Featured Video Play Icon

ISININ GÜCÜ! – TERMODİNAMİK

Michael Faraday.

Soğuğu bulmuştu.

Ve bu fikrini “ticarileştirmeyi” düşünseydi tarihin en zengin isimleri arasına ismini yazdırabilirdi.

Ama hiç ama hiç böyle bir hırsı yoktu onun.

Tabi daha sonra başka isimler, girişimciler bu fikirlerden yola çıkarak paraya para demezken bir taraftan da bu muhteşem keşifleri insanlara ulaştıracaklardı.

Fakat. Soğuğun. Yapay soğuğun evimize girmesi için biraz daha zaman vardı. Garip gelebilir belki ama evimizde yiyecekleri soğutabilmek,  dondurucularda kış için erzak stoklayabilmek için başka bir şeyi de iyi anlamamız gerekiyordu. Sıcağı. Sıcağı tam çözmeden de soğuğu çözemeyecektik.

Hikayenin yeni bölümüne hoş geldiniz…

1800’lerin başından itibaren “buhar” tüm dünyayı değiştirmeye ve kelimenin tam anlamıyla bir lokomotif görevi görerek sanayi devrimini son hızla ilerletmeye başlamıştı.

Burada garip bir tesadüf vardı yalnız. Bu sefer bilim teknolojiyi takip edecekti. Önce teknoloji, buharlı makineler gelecek, sonra bu makineleri daha verimli hale getirmek isteyenler bu işin bilimini ve sonunda fiziğin en temel çalışma alanlarından birini ortaya çıkaracaktı.

Bu enerjinin dönüşümü ya da enerji transferinin gelişimine bağlıydı bir nevi. Bu gelişim de önceki videoda da bahsettiğim modern yaşamın en önemli icatlarını ortaya çıkaracaktı. Soğutma ve arıtma.

Yani “termodinamik” insanlığa ucuz enerji ve ucuz yakıt sağlayacak. Elbette bununla birlikte daha ucuz, daha çok ve bozulmamış gıdaya da erişimi sağlayacaktı. Bu sayede dünya nüfusunda da bir patlama yaşanmaya başlayacak, yaşam süreleri artacak, 200 sene önce insanların hayal edemeyeceği bir yaşam konforunu ortaya çıkaracaktı.

Sonunda da termodinamik yine bizim de varacağımız yer olan kuantum mekaniğinin ve genel göreliliğin temellerini atacaktı.

O nedenle daha önce entropi videomuzda da genel bir bakış attığımız termodinamiğe, ısıya, entropiye daha detaylı, daha kapsamlı ve daha fazla yer ayırmamız gerekiyor.

 Bahsettiğimiz gibi buhar gücü ile özellikle İngiltere gibi ülkeler inanılmaz bir süpergüç haline gelmeye başlamıştı. Her zaman olduğu gibi bu teknolojinin ya da genel anlamda modern teknolojilerin gerisinde kalan ülkeler hızla hem ekonomik hem de askeri anlamda geride kalmaya başlıyordu. Fransa da bu ülkelerden biriydi. Fakat genç bir çocuk ülkesinin haline çok üzülüyor, içten içe ingiltere’nin bu gücü karşısında ülkesinin de güçlü olmasını istiyordu. Sadi Carnot’dan bahsediyoruz. Kısacık hayatında bir ülkeyi şaha kaldıracak fikirleri ortaya atmış bir gençten. Asker geçmişi olan bir aileden de gelmenin verdiği vatanseverlik ile tüm zamanını bu buhar motorlarının çalışma prensibini anlamaya ayırıyordu. Bu hırsı ve azmi sayesinde de bugün fiziğin en temel alanlarından biri olan termodinamiğin babası olarak anılacaktı.

Termodinamik. Teknik tanımları bir tarafa bırakırsak en basit haliyle evrendeki tüm enerji türlerinin arasındaki ilişkiyi araştıran bir çalışma alanıdır.

En kücük mikrobik canlılardan evrenin kuytu köşelerindeki dev gök cisimlerine kadar her şeyi birbirine bağlar.

Ve bazı yasalar ile birlikte de bilimin en temel amacına uygun şekilde bu ilişkileri basitçe anlatır.

Genel olarak 3 yasası olduğu düşünülen  termodinamiğin aslında 4 yasası bulunur. Aslında daha önceden bazı videolarda yer yer konuştuğumuz bu yasaları kısaca tekrar hatırlamak gerekirse.

