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

Özgül Isılar (Cv ve Cp)

Aynı miktarda ısıyla bir kilogram demiri ve bir kilogram suyu ısıtırsanız demir çok daha fazla ısınır; bu fark maddelerin özgül ısılarından gelir. Özgül ısılar, bir maddenin sıcaklığını bir derece değiştirmek için gereken enerjiyi tanımlar ve iç enerji ile entalpi değişimlerini sıcaklık farkına bağlayan köprüdür. Bu konuda $c_v$ ve $c_p$'yi kısmi türev olarak tanımlayacak, $c_p-c_v=R$ bağıntısını türetecek ve gaz, sıvı ve katılarda ısı hesabını yapacaksınız.

Öğrenme hedefleri

Konu anlatımı

  1. Bağlam: Aynı Isı, Farklı Isınma

  2. Özgül Isıların Tanımı

  3. İdeal Gaz: $c_p - c_v = R$ ve Özgül Isı Oranı

  4. İş Payı ve Sıcaklığa Bağlılık

  5. Sıvı ve Katılar: Sıkıştırılamaz Madde

  6. Çözümlü Örnekler

  7. Sık Yapılan Hatalar ve Kavram Yanılgıları

  8. Özet ve Bağlantılar

Anahtar terimler

Özgül ısı (specific heat)
Birim kütlenin sıcaklığını 1 K artırmak için gereken enerji; kJ/(kg·K).
Sabit hacimde özgül ısı $c_v$
$(\partial u/\partial T)_v$; rijit kapta ısıtma için gereken enerji.
Sabit basınçta özgül ısı $c_p$
$(\partial h/\partial T)_P$; sınır işi dahil gereken enerji.
Özgül ısı oranı $k$
$c_p/c_v$; tek atomlu gaz 5/3, iki atomlu gaz 7/5.
Gaz sabiti $R$
$R=R_u/M$; ideal gazda $c_p-c_v=R$.
Sıkıştırılamaz madde (incompressible substance)
Özgül hacmi sabit kabul edilen sıvı/katı; $c_p=c_v=c$.
Isıl kütle (heat capacity)
$mc$ çarpımı; bir cismin sıcaklığını 1 K değiştirmek için gereken enerji.
Serbestlik derecesi (degree of freedom)
Molekülün enerji depolayabildiği bağımsız hareket kipi (öteleme, dönme, titreşim).

Örnek soru

$c_v$ özgül ısısı için aşağıdakilerden hangisi doğrudur?

  1. Sabit basınçta 1 kg maddenin sıcaklığını 1 K artırmak için gereken enerjidir.
  2. Maddenin sıcaklığı 1 K iken sahip olduğu toplam enerjidir.
  3. Her süreçte ısı geçişinin sıcaklık değişimine oranıdır.
  4. Yalnızca gazlar için tanımlıdır; sıvı ve katılarda yoktur.
  5. Sabit hacimde 1 kg maddenin sıcaklığını 1 K artırmak için gereken enerjidir.

Doğru cevap: E

Çözüm

1. Tanım: $c_v=(\partial u/\partial T)_v$; sabit hacimde sınır işi sıfırdır, dolayısıyla $\delta q=du=c_v\,dT$.
2. Bu, 1 kg maddeyi rijit kapta 1 K ısıtmak için gereken ısıdır.
Birinci çeldirici $c_p$ tanımıdır. "Her süreçte $Q/\Delta T$" ifadesi yanlıştır, çünkü ısı yola bağlıdır; $Q/\Delta T$ yalnızca sabit hacim ya da sabit basınç gibi belirli bir yol için özgül ısıya eşittir.

Mühendislik Termodinamiği: tüm konular