Mühendislik Termodinamiği · 1. Ünite: Temel Kavramlar ve Tanımlar
Termodinamiğe Giriş: Sistem, Çevre ve Sınır (Açık, Kapalı ve İzole Sistemler)
Termodinamik (thermodynamics), enerjinin biçim değiştirmesini ve bu dönüşümlerin madde özellikleriyle ilişkisini inceler. Her analiz, "neyi inceliyorum?" sorusunu yanıtlayan bir sistem seçimiyle başlar. Bu konuda sistem, çevre ve sınır kavramlarını tanımlayacak, sınırdan kütle, ısı ve iş geçişine bakarak sistemleri sınıflandıracak ve kontrol hacmi için kütle dengesini kuracaksın.
Öğrenme hedefleri
- Bir mühendislik düzeneğinde sistem, çevre ve sınırı belirler; sınırın gerçek mi hayali mi, sabit mi hareketli mi olduğunu söyler.
- Sınırdan kütle, ısı ve iş geçişine bakarak sistemi açık, kapalı ya da izole olarak sınıflandırır.
- Kontrol kütlesi ile kontrol hacmi arasındaki farkı açıklar; aynı düzenek için uygun sistemi gerekçesiyle seçer.
- Süreklilik (continuum) varsayımını ve makroskobik bakışı tanımlar; geçerlilik koşulunu yorumlar.
- Kontrol hacmi için kütle dengesini $\dot m = \rho A V$ ve $dm_{cv}/dt = \sum \dot m_i - \sum \dot m_e$ ile uygular.
Konu anlatımı
Bağlam: Termodinamik Neden ve Neyi İnceler?
Sistem, Çevre ve Sınır
Açık, Kapalı ve İzole Sistemler
Süreklilik Varsayımı ve Kontrol Hacminde Kütle Dengesi
Sistem Seçimi: Aynı Düzenek, Farklı Yorumlar
Çözümlü Örnekler
Sık Yapılan Hatalar ve Kavram Yanılgıları
Anahtar terimler
- Sistem (system)
- Üzerinde çalışmak üzere seçilen madde miktarı ya da uzay bölgesi.
- Çevre (surroundings)
- Sistemin dışında kalan, sistemle etkileşen her şey.
- Sınır (boundary)
- Sistemi çevreden ayıran, kalınlığı sıfır olan gerçek ya da hayali yüzey.
- Kapalı sistem (kontrol kütlesi)
- Sınırından kütle geçmeyen, kütlesi sabit sistem; enerji geçebilir.
- Açık sistem (kontrol hacmi)
- Sınırından (kontrol yüzeyinden) kütle geçebilen sistem.
- İzole sistem (isolated system)
- Sınırından ne kütle, ne ısı, ne iş geçen sistem.
- Adyabatik süreç
- Sınırdan ısı geçişinin olmadığı süreç; iş geçişi olabilir.
- Süreklilik varsayımı (continuum)
- Maddenin sürekli dağıldığı ve özelliklerin noktadan noktaya düzgün değiştiği kabulü.
- Kütlesel debi
- Birim zamanda bir kesitten geçen kütle: ṁ = ρAV, birimi kg/s.
Örnek soru
Ocakta ısıtılan, kapağı sızdırmaz biçimde kilitli bir düdüklü tencerenin içindeki su ve buhar sistem olarak seçiliyor. Bu sistem nasıl sınıflandırılır?
- Kapalı sistem
- Açık sistem
- İzole sistem
- Kontrol hacmi
- Adyabatik açık sistem
Doğru cevap: A
Çözüm
1. Kapak sızdırmaz olduğundan sınırdan kütle geçmez.
2. Ocaktan sınırdan ısı girer.
3. Kütle sabit, enerji geçişi var: kapalı sistem (kontrol kütlesi).
Açık sistem (kontrol hacmi) olması için kütlenin sınırı geçmesi gerekirdi; izole olması için ısı da geçmemeliydi.