Önce termodinamiğin sıfırıncı yasasına bakalım. Sıfırıncı yasası diyoruz çünkü garip bir hikayesi var.  Aslında o kadar temel bir bilgidir ki bilim insanları “artık bunu da yazmayalım yasa olarak” demiştir fakat o kadar temel ve o kadar vazgeçilmezdir ki bilim “varsaymaktan” öte kapsayıcı olmak zorunda olduğu için sonradan dahil edilmiştir. Daha önceden 3 yasa da belirlendiği ve bu yasanın da hepsinin temeli olması nedeniyle 4. Değil sıfırıncı yasa adı verilmiştir.

Ve şunu söyler. “İki ayrı cisim bir üçüncü cisimle ısıl dengede ise birbirleriyle de ısıl dengededir.”

Yani özetle temas halinde olan cisimler ısı alış verişinde bulunurlar ve belirli bir süre sonunda da termal dengeye gelerek aynı sıcaklıklara sahip olurlar.

Termodinamiğin birinci yasası ise daha önce konuştuğumuz gibi Enerji var iken yok, yok iken de var edilemez, ancak bir halden diğer bir hale dönüştürülebilir.” Der.

Eğer bir sistem ya da obje enerji kazanırsa bu enerji mutlaka dışardan bir yerden gelmek zorundadır. Yani klimalarımızı çalıştırınca elektrik faturasının kabarmasının nedenidir bu yasa.

Yani birinci yasa, enerjinin miktarı ve korunumu ile ilgilidir. İkinci yasa ise bize enerjinin işe dönüşebildiği kısmı yani kalitesini ele almaktadır.

Termodinamiğin İkinci Yasası, hal değişimlerin herhangi bir yönde değil, belirli bir yönde gerçekleşeceğini söyler. Ve en önemlisi enerji, daima kendini yok etme eğilimindedir. Yani, yüksek potansiyellere ulaşan enerji, kendini daha düşük yoğunluğa sahip başka bir enerji formuna dönüştürme eğilimindedir.

Yani termodinamiğin İkinci Yasası, gerçekleşen olayların entropiyi artıracak yönde (enerji miktarının azalması yönünde) gerçekleştiğini ifade etmektedir.  Evrendeki her şey işte bu yasaya uyar. Uymak zorundadır.

Bunu, yani entropiyi öyle çok da felsefi bir açıdan ele almaya da gerek yok. Evet her şeyin bir sonu olduğunu bize çok açık bir şekilde söylüyor bu yasa. İleride konuşacağımız “ısı ölümünü”, yani her şeyin ama her şeyin sonunu çok net bir şekilde önümüze koyuyor.

Bununla birlikte şunu da söylüyor:

Ne yaparsanız yapın “Enerjinin tamamı faydalı işe çevrilemez, bir kısmı sistemin içsel bütünlüğünü korumak için kullanılır.”

Yani bahsettiğimiz gibi evrenin entropisi sürekli artma eğilimindedir. Bu durumda, ikinci yasaya göre evrendeki hem enerji hem de madde zaman ilerledikçe daha az faydalı iş yapabilir hale gelmektedir.

Sabah kahvaltısı için çay demlediğimizde entropiyi bir miktar yavaşlatsak da önünde sonunda her şey entropiye kurban olacaktır.  En basit örneği ise evrende hiçbir şeyin durup dururken, hiçbir kaynak olmadan kendi kendine ısınmamasıdır aslında. Enerjisinin artmaması…

 Üçüncü ve son yasası ise çok net bir şeyi ortaya koyar. Mutlak sıfırda entropi sabittir der. O nedenle mutlak sıfıra ulaşmak neredeyse imkansızdır anlamını da çıkarabiliriz.

İşte tüm bu yasalar en başta söylediğim gibi teknolojiyi anlamaya çalışan insanların çabaları sonucunda ortaya çıkacaktı.

Sadi Carnot buhar motorlarının çalışmasını incelediğinde ilk olarak ısının motor içinde gezdiğini ve bu sayede mekanik çalışmanın ortaya çıktığını düşünmüştü. Yani ısı tüketilmiyor veya yok olmuyordu. Sadece motor içinde dönüyor ve sonuçta ortaya iş çıkıyordu.

Aşağı yukarı da olan buydu aslında. Carnot bunu su değirmenlerine benzetecekti. Bildiğiniz gibi su ne kadar yüksekten akarsa ortaya çıkan mekanik iş de o kadar fazla oluyordu. Değirmen o kadar çok dönüyordu. Buhar motorları da bu mantığa çok yakındı. Ancak buradaki mesafe ısı farkıydı. Motorun sıcak kısmı ile soğuk kısmı arasındaki fark ne kadar fazla olursa o kadar fazla iş ortaya çıkıyordu. Ve bildiğiniz gibi akış da sürekli sıcaktan soğuğa doğru olduğu için bir çevrim şeklinde sürekli iş yapabiliyordunuz.

