunanca: dynamic (enerji) kelimelerinden türetilmiştir. Bazı Türkçe kaynaklarda ısıl devingi olarak da geçer. Enerji, sıcaklık, iş, entropi ve ekserji benzer biçimde fizyolojik kavramlarla ilgilenir. Termodinamik yasalarının istatisti Enerji ve qüç uygulanmış cisimlerin incelenmesi anlamına gelen Termodinamik fiziğin sıcaklık ile enerji arasındaki bağlantılarını inceleyen ve enerjinin biçim değiştirmesi ile uğraşan kolu olarak tanımlanır. Termodinamikte bir maddeye iş yada sıcaklık verdiğimiz vakit maddenin hal değiştirmesi için, maddeye ne kadar iş yada sıcaklık verilmesi yada katılımı gerektiği hesaplanır. Termodinamikte öteki bir hedef de ısının ise çevrilmesi şekilleri ve düşük ısı kaynağından yüksek ısı kaynağına sıcaklık nakletmek için ne kadarlık bir iş verilmesi icap ettiğini tespit etmektir.Sanayinin 18. Yüzyılda büyük atılımlar yapması, geliştirilen makinaların çalıştırılabilmesi için insan ve hayvan gücünün kifayetsiz kalması, birtakım bölgelerde akarsulardan yaralanma imkanlarının bulunmaması, buğu makinasının icadına yol açtı 1712 senesinde ilk buğu makinasının yapılması, 1770 senesinde James Watt tarafınca bu alanda büyük gelişmeler sağlanması yakıtlardan daha ucuz, rahat ve bereketli iş elde edilmesi araştırmaya yönelterek Termodinamik biliminin doğmasına sebep oldu. Buhar ve Gaz Türbinleri, Benzin Diesel Motorları, Soğutma Makinaları benzer biçimde bütün termik makinaların emek verme prensiplerinin araştırılması Termodinamiğin mevzularını kapsamaktadır.Şekil 5.4’teki termosifonda devamlı su giriş ve çıkışı olmaktadır. Q sıcaklık kaynağından termosifondaki suya ne kadar sıcaklık taşınımı bulunduğunu bulmak için durağan kütleyi kura çekmek doğru olmaz. Bunun yerine test hacmine giren sıcak ve soğuk su akışlarını çıkan kütleler alarak suya taşınan sıcaklık miktarını bulabiliriz. Ayrık (İzole) Sistem Sınırlarından enerji ve kütle geçişi olmayan sistemdir.
Ayrık sistem üstünden çevrenin hiç bir etkisi olmadığı kabul edilecektir. Adyabatik Sistem Bir hal değişimi iki biçimde adyabatik olabilir ya sistem fazlaca iyi yalıtılmıştır dolayısıyla sınırlarından sadece dikkatsizlik edilebilir. Ölçülerde sıcaklık geçebilir,veya sistem ve çevresi aynı sıcaklıktadır ve bu yüzden sıcaklık geçmiş olmasına müessir olacak ısı farkı yoktur.Isı transferi ile alakalı bütün işlemlerde minimum kayıpla sistem tasarımı hedeflenir. Soğutma işleminin sağlanmasında da yine minimum enerji tüketimiyle muayyen bir soğutma yükünün karşılanması istenir. Soğutma çevrimin oluşturan her bir işlemin minimum kayıpla ve minimum enerji sarfıyla emek harcaması gerekir. Soğutma çevrimlerinde kullanılan birtakım termodinamik işlemler aşağıda açıklanmıştır. Sabit Hacimde Termodinamik İşlem (İzometrik) Şekil 5.8 a’da elektrikli rezistanstan kapalı hacimde bulunan gaz akışkana Q ısısı verilmiş,. Şekil 5.8 b’de Wk işi verilmiş kapalı bir sistem olduğundan diyagramında 5.1’de görüldüğü benzer biçimde basıncın P1’den P2’ye çıkmasına niçin olmuştur.Aşağıdaki P.V diyagramında P1 basıncında 1-2 arası durağan basınçta olup sistem q1,2 ısısını alarak durağan ısı ve tazyik altında, P3 basıncında ise 3-4 arası durağan tazyik altında olup sistem 3 noktasından itibaren q3,4 ısısını atmosfere geçirme ederek 3 noktasından itibaren durağan ısı ve tazyik altında 4 noktasına kadar sıkıştırılmaktadır. P1 basıncında 1-2 içinde durağan ısı ve tazyik altındaki genişleme q1,2 ısısını alarak gazın halini değiştirmekte,P3 basıncında 3-4 arasındaki durağan ısı ve tazyik altındaki sıkıştırma q3-4 ısısını atmosfere geçirme edip 4 noktasındaki. gazın halini değiştirmektedir. Soğutma çevrimlerinde olduğu benzer biçimde.