​

​

İkinci yasa: Bu yasa, "Artan Entropi Yasası" olarak da bilinir. “Termodinamiğin babası” olarak da bilinen Nicolas Léonard Sadi Carnot adlı bir Fransız fizikçi, temel olarak Termodinamiğin İkinci Yasasını ortaya koymuştur. Ancak, yaptığı açıklamaya göre, yasanın tanımı için kalori teorisinin kullanılmasına vurgu yapmıştır. Kalorik (kendini iten sıvı) ısı ile ilgilidir ve Carnot, hareket döngüsünde bir miktar kalorinin kaybolduğunu gözlemlemiştir.

Kendiliğinden meydana gelen tüm doğal süreçler entropinin artırdığı yönde ilerler. Entropi, en genel anlamıyla düzensizliğin bir ölçüsüdür. Örneğin bu yasa sıcak cisimlerden soğuk cisimlere ısı akışı olacağını söyler. Evrenin entropisi sadece artar ve asla azalmaz. Birçok kişi bu ifadeyi hafife alır, ancak bunun kapsamlı bir etkisi ve sonucu vardır.

Bir oda düzenlenmezse veya temizlenmezse, zamanla her zaman daha dağınık ve düzensiz hale gelir. Oda temizlendiğinde entropisi azalır, ancak onu temizleme çabası, oda dışındaki entropinin, kaybedilen entropiyi aşan şekilde artmasına neden olur.

​

Termodinamiğin ikinci yasası, ısı transferinin yönüne ve ısı motorlarının ulaşılabilir verimliliğine kısıtlamalar getirir. Termodinamiğin birinci yasası, evrenin enerjisinin sabit kaldığını, ancak enerji sistem ve çevre arasında değiş tokuş edilebilmesine rağmen, yaratılamayacağını veya yok edilemeyeceğini belirtir.

Termodinamiğin birinci yasası bir süreç olarak enerji transferinin miktarı hakkında bilgi verirken, enerji transferinin yönü ve enerjinin kalitesi hakkında herhangi bir fikir vermemektedir. Birinci yasa, tek tip sıcaklıktaki metalik bir çubuğun kendiliğinden bir uçta daha sıcak ve diğerlerinde daha soğuk olup olmayacağını gösteremez. Yasanın söyleyebileceği tek şey, süreç gerçekleşirse her zaman enerji dengesinin olacağıdır. Herhangi bir işlemin yapılabilirliği için kriter sağlayan termodinamiğin ikinci yasasıdır. Termodinamiğin hem birinci hem de ikinci yasalarını karşılamadığı sürece bir süreç gerçekleşemez.

​

Termodinamiğin ikinci yasası, kendiliğinden meydana gelen herhangi bir sürecin her zaman evrenin entropisinde (S) bir artışa yol açacağını belirtir. Basit bir deyişle, yasa, yalıtılmış bir sistemin entropisinin zamanla asla azalmayacağını açıklar.

Bununla birlikte, sistemin termodinamik dengede olduğu veya tersinir bir süreçten geçtiği bazı durumlarda, sistem ve çevresinin toplam entropisi sabit kalır.

İkinci yasa, ısı enerjisini yüzde 100 verimle mekanik enerjiye dönüştürmenin imkansız olduğunu açıkça açıklar. Örneğin, bir motordaki pistona bakarsak, basıncını artırmak ve bir pistonu çalıştırmak için gaz ısıtılır. Bununla birlikte, piston hareket etse bile, gazda her zaman başka bir iş yapmak için kullanılamayacak bir miktar artık ısı vardır. Isı boşa gider ve atılması gerekir. Bu durumda bir soğutucuya aktarılarak yapılır veya bir araba motoru durumunda, kullanılmış yakıt ve hava karışımının atmosfere atılmasıyla atık ısı atılır. Ayrıca, genellikle kullanılamayan sürtünmeden kaynaklanan ısı da sistemden uzaklaştırılmalıdır.

Matematiksel olarak termodinamiğin ikinci yasası şu şekilde temsil edilir;

ΔSu > 0

 

ΔSu: evrenin entropisindeki değişimdir.

Entropi, sistemin rastgeleliğinin bir ölçüsüdür veya izole edilmiş bir sistem içindeki enerji veya kaosun ölçüsüdür. Enerjinin kalitesini tanımlayan nicel bir indeks olarak düşünülebilir.

Bu arada, kapalı sistemin entropisinde artışa neden olan birkaç faktör vardır. İlk olarak, kapalı bir sistemde kütle sabit kalırken çevre ile ısı alışverişi olur. Isı içeriğindeki bu değişiklik sistemde bir rahatsızlık yaratır ve böylece sistemin entropisini arttırır.

