DENEY 7: GAZLARIN ISI SIĞASI Amaç: Havaı mlar ısı sığasıı sabit basıçta (C)ve sabit hacimde (Cv)belirlemesi. ermal eerji bir cam bru içeriside direci la bir telde kısa bir akım dalgasıyla gaza aktarılır. Bir mametre sıkıştırıldığı zama sıcaklıktaki artış, içide gaz bulua ejektörü hacmii geleştirerek basıcı artmasıa sebe lur. Cv ve C ısı sığaları basıç ya da hacimdeki değişimde belirleir. eri: Bir maddei mlar ısı sığası, ml başıa sğurula ısı miktarıı sıcaklık değişimie raıdır. 1 dq C (1) d Burada ml sayısıdır. ermdiamiği Birici Kauu'a göre d Q dui d (2) Bu kau iç eerji değişimi U, çevreyle değiş tkuş edile ısı Q ve sabit-basıç değişimi d arasıdaki ilişkiyi taımlar. Isı sığasıı sabit hacmide Cv, sabit basıcıda C larak gösteririz. Aşağıdakiler deklem (1) ve (2) ye göre dğrudur. a) Eş hacimli kşullar altıda ( sabit, d0) 1 dui Cν (3) d b) Eş basıçlı kşullar altıda ( sabit, d 0) 1 dui d C (4) d d İdeal gazları hâl deklemide R (5)
Burada evresel gaz sabiti R 8.31 J/ K ml 'dür ve mlar ısı farkıı tüm gazlar içi ayı lmasıda buluur: C Cv R (6) Mlar ısı C 'i sadece gazı iç eerji değişimie bağlı lduğu (3) deklemide bellidir. Bu durum, kietik gaz terisii yardımıyla serbestlik derecesi sayısı f ile hesalaabilir. U i 1 f k N 2 Burada k 1.38 10-23 J / K lu Bltzma sabitidir ve N 6.02 10 23 / ml lu Avgadr sabitidir. R k N 'i yerie kyarak, C v f R (7) 2 elde ederiz ve deklem 6 'yı da gözöüe alarak aşağıdaki deklem elde edilir. C f 2 R (8) 2 Serbestlik derecesi sayısı u yaısıı bir fksiyudur. üm arçacıkları üç tae çevrimsel serbestlik derecesi vardır. İki atmlu mleküller ek larak aa eylemsizlik eksei etrafıda 2 rtasyel serbestlik derecesie daha sahitir. Üç atmlu mleküller üç rtasyel serbestlik derecesie sahitir. Havaı yaklaşık larak %20 'si ksijede (O2) ve %80 'i aztta (N2) luşmuştur. İlk yaklaşım larak, aşağıdakileri hava içi dğru lduğu kabul edilebilir: fhava 5, Cv 2.5R 20.8 J / Kml, C 3.5R 29.1 J / Kml C 'i belirlemesi: Q eerjisi bir akım dalgası byuca gaza trasfer edilir: Q U I t (9) Sıcaklıktaki birbirii izleye artışı sabit basıcıda hacmide bir artışa ede lur. İdeal gazlar içi hâl deklemide (5) :
R (10) (9) ve (10) 'da (1) ile: C 1 U I t (11) elde edilir. Stadart basıç altıda (0 1013 hpa ve 273.2 K) bir ml gazı hacmi 22.414 1/ ml 'dür. basıcıı stadart basıcıda ve da sıcaklığıda, mlar hacmi düzelterek ayırmalıdır. ml (12) hacmideki ml sayısı buda böyle (13) ml (11)'de, (12) ve (13) 'ü kullaarak C U I t (14) elde ederiz. /t grafiği eğimide elde edilir. Deklem 14 'te kullaıla, atmsferik basıç ve ejektör istuu ağırlığıa bağlı larak azala başıç arasıdaki farktır. Basıç azalması şurada hesalaır: ve a - k deklemide yerie kur. Cv 'i Belirlemesi: m k g 0.1127 kg 9.81ms A 4 2 k 7.55 10 m 2 1464 Pa k 14.64 hpa
Eş hacimli kşullar altıda sıcaklık artışı basıç artışıı üretir. Hacimdeki e küçük değişim basıcı kumasıyla ilgilidir ve hesalamada göz öüde tutulmalıdır. İdeal gazları hâl deklemide aşağıdaki deeysel kurguyu elde ederiz: ) ( R R (15) Deklem (3) ve (2) 'de Q 1 C v elde ederiz. (9) ve (15) ile aşağıdaki deklem elde edilir. t I U C v (16) Mametredeki gösterge tüüü yarıçaı r 2 mm dir. Basıcı 0.147 hpa değişmesi uzulukta 1 cm değişime sebe lur; bua bağlı hacimdeki değişim şu şekilde ifade edilir: a Burada a π r 2 / 0.147 hpa / cm 0.855 cm 3 /hpa dır. Böylece; ( ) a a t I U C v (17) Mlar hacmi de dahil ederek deklem (12) ve (13) şu sucu verir: a a ) ( a t I U C v (18) /t, grafiği eğimide belirleir. Isı kaybıda dlayı (kabı duvarlarıda ve sürtüme direcide), ölçümlerde belirlee C ve Cv değerleri teride bekleede biraz büyüktür.