Daha sonra Lord Kelvin adını alacak olan William Thomson da Carnot’nun bu fikirlerini çok sevmişti. Isının hareketinin çalışan makineler ortaya çıkarması müthiş bir fikirdi. Fakat kimine göre termodinamiğin en önemli isimlerinden biri olan Thomson daha sonra James Joule’un fikirlerini de duyacak ve düşüncesini bir miktar değiştirmek zorunda kalacaktı. Enerjinin korunumu videomuzda konuştuğumuz gibi James Joule Carnot’nun bu fikrini tamamen yok saymasa da bir miktar geliştirmiş ve şu devrimsel iddiayı ortaya atmıştı.

Isı sadece hareketi ile mekanik enerji üretmiyor, ısının kendisi mekanik enerjiye “dönüşüyordu”. Mekanik hareket. Mekanik enerji sadece ısının başka bir biçimiydi. Bu gerçekten çok devrimsel bir fikirdi. Isı. Mekanik enerji. Hepsi. Ama hepsi aynı “enerjinin” farklı formlarıydı sadece. Hepsi aynı şeydi…

 Thomson tüm bu fikirleri toplayarak, basitleştirerek bugün az önce detaylarını konuştuğumuz “Termodinamik Yasalarını” ortaya çıkaracaktı işte. Ve dünya artık çok farklı bir yer olacaktı.

Örneğin “soğutma” da buradan çıkacak ve önce her ilçede, her mahallede birer “buz makinesi” hizmete girecek ve zamanla buzdolapları evlerimizdeki yerlerini alacak ve tabi ki elektrik şirketleri bundan çok memnun olacaklardı. Bunun ardından da elbette Adana’nın kavuran sıcaklarında çok kişinin duasını almaya devam eden “Willis Carrier” Amerika’da popüler bir dergi olan Judge dergisinin bir sorununa çözüm bulmaya çalışırken “klimaları” icat edecekti. Sorun şuydu. Hava çok sıcak olduğunda dergi üzerindeki mürekkep akıyordu. Bunu çözmek için soğutma mantığını kullanarak, yani sıcaklığı kontrol ederek nemi de kontrol ederek bu sorunu çözecekti. Bu sayede ortaya çıkan klimalar ilk olarak sinemalarda ve fabrikalarda insanların hayatlarını kolaylaştıracak ve sonunda evlerimize kadar girerek farklı bir konfor anlayışını ortaya çıkaracaktı.

Ama en önemlisi buzdolapları ve özellikle klimalar sayesinde şehirler dikine büyümeye başlayacak, gökdelenleri daha yaygınlaşacak, artık “yiyecek” kaynağına yakın yerleşimler kurmaya gerek kalmayacaktı. Soğuk zincir ortaya çıkacak ve çok uzun süre sonra bile dünyanın diğer tarafından gelen taze yiyecekleri tüketebilecek hale gelecektik.

 Özetle. Enerji denen şeyin nasıl aslında aynı şeyin farklı formları olduğunu öğrenen insanlık daha sonra enerji ve maddenin de aynı şey olduğunu öğrenecek ve her şeyin teorisine adım adım yaklaşacaktı. Belki de sonunda her şeyin, ama her şeyin aynı olgunun farklı formları olduğunu öğreneceğiz. Kim bilir…

Ancak soğuğun hikayesi devam edecek. Bu yolda aşılan zorluklar ve her aştığımız zorluk sonrasında açılan kapılar inanılmaz. Bu sayede uzayın derinliklerini keşfe çıkabilecek, aynı zamanda beynimizin kıvrımlarına, hücrelerimize ve her şeyin yapı taşı olan atomların ve onların da yapı taşları olan atom altı parçacıkları anlamaya başlayacaktık ve ultrasoğuk teknolojiler sayesinde süper iletkenlere, kuantum bilgisayarları ve ötesine yolculuğumuz devam edecekti…

Bu rota bizim de rotamız. Bir sonraki durağa kadar.

Her zaman olduğu gibi.

Tekrar görüşene dek.

İyi ki varsınız.

Sevgiler…

Kaynaklar:

Thermodynamics: Definition & Laws | Live Science

Entropy: The Invisible Force That Brings Disorder to the Universe | HowStuffWorks

The Story of Entropy and Why It Will Be the End of Everything | by Ella Alderson | Medium

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir