3.TERMODİNAMİĞİN 2.KANUNU

Ebat: px

Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "3.TERMODİNAMİĞİN 2.KANUNU"

Eser Sanaz Erdoğan
7 yıl önce
İzleme sayısı:

1 ölüm : ermdinamiğin. anunu.ermoinmiğin.nunu ermdinamiğin. kanunu enerjinin krunduğunu ancak sekil değiştireceğini belirtir. ncak.kanun hal değişiminin hangi yönde luşacağı knusunda bir fikir vermez. Fakat bir hal değişiminin gerçekleşebilmesi için termdinamiğin. ve. kanunlarını sağlaması gerekir. ir de su durumlardan birisi gerçekleşir. Sistem bulunduğu durumdan yeni bir duruma ani bir gecis yapar. Sistem bulunduğu durumu krur, değişme lmaz. ğal rses: Çevreden bir etkileme lmadan kendiliğinden gelişen prsesler. 5 sıcaklığındaki gazz şişesine çevreden(5 ) isi transferi lursa, bir sure snra gazzun sıcaklığı da 5 lur. eneyim ve gözlemlerimiz, bize ısı akışının çevreden gazza dğru lacağını söyler. 5 sıcaklığındaki kahve fincanı eğer 5 sıcaklığına sahip bir rtama knulursa, bir sure snra kahvenin sıcaklığı da çevreyle eşitlenir ve 5 ye düşer. ir üstteki örnekte lduğu gibi, bu layın bu şekilde gerçekleşeceğini de bize deneyimlerimiz ve gözlemlerimiz söylemektedir. u örneklerde verilen laylar kendiliğinden gerçekleşir ve dışarıdan herhangi bir müdahaleye ihtiyaç duymaz.

2 ölüm : ermdinamiğin. anunu ersinir (Reversible) rses: Eğer bir prses, prsesin gerçekleşmesi sırasında çk küçük bir dış etkenle ilk ilerleme yönünden tersine döndürülebiliyrsa tersinir prses larak adlandırılır. İztermal ersinir Genleşme + d + d Sisteme verilen isi enerjisi: Q Sistemin çevreye yaptığı is: Q İzterma ersinir Sıkışma d d Sistemin üzerine yapılan is : Sistemin çevreye verdiği isi enerjisi: Q Q Sistem ve cevre ilk haline dnuyr.

3 ölüm : ermdinamiğin. anunu ersinmez (Irreversible) rses: Eğer prsesin geri döndürebilmek için gerekli lan dış müdahale büyükse, prses kendiliğinden geri dönemez ve tersinmez larak adlandırılır. RNO ÇERİMİ (,, ) Q (,, ) (,, ) Q (,, ) (Iztermik ersinir Genleşme) Sistem sabit sıcaklıkta, tersinir bir şekilde Q miktarında isi enerjisi almaktadır.,,,, R R undan dlayı: du c dh c d d du dq dw

4 ölüm : ermdinamiğin. anunu dw dq d Q d nr d nr ln (dyabatik ersinir Genleşme) Sistem çevreyle isi etkileşiminde bulunmadan genleşmektedir.,,,, du nc d U nc ( ) dh nc d H nc ( ) du dq dw du dw U (Iztermik ersinir Sıkışma) Sistem sabit sıcaklıkta, tersinir bir şekilde Q miktarında isi enerjisini dışarıya vermektedir.,,,,

5 ölüm : ermdinamiğin. anunu 5 nr nr undan dlayı: d nc dh d nc du dw dq du dq dw Q d d d nr nr ln dyabatik prsesler için ( ) gecen derste: lduğunu bulmuştuk. undan yararlanarak: (Yukarıdaki cevrimin grafiğinden de yararlanarak) Snuç larak yukarıda için bulduğumuz ifadede yerine yazarsak nr ln

6 ölüm : ermdinamiğin. anunu (dyabatik ersinir Sıkışma) Sistem çevreyle isi etkileşiminde bulunmadan genleşmektedir.,,,, du nc d U nc ( ) dh nc d H nc du dq dw du dw U ( ) Net Is dw nr ln nc ( ) nr ln + nc ( ) + + nr nr nr ln + nr ln ln nr ln ( ) ln lınan (veya erilen) Net Isı Enerjisi 6

