Mühendislik Termodinamiği · 4. Ünite: Kapalı Sistemler İçin Enerji Çözümlemesi

İdeal Gazların, Katıların ve Sıvıların İç Enerji ve Entalpi Değişimleri

Kapalı sistem enerji dengesi, sağ tarafında $\Delta U$ ve (sabit basınçta) $\Delta H$ terimlerini taşır; bu terimleri sıcaklık değişiminden bulmak, çözümlemenin hesap kısmının çoğunu oluşturur. Bu konuda ideal gazlarda $\Delta u$ ve $\Delta h$'yi üç yöntemle (tablo, sabit özgül ısı, ortalama özgül ısı), sıvı ve katılarda ise $\Delta u=c\Delta T$ ve $\Delta h=\Delta u+v\Delta P$ ile hesaplayacak, hangi yöntemin ne zaman yeterli olduğunu hata analiziyle belirleyeceksiniz.

Öğrenme hedefleri

Konu anlatımı

  1. Bağlam: Enerji Terimini Sayıya Çevirmek

  2. İdeal Gazlar İçin $\Delta u$ ve $\Delta h$

  3. Tablodan Okuma ve Ters Problem

  4. Katı ve Sıvılar: $\Delta u$ ve $\Delta h$

  5. Çözümlü Örnekler

  6. Sık Yapılan Hatalar ve Kavram Yanılgıları

  7. Özet ve Bağlantılar

Anahtar terimler

Hava tablosu (air table, A-17)
Havanın $u$, $h$, $s^\circ$ değerlerini $T$ (K) cinsinden veren ideal gaz tablosu.
Ortalama özgül ısı (average specific heat)
$c_{ort}=\Delta h/\Delta T$ ya da ortalama sıcaklıktaki özgül ısı.
Enterpolasyon (interpolation)
Tablo satırları arasındaki değerin doğrusal olarak bulunması.
Sıkıştırılamaz madde (incompressible substance)
$v$ sabit; $\Delta u=c\Delta T$, $\Delta h=\Delta u+v\Delta P$.
Pompa işi (pump work)
Sıvıyı sabit sıcaklıkta basınçlandırmak için gereken iş: $w=v\Delta P$.
Bağıl hata (relative error)
$(\text{yaklaşık}-\text{kesin})/\text{kesin}$; yöntem seçiminin ölçütü.
Isıl denge (thermal equilibrium)
Yalıtılmış sistemde cisimlerin ortak sıcaklığa ulaşması; $\sum\Delta U=0$.

Örnek soru

2 kg helyum 300 K'den 500 K'e ısıtılıyor ($c_p=5{,}1926$ kJ/(kg·K), $c_v=3{,}1156$ kJ/(kg·K), $R=2{,}0769$ kJ/(kg·K)). Helyumun entalpi değişimi kaç kJ'dür?

  1. 415,4 kJ
  2. 830,8 kJ
  3. 1246,2 kJ
  4. 1038,5 kJ
  5. 2077,0 kJ

Doğru cevap: E

Çözüm

1. Tek atomlu gazda $c_p$ sıcaklıktan bağımsızdır; $\Delta H=mc_p\Delta T$ (süreç ne olursa olsun).
2. $\Delta H=2\cdot5{,}1926\cdot200=\mathbf{2077{,}0\,kJ}$.
Çeldiriciler: $1246{,}2$ kJ $c_v$ kullanımıdır ($\Delta U$); $1038{,}5$ kJ kütlenin atlanmasıdır; $830{,}8$ kJ $mR\Delta T$ (sınır işi); $415{,}4$ kJ ise $R\Delta T$'dir.

Mühendislik Termodinamiği: tüm konular