Şekil 5.11’de patatese olan sıcaklık geçişi nihayetinde patatesin enerjisi artacaktır. Kütle geçişinin, başka bir değişle patatesin rutubet kaybının olmadığını kabul edersek, patatesin toplam enerjisindeki artış, sıcaklık geçmiş olmasına eşit olacaktır. Eğer patatese 5 kj sıcaklık geçişi olmuşsa, patatesin enerjisi 5 kj artacaktır. Böylece bu misal için enerjinin korunumu ilkesi Q=∆E benzer biçimde yazılabilir.Yukarıda varılan sonuçlar şu şekildeki özetlenebilir; Sistemle çevresi içinde iş etkileşimlerinin olmadığı durumlarda, kapalı sistemin bir hal değişimi sırasındaki toplam enerji değişimi, sistemle çevresi arasındaki net sıcaklık geçmiş olmasına eşittir. Bu defa de sistem olarak elektrikli ısıtıcıyla ısıtılan, adyabatik bir oda alınsın. Şekil 5.13’de sisteme verilen elektrik işinin nihayetinde enerjisi artacaktır. Sistemde adyabatik olduğu için çevreyle sıcaklık alışverişi yoktur. Enerjinin korunumu ilkesine göre, sistemin enerji artışının, sistem üstünde meydana getirilen elektrik işine eşit olması gerekir. Başka bir anlatımla Yukarıdaki bağıntıda eksi işaretinin yer alması, sistem üstünde meydana getirilen işin eksi kabul edilmesinden kaynaklanmaktadır. Böylece sistem üstünde meydana getirilen işin sistemin gücünü artırması, sistem tarafınca meydana getirilen işin de gücünü matematiksel olarak elde etmiş olur.Yukarıdaki örneklerden, kapalı bir sistemde adyabatik hal değişimi esnasında meydana getirilen iş, sistemin toplam enerji değişimine eşittir.
Isı Derecesini Ayarlama
Eğer bir hal değişimi esnasında hem iş bununla beraber sıcaklık etkileşimi oluyorsa, netice her birinin katkısı toplanarak elde edilecektir. Şekil 5.15’de sistemin hal değişimi esnasında sisteme 15kj sıcaklık geçişi oluyor, ek olarak sistem üstünde pervane tarafınca 6kj iş yapılıyorsa, sistemin bu hal değişimi sırasındaki net enerji artışı 18kj olacaktır.En rahat ve eski sogutma şekli, soğuk civarlarda tabiat ananın meydana getirmiş olduğu buzları muhafaza edip bu tarz şeyleri sıcak yada ısısı alınmak istenen bölgelere koyarak sogutma sağlanmasıdır. Kışın olup biten kar ve buz’u muhafaza ederek sıcak mevsimlerde bunu soğutma maksatları için kullanma usulünün MÖ. 1000 yıllarından uygulanmakta olduğu bilinmektedir. Bu uygulamanın bugün dahiyurdumuzun birtakım yörelerinde geçerli bir soğutma şekli olduğu görülmektedir. Diğer yandan, eski mısırlılardan beri geceleri aleni gökyüzünü görecek tarzda yerleştirilen seramik testilerde suyun soğutulabileceği bilinmektedir. Bu soğutma şekli, gökyüzünün gece karanlıktaki sıcaklığının mutlak sıfır (-273) aşama sevyesinde olmasından ve ışıma (Radyasyon) yolu ile ısının gökyüzüne iletilmesinden yararlanılarak sağlanmaktadır. Ticari maksatla ilk büyük buz satışı 1806 senesinde Frederic Tudor tarafınca ve Antil adalarına 130 tonluk bir buz hamulesini Favorite isimli tekneyle götürülmesi ile başlamıştır. Daha sonraları “buz kıralı” ismi ile tanınan bu şahıs, ilk macerasından 3500 dolar para kaybetmesine karşın bu zararın tamamıyla depolama olanaklarının bulunmayışından meydana geldiğini, gerçekte ise buz işinde büyük hasılatlar bulundugunu görebilmiş ve buz ticaretine devam ederek 1850 yıllarında senede 150.000 ton’a ulaşan bir buz ticareti kütlesi geliştirmiştir. 