7 ölüm : ermdinamiğin. anunu dq Q Q + Q + Q + Q ln + Q nr + nr ln + Q nr Q nr + ln nr ln ln nr ln Q nr( ) ln plam İç Enerji eğişimi du U + U + U + U du + nc ( ) + + nc ( ) du plam Entalpi eğişimi dh H + H + H + H dh + nc ( ) + + nc ( ) dh aha önce de bahsettiğimiz gibi hal fnksiynlarının iç enerji değişimi ( U ) ve entalpi değişimi ( H ) yldan bağımsızdır. Fakat isi enerjisi ve is yla bağımlıdır. Q imdide ayni cevrimde tr değerlerinin değişimine bakalım. 7

8 ölüm : ermdinamiğin. anunu dq tr Q Q + Q + Q + dqtr nr ln + + nr ln + dq tr u fnksiyn entrpi larak adlandırılır ve bir hal fnksiynudur. Entrpi: ir in düzensizliğinin ölçüsüdür. ersinir bir prses için entrpy: dq ds tr ersinmez prseslerdeki entrpi değişimi in ilk ve sn halleri arasında yürüyen tersinir prses için hesaplanarak bulunur. ERMOINMIGIN. NUNU Simdi entrpi kavramını da kullanarak ermdinamiğin. kanunu tanımlayabiliriz. Evrendeki(+cevre) tplam entrpi değişimi her zaman pzitiftir ve tersinir durumuna yaklaşıldığında tplam entrpi değişimi sıfıra yaklaşır. evren ersinir prses S evren ersinmez prses S > evren evren S < durumu mümkün değildir! Sabit sıcaklıklarda meydana gelen değişimler tersinir prseslerdir. Örneğin katılaşma,ergime,buharlaşma 8

9 ölüm : ermdinamiğin. anunu Eğer I. halden II. Hale tersinmez bir prsesle ilerliyrsa, entrpi değişimini hesaplamak için I. ve II. halleri birleştiren tersinir prseslerden luşan prsesler tasarlanır ve entrpi değişimi bu prseslerle hesaplanır. Örnek: İlk hacmi m lan bir in içinde atm basınç ve sıcaklıkta bir ideal gaz vardır. Eğer ideal gazin hacmi m lana kadar iztermal tersinir bir şekilde genleşme lursa,luşan hal değişikliği snucu evrende meydana gelen entrpi değişikliği nedir? rses tersininirmi tersinmezmidir? Çözüm: (, ) (, ) Öncelikle tankın içindeki gaz miktarını hesaplamalıyız. nr n R 5. n 8. n.6 ml 9

10 ölüm : ermdinamiğin. anunu ermdinamiğin birinci kanunu: du dq d İztermal bir prses snucunda, iç enerji değişimi du cv d öylece: dq d Q Q d nr d Q nr ln Sistemin entrpi değişimi: Q ds ter S S nr ln nr ln.6 8. ln 75.5 j / durumundan durumuna gidildiğinde çevreden e Q nr ln miktarında isi enerjisi tersinir bir şekilde verilmiştir undan dlayı çevrede meydana gelen entrpi değişimi

11 ölüm : ermdinamiğin. anunu nr ln cevre (işaretin cevre için lduğuna dikkat!!!) cevre.6 8. ln cevre 75.5 j/ Evrendeki tplam entrpi değişimi: evren + cevre evren evren undan dlayı prses tersinirdir. evre Q nr ln Sistem Örnek:

12 ölüm : ermdinamiğin. anunu Hacmi m lan iyi yalıtılmış bir tank bir bölmeyle iki eşit parçaya ayrılmıştır. irinci kısımda atm basınç ve sıcaklıkta bir ideal gaz vardır. ankın ikinci kısmi ise vakumdur. ankı ikiye ayiran bölme kaldırılırsa luşan hal değişikliği snucu evrende meydana gelen entrpi değişikliği nedir? rses tersininirmi tersinmez midir? Çözüm: rsesin tersinir veya tersinmez lup lmadığını bilmiyruz ancak gerçeklesen hal değişikliği snucu gerçeklesen entrpi değişimini, ilk ve sn durumu birbirine bağlayan iztermal bir prses kullanarak hesaplayabiliriz. (, ) (, ) ermdinamiğin birinci kanunu: du dq d İztermal bir prses snucunda, iç enerji değişimi du cv d öylece: dq d Q d

13 ölüm : ermdinamiğin. anunu Q nr d Q nr ln Sistemin entrpi değişimi: Q ds ter S S nr ln nr ln.6 8. ln 75.5 j / durumundan durumuna gidildiğinde çevreyle bir isi etkileşimi lmamıştır. undan dlayı: cevre Evrendeki tplam entrpi değişimi: 75.5 j evren / undan dlayı prses tersinmezdir. Örnek:

