Termodinamiğin İlkeleri

Thermodynamics

• Laws of Thermodynamics:

  • Zeroth Law: If two systems are in thermal equilibrium with a third system, they are also in thermal equilibrium with each other.
  • First Law: Energy cannot be created or destroyed, only converted from one form to another.
  • Second Law: Total entropy of an isolated system always increases over time.
  • Third Law: As temperature approaches absolute zero, entropy approaches a minimum value.

• Thermodynamic Properties:

  • Internal Energy (U): total energy of a system
  • Enthalpy (H): total energy of a system, including energy associated with pressure and volume
  • Entropy (S): measure of disorder or randomness
  • Free Energy (G): energy available to do work

Material Properties

• Mechanical Properties:
  • Strength: ability to resist deformation and fracture
  • Toughness: ability to absorb energy before fracture
  • Hardness: resistance to scratching and abrasion
  • Ductility: ability to be deformed without breaking
• Thermal Properties:
  • Specific Heat Capacity: energy required to change temperature by 1°C
  • Thermal Conductivity: ability to conduct heat
  • Thermal Expansion: change in volume with temperature
• Electrical Properties:
  • Conductivity: ability to conduct electricity
  • Resistivity: opposition to electrical flow

Phase Transitions

• Types of Phase Transitions:
  • First-order transition: involves a change in entropy, e.g., melting and boiling
  • Second-order transition: involves a change in symmetry, e.g., ferromagnetic to paramagnetic
• Phase Diagrams:
  • Graphical representation of phase transitions as a function of temperature and pressure
  • Used to predict phase transitions and material properties

Heat Transfer

• Modes of Heat Transfer:
  • Conduction: transfer of heat through direct contact
  • Convection: transfer of heat through fluid motion
  • Radiation: transfer of heat through electromagnetic waves
• Heat Transfer Mechanisms:
  • Phonons: lattice vibrations that transfer heat in solids
  • Electrons: transfer heat in metals through electrical conductivity
  • Photons: transfer heat through electromagnetic radiation

Crystal Structures

• Crystal Lattices:
  • Arrangement of atoms in a repeating pattern
  • Defined by lattice parameters (a, b, c, α, β, γ)
• Bravais Lattices:
  • 14 possible lattice types, including face-centered cubic (FCC) and body-centered cubic (BCC)
• Crystal Systems:
  • Cubic, tetragonal, orthorhombic, monoclinic, triclinic, and hexagonal systems
  • Each system has unique lattice parameters and symmetry operations

Termodinamik

• Termodinamiğin Yasaları:
  • Sıfır Kanunu: Üçüncü bir sistemle ısıl denge durumunda olan iki sistem de birbirleriyle ısıl denge durumundadır.
  • Birinci Kanun: Enerji yaratılamaz veya yok edilemez, sadece bir forma dönüştürülebilir.
  • İkinci Kanun: İzole bir sistemin toplam entropisi zamanla luôn artar.
  • Üçüncü Kanun: Sıcaklık mutlak sıfıra yaklaşırken entropi minimumuna yaklaşır.
• Termodinamik Özellikleri:
  • İç Enerji (U): bir sistemin toplam enerjisi
  • Entalpi (H): bir sistemin toplam enerjisi, basınç ve hacimle ilgili enerjiyi de içerir.
  • Entropi (S): düzensizlik veya rastgeleliğin ölçüsü
  • serbest enerji (G): çalışmaya hazır enerji

Malzeme Özellikleri

• Mekanik Özellikleri:
  • Kuvvet: deformasyona ve kırılmaya karşı direnç
  • Zorluk: enerji emme yeteneği kırılmadan önce
  • Sertlik: çizilme ve aşınmaya karşı direnç
  • Düzlük: kırılmadan deformasyona uğrama yeteneği
• Termal Özellikleri:
  • Özgül Isı Kapasitesi: 1°C sıcaklık değişimi için gereken enerji
  • Isı İletkenliği: ısı iletme yeteneği
  • Termal Genleşme: sıcaklığa bağlı hacim değişimi
• Elektriksel Özellikleri:
  • İletkenliği: elektrik iletme yeteneği
  • Direnç: elektrik akımına karşı direnç

