07.01.2012 1 TERMODİNAMİK Genel Tanımlar Isı ve Sıcaklık Termodinamik Nedir? Termodinamik, Yunanca’da ısı manasına gelen Thermo-Termo ile kuvvet uygulanmış cisimlerin davranışı olarak kullanılan Dynamic-Dinamik isimlerin birleştirilmesinden meydana gelmektedir.Buna göre, Termodinamik,Fiziğin ısı ile enerji arasındaki bağıntılarını inceleyen ve enerjinin şekil değiştirmesi ile uğraşan kolu olarak tanımlanır.Termodinamikte bir maddeye iş veya ısı uyguladığımız zaman maddenin hal değiştirmesi için,maddeye ne kadarlık iş veya ısı verilmesi veya çıkarılması gerektiği hesaplanır.Termodinamikte diğer bir hedef de ısının işe çevrilmesi metotları ve soğuk bir kaynaktan sıcak bir kaynağa ısı nakletmek için ne kadarlık bir iş verilmesi gerektiğini tespit etmektir. Enerji alış-verişi sonunda değişikliğe uğrayan maddelerin fiziksel özelliklerinin incelenmesi de Termodinamiğin konusu içine girmektedir. Klasik anlamda, mekaniğin kuvvet, yer, zaman kavramları ile Termodinamik sistemlerin iç enerji, sıcaklık, entropi, özgül ısı gibi koordinatları arasında bağıntı kurulabilir.
19
Embed
ISI VE TERMODİNAMİK - mimoza.marmara.edu.trmimoza.marmara.edu.tr/~kadir.esmer/Fizik-I-IIDosyalar_dosyalar... · Atom çekirdeğini oluturan proton ve nötronları bir arada tutan
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
07.01.2012
1
TERMODİNAMİK
Genel Tanımlar
Isı ve Sıcaklık
Termodinamik Nedir?
Termodinamik, Yunanca’da ısı manasına gelen Thermo-Termo ile kuvvet
uygulanmış cisimlerin davranışı olarak kullanılan Dynamic-Dinamik
isimlerin birleştirilmesinden meydana gelmektedir.Buna göre,
Termodinamik,Fiziğin ısı ile enerji arasındaki bağıntılarını inceleyen ve
enerjinin şekil değiştirmesi ile uğraşan kolu olarak
tanımlanır.Termodinamikte bir maddeye iş veya ısı uyguladığımız
zaman maddenin hal değiştirmesi için,maddeye ne kadarlık iş veya ısı
verilmesi veya çıkarılması gerektiği hesaplanır.Termodinamikte diğer bir
hedef de ısının işe çevrilmesi metotları ve soğuk bir kaynaktan sıcak bir
kaynağa ısı nakletmek için ne kadarlık bir iş verilmesi gerektiğini tespit
etmektir.
Enerji alış-verişi sonunda değişikliğe uğrayan maddelerin fiziksel
özelliklerinin incelenmesi de Termodinamiğin konusu içine girmektedir.
Klasik anlamda, mekaniğin kuvvet, yer, zaman kavramları ile
Termodinamik sistemlerin iç enerji, sıcaklık, entropi, özgül ısı gibi
koordinatları arasında bağıntı kurulabilir.
07.01.2012
2
Özellikle, bir denge durumundan diğer bir denge durumuna geçişteki
enerji değişimleri ve denge durumundaki madde özellikleri
araştırılmaktadır. Örneğin, verilen bir reaksiyonun istenilen yönde
gerçekleşip, gerçekleşmeyeceği ve hangi şartlarda gerçekleşeceği
önceden söylenebilir. Verilmiş olan bir reaksiyon başlangıcında ve
sıcaklığında elde edilebilecek olan maksimim ürün miktarı hesaplanır.
Buhar ve Gaz Türbinleri, Benzin ve Diesel Motorları, Soğutma Makineleri
gibi tüm termik makinelerin çalışma prensiplerinin incelenmesi,
1. Bir şişede atmosfer basıncında (, 1 atm=1.01x105 Pa=101 kpa) hacmi 30 cm3
ve sıcaklığı 27 0C olan hava vardır. Bu şişe bir ateşin içine atılıyor. a) Şişedeki
havanın sıcaklığı 200 0C a yükseldiğinde basıncı ne olur? b) Eğer şişenin
hacimce genleşme katsayısı 23x10-6 0C-1 isei camın hacmindeki değişim
nedir?
2. Oksijen dolu bir tankta 40 atm basınçta 12 kg oksijen vardır. Eğer tankın
basıncı 25 atm okunuyorsa, tanktan ne kadarlık bir oksijen eksilmiştir. Tankın
sıcaklığı sabit kalmaktadır.
Isı; genel kavramlar
07.01.2012
14
Isı Birimleri
• Isı transfer edilen enerjidir ve enerji birimleri ile ölçülür.
• SI biriminde joule (J), ya da Newton-metre (Nm).