14 ölüm : ermdinamiğin. anunu Hacmi 6m lan iyi yalıtılmış bir tankın içinde sıcaklıkta atm basınçta bir ideal gaz vardır. Gaz kendiliğinden tankın sadece bir yarısını kaplayacak şekilde sıkışıyr. Oluşan hal değişikliği evrende meydana gelen entrpi değişikliği nedir? rses tersininirmi tersinmez midir? Çözüm: rsesin tersinir veya tersinmez lup lmadığını bilmiyruz ancak gerçeklesen hal değişikliği snucu gerçekleşen entrpi değişimini, ilk ve sn durumu birbirine bağlayan iztermal bir prses kullanarak hesaplayabiliriz. (, ) (, ) Gazin miktarı: n R n n 7 ml ermdinamiğin birinci kanunu: du dq d

15 ölüm : ermdinamiğin. anunu İztermal bir prses snucunda, iç enerji değişimi du cv d öylece: dq d Q Q d nr d Q nr ln Sistemin entrpi değişimi: Q ds ter S S nr ln nr ln 7 8. ln 6.6 j / durumundan durumuna gidildiğinde çevreyle bir isi etkileşimi lmamıştır. undan dlayı çevrenin entrpi değişimi: cevre Evrendeki tplam entrpi değişimi:.6 j evren / evren S < lduğu için bu hal değişiminin gerçekleşmesi mümkün değil!! Örnek: 5

16 ölüm : ermdinamiğin. anunu ml sıvı H O de atm. basınçta katılaşıyr. plam entrpi değişimini hesaplayınız ve prsesin tersinir lup lmadığını belirtiniz. H ( s) H ( ) H ergime 6cal / ml k evre 7 Q6 cal H Sivi Sistem 7 ati H 6 cal cal 7 / 6 5.6cal 7 cevre / evren evren + cevre ml ml tplam lduğu için prses tersinir. Örnek: 6

17 ölüm : ermdinamiğin. anunu ml sıvı H O, - de atm. basınçta katılaşıyr. plam entrpi değişimini hesaplayınız ve prsesin tersinir lup lmadığını belirtiniz. Çözüm: H ( s,6 ) H ( k,6 ) u tersinmez bir laydır bu yüzden in ilk ve sn halini birleştiren tersinir prseslerden luşan bir bağlantı kurmalıyız. prses : sıvı H O yu 6 den 7 sıcaklığına kadar tersinir larak ısıt. prses : 7 de tersinir biçimde katılaşma. prses : ati H O yu 7 den 6 sıcaklığına kadar tersinir larak sğut. prses : 6 de tersinir biçimde ergime. H ( s,7 ) H ( k,7 ) H ( s,6 ) H ( k,6 ) c ( s) d 7 p 7 8.ln 6 6 H 6 7 c ( k) d 5.6cal / ml 6 p ln cal/.9cal/.96cal/ cal/ 7

18 ölüm : ermdinamiğin. anunu 6 deki tepkimenin entalpisini de hesaplamamız gerekmekte. H + H + H + H 7 H c p ( s) d 8.* (7 6) 8. cal 6 H 6cal 7 H c p ( l) d 8.8*(6 7) 88. cal H H H H 6 H H.9cal H cal u isi enerjisi dışarıya(çevreye) veriliyr. u yüzden işaret cevre için +. H.9 cevre 5.cal / 6 tplam tplam + cevre tplam.9cal / epkime dğal bir şekilde luşur, ve tersinmezdir. 8

19 ölüm : ermdinamiğin. anunu ERMOINMIGIN. NUNU ir maddenin mutlak sıfır sıcaklığında (-7 ) ki entrpisi sıfırdır. Örneğin bir maddenin sabit basınç kşullarında sıcaklığındaki entrpisi: S c p d Örnek: Gümüşün sabit basınç isi kapasitesi c p larak belirlenmiştir. una göre 6 deki mutlak entrpisini bulunuz. Çözüm: dq ds S S ter S c pd cd 6 5 S ( ) d S J/ml 9

Benzer belgeler

SORULAR VE ÇÖZÜMLER 18.11.2014. Adı- Soyadı : Fakülte No :

SORULAR VE ÇÖZÜMLER 18.11.2014. Adı- Soyadı : Fakülte No : Adı- Soyadı : 18.11.2014 Fakülte No : Gıda Mühendisliği Bölümü, 2014/2015 Öğretim Yılı, Güz Yarıyılı 00391-Termodinamik Dersi, Ara Sınavı Soru ve Çözümleri 18.11.2014 Soru (puan) 1 (20) 2 (20) 3 (20) 4