6. İDEAL GAZLARIN HAL DENKLEMİ

Benzer belgeler
GENEL KİMYA. 10. Hafta.

BÖLÜM 1: TEMEL KAVRAMLAR

ÖĞRETĐM TEKNOLOJĐLERĐ VE MATERYAL GELĐŞTĐRME DERSĐ GAZLAR KONU ANLATIMI

İdeal gaz Moleküllerin özhacimlerinin moleküllerin serbestçe dolaştıkları tüm hacim oranı çok küçük olan (yani tüm hacim yanında ihmal edilebilecek

O )molekül ağırlığı 18 g/mol ve 1g suyun kapladığı hacimde

Gazların sıcaklık,basınç ve enerji gibi makro özelliklerini molekül kütlesi, hızı ve sayısı gibi mikroskopik özelliklerine bağlar.

KİM-118 TEMEL KİMYA Prof. Dr. Zeliha HAYVALI Ankara Üniversitesi Kimya Bölümü

FİZİKOKİMYA I ARASINAV SORU VE CEVAPLARI GÜZ YARIYILI

DENEY FÖYÜ BALIKESİR-2015

TERMODİNAMİĞİN BİRİNCİ YASASI

BÖLÜM 1: TEMEL KAVRAMLAR

TERMODİNAMİĞİN BİRİNCİ YASASI

TE-680 İDEAL GAZ KANUNLARI EĞİTİM SETİ DENEY FÖYÜ

AKM 205-BÖLÜM 2-UYGULAMA SORU VE ÇÖZÜMLERİ

İDEAL GAZ KARIŞIMLARI

İnstagram:kimyaci_glcn_hoca GAZLAR-1.

Ödev 1 ve Cevapları. K. mol

Bölüm 2. Sıcaklık ve Gazların Kinetik Teorisi. Prof. Dr. Bahadır BOYACIOĞLU

GAZLAR. Farklı sıcaklıklardaki iki gazın difüzyon hızları GAZLARIN ÖZELLİKLERİ

BİLECİK ŞEYH EDEBALİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE VE İMALAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MÜHENDİSLİKTE DENEYSEL METODLAR DERSİ

BİLECİK ŞEYH EDEBALİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE VE İMALAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

BÖLÜM 1: TEMEL KAVRAMLAR

Gazların Özellikler Barometre Basıncı Basit Gaz Yasaları

3.1. Basınç 3. BASINÇ VE AKIŞKAN STATİĞİ

Vakum Teknolojisi * Prof. Dr. Ergun GÜLTEKİN. İstanbul Üniversitesi Fen Fakültesi

GÜZ YARIYILI CEV3301 SU TEMİNİ DERSİ TERFİ MERKEZİ UYGULAMA NOTU

Bölüm 4: X-IŞINLARI DİFRAKSİYONU İLE KANTİTATİF ANALİZ

FİZK Ders 1. Termodinamik: Sıcaklık ve Isı. Dr. Ali ÖVGÜN. DAÜ Fizik Bölümü.

4.Sıkıştırılamayan Akışkanlarda Sürtünme Kayıpları

Bölüm 4 KAPALI SİSTEMLERİN ENERJİ ANALİZİ. Bölüm 4: Kapalı Sistemlerin Enerji Analizi

Maddeye hareket veren kuvveti, Isaac Newton ( ) aşağıdaki matematiksel ifadeyle tanımlamıştır.

