Gönderen Konu: TERMODİNAMİK  (Okunma sayısı 706 defa)

Çevrimdışı leon

  • anormaliz reklam ajans
  • Admin
  • muhteşem anormal
  • *
  • İleti: 23383
  • Karizma Puanı: 344
TERMODİNAMİK
« : 05 Kas 2007, 17:48:58 Pzt »
TERMODİNAMİK
/>TERMODİNAMİĞİN TANIMI VE AMACI:
/>18.yüzyılın başlarından itibaren tekstil endüstrisinde meydana gelen hızlı
/>gelişmenin sonucu olarak artan güç ihtiyacı ve bunun insan veya hayvan gücüyle
/>karşılanamaması, buhar makinelerinin ortaya çıkmasına yol açmıştır. İngiltere’de, 1697
/>yılında Thomas Savery ve 1712 yılında Thomas Newcomen tarafından yapılan başarılı
/>ilk buhar makineleri, 1765-1766 yıllarında James Watt’ın bu makineleri geliştirmesi ve
/>buharın o güne kadar bilinmeyen özellikleri üzerine yaptığı araştırmalar, bu alandaki
/>çok önemli adımları oluşturmuştur. diğer bir çok araştırmacının da bu alana
/>yönelmesiyle termodinamik bilimi ortaya çıkmiştir.
/>Termodinamik terimi ilk kez, İngiliz bilim adamı Lord Kelvin tarafından, 1849
/>yılında yaptığı bir yayında kullanılmıştır. Termodinamik sözcüğü, Latince therme (ısı)
/>ve dynamis (güç) sözcüklerinden türetilmiştir. Termodinamik, fiziğin enerji ve
/>enerjinin şekil değiştirmesi ile uğraşan kolu olarak tanımlanabilir. Hatta termodinamik
/>günümüzde “enerji ve entropi bilimi” olarak da tanımlanmaktadır.
/>Termodinamik, otomobillerden uçaklara ve uzay araçlarına, elektrik güç
/>santrallerinden iklimlendirme sistemlerine ve bilgisayarlara kadar çok geniş uygulama
/>alanlarına sahiptir.
/>TERMODİNAMİK SİSTEM:
/>Herhangi bir değişim incelenmeden önce, değişimin katılımcıları olan kütle ve
/>enerjinin bilinmesi ve analize edilmesi gerekir. Sistem, kütle ve enerji transferlerinin
/>incelendiği bölge olarak tanımlanabilir.
/>İncelenen sistemin dışında kalan ve sistemin üzerinde etkisi olan her şeye de çevre
/>denir. Sistemi çevreden ayıran yüzeye ise, sistem sınırı denir. Bir sistem kapalı ve açık
/>olmak üzere iki biçimde olabilir. Sınırlarından kütle geçişi olmayan sisteme kapalı
/>sistem, kütle geçişi olan sistemlere de açık sistem veya kontrol hacmi denir. Açık
/>sistemi çevreden ayıran yüzeye ise kontrol yüzeyi denmektedir.
/>ISI VE SICAKLIK:
/>Sıcaklık, bir maddeyi oluşturan moleküllerin kinetik enerjileri ile ilgili bir
/>büyüklük olarak tanımlanabilmektedir. Sıcaklık kavramı termodinamiğin sıfırıncı
/>yasası ile ilgidir. Termodinamiğin sıfırıncı yasası ilk defa 1931 yılında R.H.Fawler
/>tarafından tanımlanmıştır. Termodinamiğin birinci ve ikinci yasası ise sıfırıncı
/>yasasından 50 yıl önce verilmiştir. Bu yasa mantıksal olarak diğerlerinden önce gelmesi
/>gerektiğinden, adına sıfırıncı yasa denmiştir.
/>Sıcaklık maddelerin fiziksel özelliklerinden yararlanılarak yapılmış, termometre
/>denilen araçlarla ölçülür. Termometreler genelde suyun donma ve kaynama noktasına
/>göre ölçeklendirilmişlerdir. Bu ölçekler şunlardır: Celsius (C0), Fahrenheit (F0),
/>Reomur (R0) ve Kelvin (K) ölçekleri.
/>C0 F0 R0 K
/>100 212 80 373
/>0 32 0 273
/>Bu sıcaklık ölçekleri arasındaki döşüm formülleri ise;
/>373 273
/>273
/>80 0
/>0
/>212 32
/>32
/>100 0
/>0
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>C F R K
/>şeklindedir.
/>Bir maddenin alabileceği en küçük sıcaklık değerine mutlak sıcaklık denir. Mutlak
/>sıcaklık –273 C0=0 K dir. Bu sıcaklığın altında bir sıcaklık yoktur.