İkinci olarak, sistemin moleküllerinin hareketlerinde içsel değişiklikler meydana gelebilir. Bu, sistem içinde tersinmezliklere neden olan ve entropisinin artmasıyla sonuçlanan rahatsızlıklara yol açar.

​

Termodinamiğin ikinci yasası hakkında iki ifade vardır: 

1. Kelvin- Plank Açıklaması

2. Clausius Açıklaması

Hem Clausius'un hem de Kelvin'in ifadeleri eşdeğerdir, yani Clausius'un ifadesini ihlal eden bir cihaz Kelvin'in ifadesini de ihlal edecektir ve bunun tersi de geçerlidir.

​

Kelvin- Plank Açıklaması

Bir ısı makinesinin, yalnızca tek bir sabit sıcaklıktaki cisimlerle ısı alışverişi yapıyorsa,

tam bir çevrimde bir ağ oluşturması imkansızdır.

İstisnalar:

Q 2 =0 ise (yani, W net = Q 1 veya verimlilik=1.00)

ısı makinesi, yalnızca bir rezervuarla ısı alışverişi yaparak tam bir çevrimde iş üretir.

​

Clausius Açıklaması

Herhangi bir iş harcamadan, daha soğuk bir cisimden daha sıcak bir cisme ısı aktarabilen bir döngüde çalışan bir cihaz yapmak imkansızdır. Ayrıca, enerji düşük sıcaklıktaki bir nesneden daha yüksek sıcaklıktaki bir nesneye kendiliğinden akmaz. Net enerji transferinden bahsettiğimize dikkat etmek önemlidir. Enerji transferi, enerjik parçacıkların veya elektromanyetik radyasyonun transferi ile soğuk bir nesneden sıcak bir nesneye gerçekleşebilir. Bununla birlikte, herhangi bir kendiliğinden süreçte sıcak nesneden soğuk nesneye net transfer gerçekleşecektir. Ve net enerjiyi sıcak cisme aktarmak için bir tür iş gereklidir. Başka bir deyişle, kompresör harici bir kaynak tarafından çalıştırılmadığı sürece buzdolabı çalışmayacaktır.

​

​

Üçüncü yasa: Sıcaklık mutlak sıfıra yaklaşırken entropi sıfıra yakınsar. Mutlak sıfır sıcaklığı Celsius ölçeğinde -273,15 dereceye, Kelvin ölçeğinde ise 0 dereceye karşılık gelir. 

Bu yasa, 1906 ve 1912 yılları arasında Alman kimyager Walther Nernst tarafından geliştirilmiştir.

Saf kristal bir maddenin (mükemmel düzen) mutlak sıfır sıcaklığında entropisi sıfırdır. Bu ifade, mükemmel kristalin minimum enerjili tek bir duruma sahip olması durumunda geçerlidir.

Termodinamiğin üçüncü yasasını adım adım anlamak için bir örnek olarak buharı ele alalım:

1. İçindeki moleküller serbestçe hareket eder ve yüksek entropiye sahiptir.

2. Sıcaklık 100 °C'nin altına düşürülürse, buhar, moleküllerin hareketinin kısıtlandığı suya dönüşür ve suyun entropisini azaltır.

3. Su 0 °C'nin altına soğutulduğunda katı buza dönüşür. Bu durumda moleküllerin hareketi daha da kısıtlanır ve sistemin entropisi daha fazla azalır.

4. Buzun sıcaklığı daha da azaldıkça, içindeki moleküllerin hareketi daha da kısıtlanır ve maddenin entropisi azalmaya devam eder.

5. Buz mutlak sıfıra soğutulduğunda ideal olarak entropi sıfır olmalıdır. Ama gerçekte, herhangi bir maddeyi sıfıra soğutmak imkansızdır.

​

'S' ile gösterilen entropi, kapalı bir sistemdeki düzensizliğin/rastgeleliğin bir ölçüsüdür. Sistem tarafından erişilebilen mikro durumların sayısı (bir sistem tarafından işgal edilebilen sabit bir mikroskobik durum) ile doğrudan ilişkilidir, yani kapalı sistemin kaplayabileceği mikro durum sayısı ne kadar fazlaysa, entropisi de o kadar büyük olur. Sistemin enerjisinin minimumda olduğu mikro duruma, sistemin temel durumu denir.

Sıfır Kelvin sıcaklığında, kapalı bir sistemde aşağıdaki olaylar gözlemlenebilir:

• Sistem herhangi bir ısı içermez.

• Sistemdeki tüm atomlar ve moleküller en düşük enerji noktalarındadır.

Bu nedenle, mutlak sıfırdaki bir sistem yalnızca bir erişilebilir mikro duruma sahiptir – bu temel durumdur. Termodinamiğin üçüncü yasasına göre, böyle bir sistemin entropisi tam olarak sıfırdır.

​

​