Nt: Cam kabı alt tıasıdaki musluk vasıtasıyla, karbdiksit ve arg gibi diğer gazlar da kaba kyulabilir. Kurulum ve Yötem: Üç delikli lastik tıaı deliklerie, iki ikel elektrd yerleştiri ve termial vidayı elektrdları alt ucua sabitleyi. Her biri 15 cm uzuluğuda ve 0.1 mm çaıdaki krm ikel teli iki arçasıı, bu iki elektrdu arasıdaki keleçelere vidalayı, böylece elektrdlar aralel bağlamış lur. eller birbirie değmemeli. ek yölü vaayı tıaı üçücü deliğie yerleştiri ve şişei alt bşluğua hazırlamış tıayı yerleştiri. Elektriksel 4 haeli dijital sayacı 5 luk çıkışı güç kayağı gibi iş görür. Elektrik devresi Şekil 1 de gösterilmiştir. Cv yi belirlemek içi Şekil 2 de gösterildiği gibi deeyi kuru. Bir arça bru ile hassas mametreyi şişeye bağlayı. Buu yamak içi, üçlü tıa ile datılmış ikici tıayı şişei Şekil 1. Zama sayıcıı bağlaması üst bşluğua yerleştiri (Şekil 2). Mametre tamame yatay larak yerleştirilmelidir. Isıtma işlemii durdurulmasıı heme ardıda basıç artışıı kuyu. Cihaz ile bağlamış mametre yağ ile dldurulmalıdır. Skala şimdi hpa birimide ayarlamıştır. Her ölçümde öce mametrei yükselme tüü iyice kurulamalıdır.
Şekil 2. Sabit hacim Cv de mlar ısı kaasitesii belirlemesi içi deey düzeeği Ölçme işlemie elektrik düğmesii aahtarıı aktif hale getirerek başlayı. Ölçme eriydu mümkü lduğu kadar kısa lmalıdır (bir saiyede daha az). Ölçümleri suda, ölçüm süreside devrede geçe akımı ve gerilimi belirleyi. Buu içi, amermetreyi seri, vltmetreyi ise aralel bağlayı. E az 10 ölçüm yaı. Her ölçümü suda, üçlü tıayı açarak basıcı çevredeki atmsfer basıcı ile eşitleyi. Ölçüm sırasıda geçe akım çk güçlü lmamalıdır, öreği, gazı ısıtılmasıa bağlı basıç artışıı maksimum 1 hpa lacak şekilde sıırlamaya yetecek kadar lmalı. Bu sebete sadece bir tae ısıtma teli kullamak gerekebilir. C içi deey düzeeği Şekil 3 te gösterilmiştir. C yi belirleyebilmek içi mametreyi şişeye üçlü tıa ile bağlamış iki gaz ejektörü ile değiştiri. Gaz ejektörleride biri yatay, diğeri istu aşağı gelecek şekilde dikey larak takılmalı. Ölçümleri yaarke, üçlü tıa sadece şişe ile dikey ejektör bağlı lacak şekilde yerleştirilmelidir. Pistu kütlesii arttırmak içi, ikel levha metal elektrdu iki taraflı bat ile ista tutturulmalıdır. Ölçümde öce ist döüşüü elle başlatı, bu yüzde ölçüm byuca döer.
Bu şekilde ist ve ejektörü gövdesi arasıdaki statik sürtüme miimuma idirilmiş lur ve ölçüle değerler yeterice dğru lur. Eğer ist erke durursa, dikey yerleştirilmiş ejektörde kua hacim artışı () çk düşüktür. Hesalamalar içi gereke hava basıcıı dijital barmetre yardımıyla belirleyi. Hesalamalar içi, gaz kabıdaki basıç içi atmsfer basıcı gibi düşük la 14 hpa değerii kullaı. Bu şekilde ejektörü istuu kütlesie bağlı alçak basıç gözöüe alımış lur. C i belirlemesi içi de e az 10 ölçüm yaı. Her ölçümde sra, dikey ejektör ilk ölçümde belirlee başlagıç hacmii tekrar gösteree kadar sistemde havayı bşaltı. Buu içi, üçlü tıayı iki ejektör ve şişe birbirie bağlı lacak şekilde dödürü. Şekil 3. Sabit basıç C altıda mlar ısı kaasitesii belirlemesi içi deey düzeeği artışma ve Suç: Sabitler: 1013 hpa; 22.414 l / ml; 273.2 K; 1 l ; Pk 14 hpa Bölüm 1: Cv i belirlemesi a 0.855 cm 3 / hpa; U...; I... A;... hpa
(hpa) t (s) f ( t ) grafiğii çizerek, t / yi belirleyi ve sra deklem 18 te yerie yazı. Cv...J / mlk Bölüm 2: C i belirlemesi U...; I... A; a... hpa;... hpa (ml) t (s) f ( t ) grafiğii çizerek, t / yi belirleyi ve sra deklem 14 te yerie yazı. C... J / mlk Bulduğuuz suçlar, literatürde alıa suçlarla ayı mı? Bildiğiiz gibi C ve Cv arasıdaki fark geel gaz sabitii verir. Gaz sabitii tekrar bulu ve literatür ile karşılaştırı. Suçları ede farklı lduğuu açıklayı. Srular: 1. Deklem 14 ü türetiiz. 2. Deklem 18 i türetiiz. 3. Birimii belirterek mlar ısı sığasıı taımlayıız ve sabit hacim ve basıç altıda mlar ısı sığası deklemlerii türetiiz. 4. ermdiamiği birici kauuu açıklayıız. 5. İdeal gazları hal deklemii açıklayıız.