Faz Geçişleri

• Faz Geçiş Tipleri:
  • Birinci derece geçiş: entropide bir değişiklik olmadan gerçekleşen geçiş, örn. erime ve kaynama
  • İkinci derece geçiş: simetri değişikliğiyle gerçekleşen geçiş, örn. ferromanyetikten paramanyetik
• Faz Diyagramları:
  • Sıcaklık ve basınç функциyasında faz geçişlerinin grafiksel temsilini
  • Faz geçişlerini ve malzeme özelliklerini öngörmede kullanılır

Isı Transferi

• Isı Transferi Yöntemleri:
  • Konduksiyon: direkt temas yoluyla ısı transferi
  • Konveksiyon:Fluid akımı yoluyla ısı transferi
  • Radyasyon: Elektromanyetik dalgalar yoluyla ısı transferi
• Isı Transferi Mekanizmaları:
  • Fononlar: katılar içindeki ısı transferine neden olan kuyu titreşimleri
  • Elektronlar: metallarda elektrik iletkenliği yoluyla ısı transferi
  • Fotonlar: elektromanyetik radyasyon yoluyla ısı transferi

Kristal Yapıları

• Kristal Ağları:
  • Atomların tekrar eden deseni
  • Aşağıdaki parametreler ile tanımlanır: a, b, c, α, β, γ
• Bravais Ağları:
  • 14 olası ağ tipi, including face-centered cubic (FCC) and body-centered cubic (BCC)
• Kristal Sistemleri:
  • Kübik, tetragonal, ortorombik, monoklinik, triklinik ve heksagonal sistemler
  • Her sistem ünique ağ parametrelerine ve simetri operasyonlarına sahiptir

Fiziksel Değişimler

• Niteliksel bileşiğimin değişmeden kalır, ancak faz veya durum değişir
• Örnekler:
  • Erime (katıdan sıvıya)
  • Donma (sıvıdan katıya)
  • Buharlaşma (sıvıdan gaza)
  • Yoğunlaşma (gazdan sıvıya)
  • Altımdan gaza)
  • Çökme (gazdan katıya)

Kimyasal Değişimler

• Bileşimin değişmesi sonucu yeni bir madde oluşur
• Örnekler:
  • Yanma (yakma) reaksiyonu
  • Sentez reaksiyonu
  • Açıklama reaksiyonu
  • Nötrleşme reaksiyonu

Kimyasal Reaksiyon Türleri

• Sentez Reaksiyonu: İki veya daha fazla madde birleşerek yeni bir madde oluşturur
  • Örnek: 2H2 + O2 → 2H2O
• Açıklama Reaksiyonu: Tek bir madde iki veya daha fazla maddeye ayrılır
  • Örnek: 2H2O → 2H2 + O2
• Yer Değiştirme Reaksiyonu: Bileşimde bir elementi başka bir elementin yerini alır
  • Örnek: Zn + CuCl2 → ZnCl2 + Cu
• Yanma Reaksiyonu: Maddenin oksijen ile reaksiyona girerek ısının ve ışığın oluşması
  • Örnek: 2CH4 + 3O2 → 2CO2 + 3H2O

Enerji Değişimleri

• Endotermik Reaksiyon: Enerji absorbe ederek sıcaklığın artmasına neden olur
• Eksotermik Reaksiyon: Enerji salarak sıcaklığın azalmasına neden olur

Kütle Korunumu

• Reaksiyonundaki toplam kütle, ürünlerin toplam kütlesine eşit olur
• Kimyasal reaksiyonda madde yaratılamaz veya yıkılamaz, sadece bir maddeden diğerine dönüştürülür