Mühendislik Termodinamiği · 7. Ünite: Entropi

Saf Maddelerin Entropi Değişimi

Entropi bir hal özelliği olduğundan su, buhar ve soğutucu akışkanlar için basınç, sıcaklık ve kuruluk gibi bağımsız iki özellikten bulunup tablolara yazılabilir. Bu konuda $s$ özelliğini buhar tablolarından okumayı, doymuş karışım ve sıkıştırılmış sıvı için hesaplamayı, $T$-$s$ diyagramını çizip yorumlamayı ve $T\,ds$ ilişkilerinden sıvı ve katılar için $\Delta s = c\ln(T_2/T_1)$ bağıntısını türetmeyi öğreneceksiniz. $T$-$s$ diyagramı, ısı geçişini ve entropi artışını alanlar olarak gösteren en güçlü ikinci yasa çizimidir.

Öğrenme hedefleri

Konu anlatımı

  1. Bağlam: Tablolardan Entropi Okumak

  2. Doymuş Karışım, Kızgın Buhar ve Sıkıştırılmış Sıvı

  3. T-s Diyagramı

  4. T ds İlişkilerinin Türetilmesi

  5. Çözümlü Örnekler

  6. Simülasyonla Keşfet

  7. Sık Yapılan Hatalar ve Kavram Yanılgıları

Anahtar terimler

Özgül entropi ($s$)
Birim kütle başına entropi, kJ/(kg·K); su ve R-134a için tablolaştırılmış hal özelliğidir.
Kuruluk ($x$)
Doymuş karışımdaki buhar kütle oranı; $s = s_f + x\,s_{fg}$ ile entropiye bağlanır.
Buharlaşma entropisi ($s_{fg}$)
$s_g - s_f = h_{fg}/T_{\text{sat}}$; kritik noktaya yaklaşırken sıfıra gider.
T-s diyagramı
Mutlak sıcaklığa karşı özgül entropi grafiği; tersinir süreçte eğri altındaki alan ısı geçişine eşittir.
Doyma kubbesi (saturation dome)
Doymuş sıvı ve doymuş buhar çizgilerinin oluşturduğu eğri; içi karışım bölgesidir, tepesi kritik noktadır.
İzobar (isobar)
Sabit basınç eğrisi; karışım bölgesinde yatay, kızgın bölgede yukarı eğrilir.
Tds ilişkileri (Gibbs denklemleri)
$T\,ds = du + P\,dv$ ve $T\,ds = dh - v\,dP$; özellikler arası ilişkilerdir ve her süreçte geçerlidir.
Sıkıştırılamaz madde
$v \approx \text{sabit}$ kabulüyle $\Delta s = c\ln(T_2/T_1)$ olan sıvı ve katı modeli.

Örnek soru

$200\,\text{kPa}$'da kuruluğu $x = 0.6$ olan doymuş su-buhar karışımının özgül entropisi kaç $\text{kJ/(kg·K)}$'dir? ($s_f = 1.5301$, $s_{fg} = 5.5968$, $s_g = 7.1269\,\text{kJ/(kg·K)}$)

  1. 4.888
  2. 3.358
  3. 7.127
  4. 1.530
  5. 5.597

Doğru cevap: A

Çözüm

1. Doymuş karışımda özgül entropi kuruluk ağırlıklı ortalamadır: $s = s_f + x\,s_{fg}$.
2. $s = 1.5301 + 0.6 \times 5.5968 = 1.5301 + 3.3581 = \mathbf{4.888\,kJ/(kg\cdot K)}$.
3. Kontrol: $s_f = 1.530 < 4.888 < s_g = 7.127$ olduğundan değer karışım bölgesindedir.
Çeldiriciler: $3.358$ yalnızca $x\,s_{fg}$ terimidir ($s_f$ unutulmuş); $7.127$ doymuş buharın, $1.530$ doymuş sıvının, $5.597$ ise $s_{fg}$'nin kendisidir.

Mühendislik Termodinamiği: tüm konular