Mühendislik Termodinamiği · 2. Ünite: Saf Maddelerin Özellikleri

T-v, P-v ve P-T Özellik Diyagramları ve P-v-T Yüzeyleri

Özellik diyagramları, sıvı–buhar faz değişimini tek bakışta okumamızı sağlayan haritalardır: bir noktanın hangi fazda olduğunu, bir sürecin hangi yolu izlediğini ve basınç, sıcaklık, özgül hacim arasındaki bağın nasıl kurulduğunu gösterirler. Bu konuda T–v, P–v ve P–T diyagramlarını ve bunların ortak kaynağı olan P–v–T yüzeyini inceler; izobar, izoterm ve izokor süreçleri diyagramlar arasında taşırsın. Sonunda verilen bir halin bölgesini bulabilir, kritik izotermin özelliklerini yorumlayabilir ve sabit hacimli kapalı bir kabın ısıtılmasında son hâli diyagramla öngörebilirsin.

Öğrenme hedefleri

Konu anlatımı

  1. Bağlam: Üç Diyagram, Tek Yüzey

  2. T–v Diyagramı

  3. P–v Diyagramı ve Kritik İzoterm

  4. P–T Diyagramı ve Clapeyron Bağıntısı

  5. P–v–T Yüzeyi ve Bölgeler

  6. Çözümlü Örnekler

  7. Simülasyonda Dene

  8. Sık Yapılan Hatalar ve Kavram Yanılgıları

Anahtar terimler

Doyma kubbesi (saturation dome)
T–v ya da P–v diyagramında doymuş sıvı ve doymuş buhar çizgilerinin kritik noktada birleşmesiyle oluşan, içinde karışımın bulunduğu çan biçimli bölge.
İzobar / izoterm / izokor
Sırasıyla sabit basınç, sabit sıcaklık ve sabit özgül hacim çizgileri.
P–v–T yüzeyi
Saf maddenin P, v ve T arasındaki hâl denklemini üç boyutlu uzayda gösteren yüzey; diyagramlar bunun izdüşümleridir.
Kritik izoterm
T = T_kr izotermi; kritik noktada (∂P/∂v)_T = 0 ve (∂²P/∂v²)_T = 0 koşullarını sağlayan büküm noktası içerir.
Faz diyagramı (P–T)
Katı, sıvı ve buhar fazlarının denge çizgilerini (süblimleşme, buharlaşma, erime) ve üçlü ile kritik noktayı gösteren diyagram.
Clapeyron bağıntısı
Faz denge eğrisinin eğimi: dP/dT = h_{faz}/(T v_{faz}); buharlaşma için h_fg/(T v_fg).
Kritik özgül hacim (v_kr)
Kritik noktadaki özgül hacim; su için 0,003106 m³/kg. Sabit hacimli kapta son hâlin sıvı mı buhar mı olacağını belirler.
Süblimleşme
Katının sıvı hâle geçmeden doğrudan buhara dönüşmesi; üçlü noktanın altındaki basınçlarda gerçekleşir.

Örnek soru

T–v diyagramında T = 150 °C, v = 0,001 m³/kg noktası hangi bölgededir? (150 °C'de v_f = 0,001091; v_g = 0,3925 m³/kg)

  1. Kızgın buhar
  2. Doymuş buhar
  3. Sıkıştırılmış sıvı
  4. Doymuş sıvı–buhar karışımı
  5. Doymuş sıvı

Doğru cevap: C

Çözüm

1. Verilen sıcaklıkta doyma özgül hacimleriyle karşılaştır: $v_f = 0{,}001091$ ve $v_g = 0{,}3925\,\text{m}^3/\text{kg}$.
2. $v = 0{,}001 < v_f$: nokta, T–v diyagramında doymuş sıvı çizgisinin solundadır.
3. Doymuş sıvı çizgisinin solunda kalan bölge sıkıştırılmış sıvıdır (aynı $T$'de $P > P_{doy} = 476\,\text{kPa}$).
Sonuç: sıkıştırılmış sıvı (C). $v = v_f$ olsaydı doymuş sıvı (E), $v_f < v < v_g$ olsaydı karışım (D) olurdu.

Mühendislik Termodinamiği: tüm konular