1864 de ise buz sattığı ülkeler içinde Antiller, İran, Hindistan, Güney ABD ülkeleri bulunuyor ve gemilerinin ugradıgı limanlarının sayısı 53’ü buluyordu. Tabiatın bahşettiği buz ile soğutma şeklinden 1880’lere kadar geniş seviyede yararlanılmıştır. Buz ile elde edilmiş soğutma şeklinin gerek vakit ve gerekse bulunmuş olduğu yer bakımından çoğun ergonomik ve ucuz bir soğutma sağlayamayacagı bellidir. Bunun yerine mekanik vasıta ve cihazlarla soğutma sağlanması tercih edilir ki soğutma tekniği bilimide bu ikincisi ile ilgilenir. Mekanik soğutma ile alakalı malum ilk patent 1790 senesinde İngiliz Thomas Harris ile John Long’a aittir. 1834 senesinde da amerikalı Jacop Perkins eter ile çalışan pistonlu bir soğutma makinasının patentini almıştır. Bu makine, bir emme basma tulumbaya benzer. Bir tıp doktoru olan john Gorrie (1803-1855) ilk kez, ticari amaç ile çalışan bir soğutma makinası yapmış (1844-Apalachicola, Florida, ABD)ve “Klima –Soğutma-
Ticari buz imali” konularının babası olarak tarihe geçmiştir. Uygulama alanında ilk kez 1860 senesinde Dr. James Harrison (Avusturalya) üretim işlemi esnasında birayı soğutmak maksadıyla mekanik soğutmayı başarıyla kullanmıştır. Sistemde soğutucu akışkan olarak Sülfirik Eter kullanılmıştır. 1861 de Dr Alexander Kirk kömür ısısı ile çalışan ilk Absorpsiyonlu soğutma aygıtını gerçekleştirmiştir. Mekanik soğutma vasıtasıyla buz imalinin ticari sahaya girmesinin ise 1890 yıllarını bulmuştur. Klima sahasında büyük çapta ilk tatbik 1904 senesinde New York Ticaret Borsasına 450 ton/frigo’sevinç bir makina konularak gerçekleştirilmiştir. Konutlarda kullanılmak maksadıyla soğutucu (Buzdolabı) yaptı. Otamatik olarak çalışan buzdolapları 1918 de Kelvinatör Company tarafınca yapım edilmeye başlandı ve ilk yıl 67 dolap satıldı. 1918-1920 yılları içinde toplam 200 dolap yapılarak satıldı. Absorpsiyon prensibiyle çalışan otamatik bir buzdolabı da (Electrolux) 1927 senesinde amerika’da satışa çıktı. Soğutmanın tarifinden, bunun iki fizyolojik değere, şu demek oluyor ki ısı ve sıcaklık değerlerine bağlı olduğu görülmektedir. Gerçekte bu iki kıymet birbirine yakinen bağlıdır. İzotermik ve Adyabatik işlemler ile kütle transferi haricinde bu iki kıymet hep beraberce artıp azalırlar. ISI: Maddelerin moleküllerinin sürekli hareket halinde oldugu ve bu hareket serbestisinin en fazlaca gaz halindeki maddelerde, daha azca biçimde sıvı haldekilerde ve minimum katı haldeki maddelerde olduğu bilinir. Bu moleküler hareket ısının artmasıyla artar. Diğer bir değişle sıcaklık, moleküler bir harekettir. Katı bir maddeye sıcaklık ilave edilmiş olduğu sürece sıcaklığı artmaya süre gelir ta’ki sıvı hale dönmeye başlayıncaya kadar. Madde tamamen sıvı hale dönüşünceye kadar ısı artmaz. Sıvı hale dönüşünce, sıcaklık verilmeye devam edilirse ısı yine artmaya süre gelir ve buharlaşma süre gelir ve buharlaşma başlayıncaya kadar ısı artışı sürer. Buharlaşmanın başlamasından maddenin tamamen buğu haline dönüşmesine kadar ısı artması yeniden durur. Madde gaz şekilde iken verilen sıcaklık ile sıcaklığın yükselmeye devam etmesi termo dinamik şartlara bağlıdır.
