Termodinamiğin Üçüncü Yasası nedir? Hayatımızdan örneklerle Termodinamiğin Üçüncü Yasasının açıklaması, örnekli anlatımı.
Termodinamiğin Üçüncü Yasası
Aşırı sıcak bir tavanın durduğu bir mutfak tezgâhında bir miktar ısı olsa da, tezgâhı ısıtacak olan tavadır, aksi geçerli olamaz. Isı her zaman sıcak alandan soğuk alana doğru akar Evrenin hiçbir noktası ısı enerjisinden ve moleküller hareketten mutlak anlamda muaf kalamaz çünkü başka yerlerden ısı aktarımı olur Ancak atomik yapısı tümüyle düzenli saf bir madde mutlak sıfır denilen teorik sıcaklığa ulaşabilirse.o zaman entropiden muaf kalır Bir tanıma göre entropi, bir maddenin birbirini itip çekerek titreşen atomlarının ve moleküllerinin yapılandırma sayısı yani rastlantısalladır. Maddenin içerdiği moleküllerin bu rastlantısal ve öngörülemez davranışlarından ötürü gerçek dünyadaki enerji transferi mükemmel verimlilikte değildir. Enerjinin bir bölümü, yararlı işlerde kullanılamaz durumdadır ki bu da entropinin bir diğer tanımıdır.
Moleküller ancak mutlak soğukta rastlantısal titreşimlerini bırakır Çünkü bir alandan diğer alana akan ve bu esnada molekülleri harekete geçiren bir sıcaklık yoktur. Termodinamiğin üçüncü yasasının temel özelliğine göre, saf ve mükemmel düzende bir maddenin ısısı mutlak sıfıra düşerse, maddenin entropisi de sıfıra yaklaşır. Neredeyse sabitlenmiş, durağan bir maddede rastlantısallık azalır
MUTLAK SIFIR
Soğuk kelimesi kendi içinde bir niteliği değil, daha çok bir şeyin eksikliğini tanımlar: Isı.
Bir tür enerji olan ısı, hareketi de sağlar. Bütün evren ısı enerjisiyle dans eden moleküllerden meydana gelir. Bu doğal ve rastlantısal bir harekettir. Moleküller ne kadar hızlı hareket ederse, yapıtaşı oldukları madde o denli sıcak olur.
Bir sürahi buzlu su bile o kadar çok moleküler hareket barındırır ki, yüzeyine dikkatlice damlattığımız bir damla mürekkep yüzey genelinde eşit bir şekilde dağılır. Teoride mutlak sıfır tüm hareketin -ve dolayısıyla tüm ısının- tamamen sona erdiği bir noktadır. Kuantum fiziğine göre hareketin tamamen yok olması imkansızdır. Mutlak sıfır yaklaşık -273 santigrat derecedir.
SÜPER İLETKENLİK
Olağanüstü düşük sıcaklıklara (-l60°C’den daha soğuğa) düşürüldüklerinde bazı metaller elektriği kesinlikle hiçbir direnç göstermeksizin iletir Elektrik akımı hiç azalmadan bir döngüde sonsuza dek ilerlen adeta yüzde yüz bir verimlilikle entropi ortadan kalkar.
Elektrik akımı, bir aracı üzerinden pozitif elektrik yüküne doğru akan elektronlardan oluşur Akış esnasında bazı engeller vardır, iletken madde, düzensizlikleri olabilen ve ısı enerjisiyle titreşen bir atom kafesi gibidir Ayrıca bu kafes içindeki atomlar; gevşek elektronları akımda kaybettikleri için artık pozitif yüklüdürler ve yanlarından geçen elektronları çekerler
Kayan bir nesneyi durduran sürtünmeye benzer bir şekilde bu engeller de elektrik enerjisi kaybıyla sonuçlanır.
İletken materyalin ısısı düştüğünde, direnç tipik olarak azalır. Ancak süper iletkenlik farklıdır. Hassas materyaller kritik bir soğuk eşiğine ulaştığında direnç birden yok olur Akmakta olan elektronlar varış noktalarına doğru yüksek verimlilikle ilerlemek amacıyla çiftler halinde gruplaşır.
Bir elektron, kafesin pozitif yüklü atomlarının yanından geçtiğinde, atomlar elektronun içine doğru bükülerek çevresindeki pozitif yükü geçici olarak artırır. Bu da söz konusu elektronla hemen arkasındaki elektron arasında zayıf bir çekim yaratır ve birlikte kafese çekilirler. Birbirine kilitlenen elektronlar kafes üstünde amaçsızca hareket ederek hiç enerji kaybetmezler. Isı enerjisi bunları rahatlıkla ayırabildiği için, bu tür olağandışı elektron çiftleri ancak kritik bir soğuk eşiğinde -süper iletkenlik için başlama noktası- oluşur.
YÜKSEK ISIDA SÜPER İLETKENLİK
1980’lerde uzmanlar, beklenmedik yüksek ısılarda bazı seramiklerin süper iletken haline geldiğini keşfettiler. Bu keşif, üstün verimlilikteki teknolojiyi çok daha kullanışlı hale getirecek bir adım niteliğindeydi.
Sıradan süper iletkenler, ancak üretim maliyeti çok yüksek olan sıvı helyum uygulanarak sağlanan aşırı soğukta işler hale gelirler.Tıp alanında manyetik rezonanslı görüntüleme (MRI) gibi karmaşık ve pahalı teknolojilerde kullanılırlar ama evlere enerji getirmekte ya da elektrikli aletleri çalıştırmakta kesinlikle makul bir yol değildirler. Yeni süper iletkenler aynı işi -135°C gibi bir sıcaklıkta görür. Bu, hâlâ aşırı soğuk sayılsa bile, sıvı havadan gayet ucuza elde edilen sıvı nitrojen kullanılarak erişilmesi mümkün bir derecedir. Bu alanda çalışanların en büyük rüyası, direnci oda sıcaklığında bile ortadan kaldıracak maddeyi bulmaktır. Ancak şimdilik bu sadece bir hayalden ibarettir.