• Tarihsel olarak ısı, suyun sıcaklığını artırma yeteneği olarak, sıcaklık
değişimi ile tanımlanıyordu.(Kalori)
• Kalori: 1 gram suyun sıcaklığını 1 C0 (14.50C den 15.50C ye) artırmak
için gerekli ısı miktarı.
• Kilokalori (kcal): 1 kilogram suyun sıcaklığını 1 C0 (14.50C den 15.50C
ye) artırmak için gerekli ısı miktarı.
• Endüstride, British thermal unit (Btu) birimi de kullanılır: 1 lb lik suyun
sıcaklığını 1 F0 (63 0F den 64 0F e) artırmak için gerekli ısı miktarı.
Isının mekanik eşdeğeri
Joule, mekanik iş yapılarak suyun
ısıtıldığını ve aradaki bağıntıyı belirledi:
Yapılan her 4186 J lük iş, kg başına
suyun sıcaklığını 1C0 artırır .
1 cal = 10-3 kcal = 3.969 x 10-3 Btu = 4.186 J
1 kcal=4186 J
1 J=0.239 cal=9.478 x 10-4 Btu
1 Btu=1055 J=252 cal
1 cal = 4.186 J
07.01.2012
15
Isı kapasitesi ve özgül ısı
• Hissedilebilir ısı sıcaklık değişimi ile ilgilidir.
• Aynı miktarda faklı maddelerin, moleküler konfigürasyonları farklı
olduğundan sıcaklıklarını 1 0C artırmak için gereken enerji miktarı
farklıdır. Ör: 1 g H2O→1 0C artırmak için Q=4186 J
1 g Cu→1 0C artırmak için Q=387 J gereklidir.
• Isı kapasitesi, C: Bir cismin sıcaklığını 1 0C artırmak için gerekli
miktarı. Q=CΔT
• Spesifik ısı kapasitesi (özgül ısı), c: 1 (mol) gr/kg başına sıcaklığı 1 0C
(1 K0) artırmak için gerekli c=C/m [J/kg 0C, J/g 0C]
Q=mcΔT
• Molar ısı kapasitesi: C/n [J/mol 0C] c ölçümleri, deney şartlarına göre
değişir, sbt basınç ve sbt hacim de yapılan ölçümler maddeden
maddeye değişir.
Isı kapasitesi (ısı sığası, özgül ısı) kalorimetre kullanılarak ölçülür.
Spesifik ısı örnekleri
Madde c: J/(kg-C) Alüminyum 902 Bakır 385 Demir 452 Kurşun 128 İnsan vücudu 3500 Su 4186 Buz 2000
07.01.2012
16
T: denge sıcaklığı
Kaybedilen ısı (Qv) =kazanılan ısı (Qa)
Suyun kazandığı ısı (Qs)= mscs(T-Ts)
Maddenin kaybettiği ısı (Qm)= -mxcx(T-Tx)
mscs(T-Ts)= -mxcx(T-Tx) böylece;
Katı ve sıvıların özgül ısılarının ölçümünde, sıcaklığı
bilinen bir kaptaki belirli miktar suyun içine yine
sıcaklığı bilinen bir madde atılır ve dengeye
ulaştıklarında tekrar suyun sıcaklığı ölçülür. Bu
işlemde yapılan mekanik iş ihmal edilebilir
olduğundan sıcak maddenin verdiği ısı, suya
verilen ısıya eşittir (Enerji Korunumu)
Bu ölçüm Kalorimetre adı verilen bir cihazla yapılır.
TTm
TTcmc
xx
sssx
Tx
Ts T
T
Qs = -Qm
Hal değiştirme ısısı (Latent heat) ve faz
değişimi
• Bazı durumlarda, bir cismin ısı aracılığı ile transfer edilen enerjisi sıcaklığının artması ile sonuçlanmaz. Bu durumda Faz Değişimi olur.
• Cisim katı fazdan sıvı ya da gaz fazına geçer. Cismin faz değişimi için gerekli enerji:
İle tanımlıdır.
• Burada m cismin kütlesi ve L cismin hal değiştirme (gizli) [latent heat] ısısıdır. + ya da – işareti; enerjinin akış yönü ile belirlenir ( + katı→sıvı (Le) ve - sıvı→katı (Lb) ).
1. 0.5 kg lık bir metal parçası 200 0C ye kadar ısıtıldıktan sonra bir cam kaptaki ilk
sıcaklığı 20 0C olan 0.4 g lık suyun içine atılıyor. Karışımın denge sıcaklığı 22.4 0C olduğuna göre metal parçasının özgül ısısını hesaplayınız. (Cs=4186 J/kg 0C)
2. 10 0C sıcaklıkta 300 g lık bir alüminyum kapta 200 g su vardır. Bu kaba 100 0C
de 100 g su eklenirse sistemin son denge sıcaklığı ne olur? (CAl=0.215 cal/g 0C,
cs=1 cal/g 0C)
3. 20 0C de 20 g alüminyumun tamamını eritebilmek için ne kadarlık ısı