SINAV SÜRESİ 80 DAKİKADIR. BAŞARILAR

5. Boyut Analizi. 3) Bir deneysel tasarımda değişken sayısının azaltılması 4) Model tasarım prensiplerini belirlemek

OREN3005 HİDROLİK VE PNÖMATİK SİSTEMLER

Bölüm 7 ENTROPİ. Bölüm 7: Entropi

Termodinamik. Öğretim Görevlisi Prof. Dr. Lütfullah Kuddusi. Bölüm 4: Kapalı Sistemlerin Enerji Analizi

GAZLAR GAZLARIN ÖZELLİKLERİ

AKM 205 BÖLÜM 2 - UYGULAMA SORU VE ÇÖZÜMLERİ. Doç.Dr. Ali Can Takinacı Ar.Gör. Yük. Müh. Murat Özbulut

10 7,5 5 2,5 1,5 1 0,7 0,5 0,3 0,1 0,05 0, ,3 10 2,2 0,8 0,3

KİNETİK GAZ KURAMI. Doç. Dr. Faruk GÖKMEŞE Kimya Bölümü Hitit Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi 1

T.C. GAZİ ÜNİVERSİTESİ TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ AKIŞKANLAR MEKANİĞİ LABORATUVARI

ÇÖZÜM 1) konumu mafsallı olup, buraya göre alınacak moment ile küçük pistona etkileyen kuvvet hesaplanır.

VANTİLATÖR DENEYİ. Pitot tüpü ile hız ve debi ölçümü; Vantilatör karakteristiklerinin devir sayısına göre değişimlerinin belirlenmesi

Gaz hali genel olarak molekül ve atomların birbirinden uzak olduğu ve çok hızlı hareket ettiği bir haldir.

R-712 SOĞUTMA LABORATUAR ÜNİTESİ DENEY FÖYLERİ

2. Basınç ve Akışkanların Statiği

Maddenin Halleri. Katı

BAŞKENT ÜNİVERSİTESİ MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAK 402 MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ LABORATUVARI DENEY 9A GERİNİM ÖLÇER KULLANARAK GERİLİM ANALİZİ YAPILMASI

Bölüm 4 KAPALI SİSTEMLERİN ENERJİ ANALİZİ

EDUCATIONAL MATERIALS

KİNETİK GAZ KURAMI. Doç. Dr. Faruk GÖKMEŞE Kimya Bölümü Hitit Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi 1

SINAV SÜRESİ 90 DAKİKADIR. BAŞARILAR

ADIYAMAN ÜNİVERSİTESİ

BAŞKENT ÜNİVERSİTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAK 402 MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ LABORATUVARI DENEY - 5 PSİKROMETRİK İŞLEMLERDE ENERJİ VE KÜTLE DENGESİ

Akışkanların Dinamiği

ONDOKUZ MAYIS ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ KİMYA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ORGANİK KİMYA LABORATUVARI DENEY 8 : YÜZEY GERİLİMİNİN BELİRLENMESİ

SÜRÜKLEME DENEYİ TEORİ

DENEY 1. İncelenmesi. Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi

Bölüm 1. Elektriksel Büyüklükler ve Elektrik Devre Elemanları

A) DENEY NO: HT B) DENEYİN ADI: Doğrusal Isı İletimi Deneyi

T.C. SELÇUK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK MİMARLIK FAKÜLTESİ KİMYA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

Selçuk Üniversitesi. Mühendislik-Mimarlık Fakültesi. Kimya Mühendisliği Bölümü. Kimya Mühendisliği Laboratuvarı. Venturimetre Deney Föyü

(p = osmotik basınç)

5. Boyut Analizi. 3) Bir deneysel tasarımda değişken sayısının azaltılması 4) Model tasarım prensiplerini belirlemek

Toprakta Kireç Tayini

KBM0308 Kimya Mühendisliği Laboratuvarı I ISI İLETİMİ DENEYİ. Bursa Teknik Üniversitesi DBMMF Kimya Mühendisliği Bölümü 1

Termal Genleşme İdeal Gazlar Isı Termodinamiğin 1. Yasası Entropi ve Termodinamiğin 2. Yasası

Gazların fiziksel davranışlarını 4 özellik belirler.

T.C RECEP TAYYİP ERDOĞAN ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAKİNE LABORATUVARI 1 DERSİ TERMAL İLETKENLİK DENEYİ DENEY FÖYÜ

ÇEV207 AKIŞKANLAR MEKANİĞİ KİNEMATİK-1. Y. Doç. Dr. Güray Doğan

FİZİKSEL KİMYA I FİNAL SINAVI

Akışkanların Dinamiği

KMB0404 Kimya Mühendisliği Laboratuvarı III GAZ ABSORSPSİYONU. Bursa Teknik Üniversitesi DBMMF Kimya Mühendisliği Bölümü 1

BİLECİK ŞEYH EDEBALİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE VE İMALAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

VENTURİMETRE DENEYİ 1. GİRİŞ

AKIŞ ÖLÇÜMLERİ. Kütlenin korunumu prensibine göre içerisinde üretim olmayan bir sistem için;

ELEKTRİK DEVRELERİ-2 LABORATUVARI II. DENEY FÖYÜ

AKIŞKANLARIN ISI İLETİM KATSAYILARININ BELİRLENMESİ DENEYİ

Mekanik Deneyleri II ÜNİTE. Amaçlar. İçindekiler. Yazar Prof.Dr. Ertuğrul YÖRÜKOĞULLARI

Hidroloji Uygulaması-7

SANTRİFÜJ POMPA DENEYİ

T. C. GÜMÜŞHANE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK VE DOĞA BİLİMLERİ FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ DENEYLER 2

ITAP Fizik Olimpiyat Okulu

Adı- Soyadı: Fakülte No :

Ölçüm Temelleri Deney 1

NOT: Toplam 5 soru çözünüz, sınav süresi 90 dakikadır. SORULAR VE ÇÖZÜMLER

Açık hava basıncını ilk defa 1643 yılında, İtalyan bilim adamı Evangelista Torricelli keşfetmiştir. Yaptığı deneylerde Torriçelli Deneyi denmiştir.

NOT: Pazartesi da M201 de quiz yapılacaktır.

DENEYİN AMACI Akım uygulanan dairesel iletken bir telin manyetik alanı ölçülerek Biot-Savart kanunu

Bernoulli Denklemi, Basınç ve Hız Yükleri Borularda Piezometre ve Enerji Yükleri Venturi Deney Sistemi

ISI İLETİM KATSAYISININ BELİRLENMESİ DENEYİ

ONDOKUZ MAYIS ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ KİMYA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ KMB 305 KİMYA MÜHENDİSLİĞİ LABORATUVARI - 1

Taşınım Olayları II MEMM2009 Akışkanlar Mekaniği ve Isı Transferi bahar yy. borularda sürtünmeli akış. Prof. Dr.

İ çindekiler. xvii GİRİŞ 1 TEMEL AKIŞKANLAR DİNAMİĞİ BERNOULLİ DENKLEMİ 68 AKIŞKANLAR STATİĞİ 32. xvii

Termodinamik İdeal Gazlar Isı ve Termodinamiğin 1. Yasası

ISI ĠLETĠM KATSAYISININ TESPĠTĠ DENEY FÖYÜ

ISI TRANSFERİ LABORATUARI-1

Bölüm 7 ENTROPİ. Bölüm 7: Entropi

SAKARYA ÜNİVERSİTESİ SAKARYA MESLEK YÜKSEKOKULU

Transkript:

6. İDEAL GAZLARIN HAL DENKLEMİ Amaç: - Sabit bir miktar gaz (hava) için aşağıdaki ilişkilerin incelenmesi: 1. Sabit sıcaklıkta hacim ve basınç (Boyle Mariotte yasası) 2. Sabit basınçta hacim ve sıcaklık (Gay-Lussac yasası) 3. Sabit hacimde basınç ve sıcaklık (Charles (Amontons) yasası) - Elde edilen ilişkilerden genel gaz sabitinin, termal genleşme katsayısının, termal gerilim katsayısının ve kübik sıkıştırılabilirlik katsayısının hesaplanması. Teori: Bir gazın hali, biri diğerinden belirlenebilen, sıcaklık T, basınç p, hacim V ve madde miktarı n gibi hal değişkenleri ile verilir. Bu nedenle, madde miktarı sabitken (n = sabit; dn = ; ölçme tüpündeki gazın miktarı), hacmin sıcaklık ve basınç değişkenlerine bağımlılığı aşağıdaki toplam diferansiyel ile verilir: (1). dv = V V dt dp T p,n p + T,n (1) Benzer şekilde, aşağıdaki denklem, T ve V ile basıncın değişimi için geçerlidir: p p dp = dt + dv (2) T V,n V T,n ( V / T )p,n, ( p / T )V,n ve ( V / p )T,n ; V = f ( T ), p = f (T) veya V = f (p) kısmi diferansiyel oranları fonksiyonun tanjantının eğimine geometrik olarak uyar ve böylece, seçilen hal fonksiyonu (V, P) nin kendi hal değişkenleri (T, p) ne bağımlılığını karakterize eder. Bunların değerleri ilk hacim V veya ilk basınç p ye bağlıdır. Bu nedenle, aşağıdaki değişkenler V veya p ile bağlantılandırılarak tanımlanabilir. γ 1 V = V T p,n (3) (termal genleşme katsayısı) β = 1 p p T V,n (4)

(termal gerilim katsayısı) x 1 V = V p T,n (5) (kübik sıkıştırılabilirlik katsayısı). İdeal gazın sınırlandırılmış durumu için (yeteri kadar küçük basınç, yeteri kadar yüksek sıcaklık), bu ilişkiler, herbiri iki hal değişkeni arasındaki bağıntıyı tanımlayan, deneysel olarak belirlenmiş kurallardan hesaplanabilir. Basıncın sabit olduğu durum için ( p = sabit, dp = ) denklem ( 1 ) şu hale gelir: dv = V γ dt (6) γ = sabit olduğu durumda bu diferansiyel denklemin integrali şu sonucu verir: V = V (1 + γ (T T )) = V (1 + γ ϑ) (7) (ϑ = Celsius skalasındaki sıcaklık) veya V V = (8) T T veya V = sabit T (9) Şekil 1: Sabit basınç (p = 1.6 kpa) ve sabit madde miktarında (n =.9536 mmol), hacim V nin sıcaklık T ye bağımlılığı.

Gay-Lussac tarfından bulunan bu bağıntıya göre, sıcaklığın fonksiyonu olarak hacmin grafik gösterimi artan doğrusal çizgidir. (Şekil 1) T = için V = dır. Hacmin sabit oluğu şartlarda (V = sabit, dv= ), denklem (2) den, benzer şekilde aşağıdaki sonuç elde edilir: dp = p β dt (1) ve β = sabit alınarak integralinden: p = p (1 + β (T T)) = p (1 + β ϑ) (11) veya p p = (12) T T ve p = sabit T (13) elde edilir. Bu denklemler Charles (Amontons) yasasının ifadesidir ve artan sıcaklıkla basınçtaki doğrusal artışı tanımlar. (Şekil 2). Şekil 2: Sabit hacim (V = 2.326 1-5 m 3 ) ve sabit madde miktarında (n =.9536 mmol), sıcaklık T nin fonksiyonu olarak basınç p.

Sabit bir miktar gazın, izotermal (T = sabit, dt = ) genleşme ve sıkıştırılabilirliği için aşağıdaki denklem geçerlidir: dv = V x dp (14) veya V p = Vp (15) ve 1 V = sabit p (16) Bu bağıntının, Boyle ve Mariotte tarafından incelenen grafik gösterimi V = f (p) için hiperbolü sonuç vermiştir (Şekil 3) ; buna karşın V = f (1/ p) için doğru çizgiler elde edilmiştir (Şekil 4). Şekil. 3: Sabit sıcaklıktaki (T= 298.15 K) hal değişimi süresince, bir miktar (n =.9536 mmol) hava için basınç p ve hacim V arasındaki ilişki

