Page 42 - LabMedya - 83

42 KİMYA

KELVIN ÖLÇEĞININ

GERÇEKLERİ

Kelvin sıcaklık ölçeğinin fikir babası, Lord Kelvin ola- nemde kullanılmaya başlanan buhar makinesinde ısı- malzemeden bağımsız olup, sadece hazneler arası üzerine kadar düşürebiliyorlar.
rak da tanınan İngiliz mucit ve bilimci William Thom- nın harekete dönüşümünü inceliyordu. Isı enerjisinin sıcaklık farkına bağlı olduğunu buldu:
son'dır. Celcius ve Fahrenheit sıcaklık ölçekleriyle en fazla %10 gibi düşük bir verimle işe çevrilebildiği KELVIN ÖLÇEĞININ KULLANIMI
birlikte, en iyi bilinen üç sıcaklık ölçeğinden biridir. bu makinelerde, verimin ısı kaynağı görevi gören
Diğer sıcaklık ölçeklerinde olduğu gibi, Kelvin ölçe- kazan (Th) ile ısıyı alan yoğuşturucu (Tc) arasındaki Kelvin ölçeği, negatif sayı barındırmaması nedeniyle
ğinin aralıklarının belirlenmesinde de suyun donma sıcaklık farkına bağlı olduğunu ortaya koydu. Elde Bağıntıdan, kuramsal olarak mümkün olan en yük- bilimsel uygulamalarda oldukça yaygın kullanılır. Sıvı
ve kaynama noktaları dikkate alınmıştır. ettiği bağıntılara bakarak, gerçekleşen çevrimin sek verimin η=1 olduğu ve buna Tc=0 durumunda helyum ve sıvı azot gibi çok düşük sıcaklıklı maddele-
yinelenebilir olacağı ideal bir makine kurguladı. Sı- ulaşılacağı görülüyor. Bu da Tc=0 sıcaklığını özel bir rin ölçümü için uygundur. Negatif sayı olmamasının
Suyun donduğu sıcaklık (273.16 K) ile kaynadığı sıcak- caklığı yüksek olan hazneden bir Qh ısısı makineye sıcaklık yapıyor. Kuramsal olarak olduğunu bir kez iyi yanlarından biri de sıcaklıklar arası fark hesabını
lık (373.16 K) arasında 100 birim vardır. Bu ölçekteki giriyor ve sıcaklığı düşük olan hazneye bir Qc ısısı daha anımsayalım; gerçekte η=1 verimine de, Tc=0 kolaylaştırmasıdır. Ayrıca bazı mühendislik uygu-
herbir birime bir derece denmez; bir Kelvin denir. aktarılıyordu. Elbette Carnot çevrimi adı ile anılan sıcaklığına da ulaşılamaz ve bir Carnot makinesi lamalarında, bir diğer mutlak sıcaklık ölçeği olan
Bu nedenle Celsius ve Fahrenheit ölçeklerinde sayı ve tersinir olan bu kuramsal çevrimin, uygulamada yapılamaz. Rankine sıcaklık ölçeği kullanılır. Kelvin ölçeğinden
belirtilirken derece simgesi kullanılırken, Kelvin öl- sürtünmeyi sıfırlamak mümkün olmayacağından, ayrıca renk sıcaklığının belirlenmesinde yararlanılır.
çeği sayılarına sadece K eklenir. Kelvin ölçeğinde Carnot makinesinin gerçekten yapılması beklenemez. Kelvin, termodinamiğin ikinci yasasının, entropiyi içe- Işıklandırma uygulamalarında Kelvin sıcaklığı, renk
negatif sayı olmaz ve en düşük sıcaklık 0 K olabilir. ren modern bir formülasyonuna sahipti. Entropi, Car- sıcaklığını temsil eder.
Bu ölçeğin düşünce bazında doğuşunda, gazların Carnot makinesi, iş yapmada kullanılan malzemeyi not makinesinde korunan bir nicelikti ve makinede
hacmi ile sıcaklığı arasındaki ilişkinin keşfi ve Carnot çevrimsel bir dizi durum değişiminden geçirip, her iş yapan malzemenin durumunun bir fonksiyonuydu.
makinesindeki verim düşüncesi etkili olmuştur. çevrim sonunda malzemenin başlangıçtaki duru- Bu bilgilerin ve Carnot argümanının malzemeden
muna gelmesini sağlar. Bu süreçte bir W işi yapılmış bağımsız olduğunu bilmesinin yardımıyla, Kelvin
CARNOT MAKINESI olur. Bu tür ısı makinelerinin verim hesaplamaları ile sıcaklığın bir mutlak ölçeğini tanımlayabildi. Bunu
uğraşan Carnot, mümkün olan bir en yüksek verim yaparken, T1>T2>T3 şeklinde sıcaklıklara sahip üç
Fransız fizikçi Sadi Carnot (1796 – 1832), yaşadığı dö- değerinin olduğunu ve ayrıca verimin (η), kullanılan farklı ısı haznesi arasında işleyen ve dikkatle dü-
zenlenmiş üç Carnot makinesi göz önüne aldı. Bu
aşamada mutlak sıcaklık ölçeği, sadece malzeme
davranışından bağımsızlığı ifade ediyordu.
CHARLES YASASI

1800'lerde kuramsal olarak -273.15°C sıcaklıktaki bir DÖNÜŞÜM FORMÜLLERI
gazın hacminin sıfır olması gerektiği ortaya konmuş-
tu. 1848 yılında Kelvin bu gerçeği kullanarak mutlak ¾ Kelvin'den Fahrenheit'a: 273,15 çıkar. 1,8 ile
sıcaklık ölçeği oluşturmaya karar verdi. Kelvin'in çarp. 32 ekle.
seçimi, bir mutlak sıcaklık ölçeği için tek olasılık ¾ Fahrenheit'tan Kelvin'e: 32 çıkar. 5 ile çarp. 9'a
değildi; aslında bu ölçek, monoton artan herhangi böl. 273,15 ekle.
bir fonksiyon ile değiştirilebilir. Ama en basit seçim, ¾ Kelvin'den Celsius'a: 273 ekle.
Charles Yasası olarak bilinen ve gazın hacminin lineer ¾ Celsius'tan Kelvin'e: 273 çıkar.
bir fonksiyonu olan ideal gaz sıcaklık ölçeğini kullan-
maktır. Kelvin bunu kullandı ve yaptığı hesaplamalar
sonucunda mutlak sıfır, Charles Yasası'na uyan bir
gazın hacminin kuramsal olarak sıfırlanacağı nokta
olan -273°C civarı çıktı. Burada "mutlak" sözcüğünü
şöyle tanımlanıyordu: Moleküllerin hareket edemez
olacakları sıcaklık, yani sonsuz soğuk. Yine bunun
sadece kuramsal olduğunu hatırlayalım; yani bu
sıcaklığa inilemez ve gazın hacmi sıfırlanamaz;
hareket durmaz.

sıcaklık-basınç yüzeyinde, hem basıncın hem de
sıcaklığın sıfırlandığı nokta Celsius ölçeğine göre
-273.15°C'ye denk gelir. Bu nokta sıcaklığı, Kelvin
ölçeğinde sıfır noktası olarak alınmıştır.
MUTLAK SIFIR

Bu hesaplamaların ardından geriye yapılacak tek şey
kalıyordu: Mutlak sıcaklık ölçeğini, gerçek bir mal- Kaynaklar:
zemenin bir özelliği ile ilişkilendirmek. 1954'ten beri
mutlak sıfırın tanım olarak, Viyana Standart Ortalama Ê Live Science, "Kelvin Temperature Scale:
Okyanus Suyu'nun üçlü noktasının tam olarak 273,16 Facts and History" http://www.livescience.
K olduğu sıcaklık olduğu kabul edilmiştir. com/39994-kelvin.html >
Ê Hyper Physics, "Ideal Gas Law" < http://hy-
Mutlak sıfıra teknik olarak erişilemez. Bununla bir- perphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/kinetic/
likte, araştırmacılar lazerli parçacık yavaşlatma gibi idegas.html >
yöntemler kullanarak, sıcaklığı mutlak sıfırın çok az Ê https://bilimfili.com/kelvin-olcegi