Şekil 4: Sabit madde miktarı (n =.9536 mmol) ve sabit sıcaklıkta (T= 298.15 K) basıncın tersinin 1/ p fonksiyonu olarak hacim V (8) veya (12) denklemleri (15) ile birleştirilerek ve aşağıdaki denklem ile p V T = p1 V T 1 1 = pv T (17) R genel gaz sabiti olmak üzere, ideal gazların genel veya termal hal denklemi (18) p V= n R T (18) elde edilir. Bu denklem, p = sabit (9), V = sabit (13), veya p = sabit (16) için elde edilen bağıntıların önceki anlayışını tasdik eder. Böylece bu doğrusal ilişkilerin eğiminden: V T nr = V γ = (2) p,n p p = T V,n nr p β = (21) V

V -1 p T,n = nrt (22) deneysel olarak bu denklemler elde edilebilir. Eğer kapalı hacimdeki gaz miktarı n biliniyorsa gaz sabiti R hesaplanabilir. Bu, hacim V nin molar hacim Vm ye oranına (23) eşittir. V n = Vm (23) T = 273.15 K ve p = 11.325 kpa (standart şartlar) da bu miktar V =.22414 m 3 mol -1. p ve T de ölçülen hacim V, öncelikle denklem (17) kullanılarak bu şartlara indirgenmelidir. Ayrıca, (2) ve (21) denklemlerinden γ ve β katsayıları belirlenebilir. Hacim V ve basınç p için gereken değerler, ilgili grafik T = 273.15 K a ekstrapole edilerek elde edilebilir veya ilgili denklemlerden (8) ve (12) ilişkileri kullanılarak hesaplanabilir. Bu nedenle, sıkıştırılabilirlik katsayısı x ı aşağıdaki denklemi kullanarak toplam diferansiyelden (1) hesaplamak mümkündür. x 1 γ 1 γ = p β = 11.325kPA β (24) (γ ve β değerleri biliniyor) (17) ve (23) denklemleri kullanılarak mol sayısı hesaplanan belli bir miktar gaz (n =.9536 mmol) ile yapılan deneyler, (9), (13), ve (16) denklemleri ile uyumlu olan doğrusal ilişkiler ile gaz kanunlarının geçerliliğini sağlar. Her bir grafiğin eğiminden: ( V / T )p,n = 7.838 1-8 m 3 K -1 (Şekil 1), ( p / T )V,n =.34 kpa K -1 (Şekil 2), ( V / p -1 ) T,n = 2.362 Pa m 3 = 2.362 Nm (Şekil 4). (2), (21), veya (22) denklemlerine göre genel gaz sabiti R için aşağıdaki değerler hesaplanabilir: R = 8.269 Nm K -1 mol -1,

R = 8.289 Nm K -1 mol -1, R = 8.38 Nm K -1 mol -1. Literatürden elde edilen değer: R = 8.31441 Nm K -1 mol 1 = 8.31441 J K -1 mol -1. Ayrıca, belirlenen ( p / T)p,n ve ( p / T)V,n eğimlerinden ve T = 273.15 K için bağlantı denklemlerinden elde edilen V ve p değerleri kullanılarak, γ ve β katsayıları benzer şekilde hesaplanabilir (2) ve (21): γ = 3.6211-3 K -1 and β = 3,6281-3 K -1. Bunlardan, sıkıştırılabilirlik katsayısı x için aşağıdaki değer, denklem (24) den elde edilir: x =9.8491-3 kpa -1. T ve p da ideal gaz için teorik değerler şunlardır: γ = β = 3.6611-3 K -1 = 1/ 273.15 K -1 x = 9.872 kpa -1 = 1/ 11.325 kpa -1 Kurulum ve Yöntem: Deney düzeneği şekil 5 e göre kurulur ve termostatın pompa kolu birimi ile bağlanır. (tüp bağlantısını hortum klipsi ile iyice kapatın!). Çalıştırma talimatlarına göre, ölçme tüpünün derecelendirilmiş ölçüm menzilinin bir çeyreği civa ile dolana kadar, gösteri aletindeki hazneyi civa ile dikkatlice doldurun. (ölçme tüpündeki ve kaptaki cıva eşit seviyede). Kirlenmeden kaçınmak için, devreden termostat kabını saf su veya demineralize su ile doldurun. Termostatın soğutma bobinini, lastik boru kullanarak su kaynağı çizgisine bağlayın. (tüp bağlantısını hortum klipsi ile iyice kapatın!). Problem 1: Deney süresince, ölçme tüpündeki sıcaklık sabit tutulmalı. Bu nedenle, istenen sıcaklığa sahip su, devreden termostat yardımıyla kap borusuna doğru pompalanır. Ölçümlere başlamadan önce sıcaklık sabitlenene kadar bekleyin.

Basınç p ve hacim V arasındaki ilişkiyi incelemek için, ölçme tüpündeki basınç, civa haznesini yükselterek veya alçaltarak değiştirilir. Ölçme tüpündeki hava kolonunun uzunluğu l ve haznedeki civa seviyesi ile ölçme tüpündeki seviye arasındaki yükseklik farkı h aletin skalasından okunur. Harici hava basıncı p biliniyorsa (dijital barometre ile belirlenir), hacim V ve basınç p değişkenleri belirlenebilir: d V= V + V = π l + V 2 1 R 2 11.4mm = π l + 1.1 2 2 2 ml (1) p = p a + p (2) = p a + h.1333 kpa mm 1 Şekil 5: Deney düzeneği: İdeal gazların hal denklemi.

Kahverengi ile işaretlenen ölçme tüpü kısmının hacmi, ilk yaklaşım olarak V = 1.1 ml olarak kabul edilebilir. Bu değer hava kolonundan hesaplanan hacme her zaman eklenmelidir. Problem 2 ve 3: Deneyden daha iyi sonuç alınabilmesi için, basınç ve hacmin sıcaklık bağımlılığının paralel olarak belirlenmesi tavsiye edilir. Sonuç olarak, her durumda, termostatı istenen sıcaklığa ayarlayın ve ölçme tüpünde sıcaklık sabitlenene kadar bekleyin. Başlangıç sıcaklığı T 1 29 K de, ölçme tüpündeki ve haznedeki civa aynı yükseklikte olana kadar civa haznesini alçaltarak, p = pa basıncına karşılık gelen hacim belirlenir. Ölçme tüpünde bu seviyeyi kalemle işaretleyin. Daha sonra, sıcaklığı her seferinde 5 K arttırarak T 36 K e kadar yükseltin. Sabit basınçta (p = pa) her bir sıcaklığa karşılık gelen V hacmini belirlemek için (Problem 2), ölçme tüpündeki basınç dengesini atmosfer basıncı ile sağlayın (ölçme tüpündeki ve haznedeki civa seviyesinin eşitlenmesi) daha sonra ölçme tüpündeki hava kolonunun uzunluğu l yi ölçün. Denklem (1) e göre bu uzunluktan hacim V belirlenebilir. Sabit hacim V1 (işaretlenen) de her bir sıcaklığa karşılık gelen basınç p, denklem 2 ye göre civa kolonunun yükseklik farkı h dan belirlenebilir (Problem 3). Ölçme tüpündeki civa seviyesi tekrar işaretlenen başlangıç hacmi (V1) seviyesine geldikten sonra yükseklik farkı skaladan okunur. Sonuçlar ve Yorum

P = sabit T = sabit V = sabit No V T P V P T 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 Sorular: 1) Harici hava basıncı nedir? 2) Hava basıncı nerede 1 atm değerini alır? 3) Aletleri kullanarak basıncı nasıl arttırabileceğimizi açıklayınız.