/>ISI MİKTARI VE ÖLÇÜLMESİ:
/>Bir maddeyi oluşturan moleküllerin kinetik enerjilerinin toplamına o maddenin
/>ısısı denir. Bir maddenin sıcaklığını değiştirmek için gerekli ısı; onun kütlesine, cinsine
/>ve sıcaklık farkına bağımlıdır, Q=m.c.T. Isı enerjisi kalorimetre ile ölçülür.
/>Bir maddenin 1kg’lık kütlesinin sıcaklığını 1K artırmak için gerekli ısıya özgül ısı denir
/>, c ile gösterilir, birimi kJ/kgK’dir.
/>Gazların ısıtılması söz konusu olduğunda, özgül ısı için iki farklı durum
/>bulunmaktadır. Bunlar;1)Sabit hacimde ısıtma (Cv), 2)Sabit basınçta ısıtma (Cp) dır.
/>Örneğin ideal kuru hava için; Cv=0,717 kJ/kgK, Cp=1,004 kJ/kgK dir.
/>Örnek:
/>Bir motorun soğutma sistemindeki su, 0,2 litre/saniyelik debi ile devridaim yapmakta,
/>sıcaklık 45 C0den 90 C0’ye yükselmektedir. Suyun sabit basınç özgül ısısı 4,187 kJ/kgK
/>olduğuna göre, soğutma suyu tarafından bir dakikada taşınan ısı kaç kJ’dur?
/>Çözüm:
/>Kütlesel debi, dm/dt=0,2 litre/s=0,2 kg/s
/>Sıcaklık farkı, T=90-45=45 K
/>dQ/dt=(dm/dt).Cp.T dQ/dt=(0,2).(4,187).45=37,61 kJ/s dır. Dakikada taşınan ısı
/>ise; dQ/dt=(37,62).60=2257,2 kJ/dak, olarak bulunur.
/>BASINÇ:
/>Bir akışkanın birim yüzeye uyguladığı dik kuvvete basınç denir, P=F/A. Burada
/>P basınç (N/m2 ya da Pa), F normal (dik) kuvvet (N), A ise yüzey alanı (m2) dır. Bazı
/>basınç birimleri; 1 bar=105 Pa, 1 atm=101,325 kPa=1,033 bar şeklindedir.
/>Basınç, sadece sıvı ve gaz ortamlarda söz konusudur. Katı cisimlerde basınç ifadesinin
/>yerini gerilme almaktadır.
/>Sıvılar için, statik basınç P=P0.g.h şeklinde, dinamik basınç ise Bernoulli denklemiyle
/>belirtilir.
/>SAF MADDENİN FAZ DEĞİŞİMLERİ:
/>Kimyasal yapısı her noktada aynı ve değişmeyen (homojen) maddelere saf
/>madde denir. Su, azot, oksijen...vb birer saf maddedir. Bundan başka her hangi bir
/>homojen karışım da saf madde tanımına uyabilir. Örneğin, çeşitli gazların homojen bir
/>karışımı olan hava da, eğer tek bir faz söz konusu ise, saf maddedir. Termodinamik
/>olarak; sıvı buhar karışımı saf madde, sıvı hava karışımı saf olmayan maddedir.
/>Maddeler; katı, sıvı ve gaz olmak üzere üç fazda bulunabilir (bunların dışında
/>plazma denilen dördüncü bir faz da vardır). Tüm saf maddeler benzer genel davranışı
/>gösterirler.
/>20 C0 sıcaklık ve 1atm basınçta içinde su bulunan bir silindir-piston düzeneğini
/>ele alalım. Su, bu koşullarda sıvı fazdadır ve sıkıştırılmış sıvı veya soğutulmuş sıvı diye
/>adlandırılır. Isıtma sürdürülürse, sıcaklık artarken su çok az genişler ve piston biraz
/>yükselir. Bu işlem sırasında suyun basıncı değişmez. Sıcaklık 100 C0’ye geldiğinde, faz
/>değişimi başlar. Buharlaşmanın başlangıcı olan bu duruma doymuş sıvı durumu denir.
/>Buharlaşma başladıktan sonra, sıvının tamamı buhara dönüşünceye kadar, sıcaklıkta
/>herhangi bir artış olmaz. Isıtma sürdürülürse tüm sıvı buhara dönüşür. Bu durumda
/>silindirin içerisi, yoğuşmanın sınırında olan buharla doludur. Yoğuşma sınırında olan
/>buhara doymuş buhar denir. Bundan sonra ısıtma sürdürülürse sıcaklık ve özgül
/>hacmin arttığı görülür. Yoğuşma sınırında olmayan bu buhara da kızgın buhar denir.
/>Bu durumlar için T-v (sıcaklık-özgül hacim) diyagramı şöyledir.
/>T(C0)
/>150 kızgın buhar
/>sıvı-buhar
/>100
/>sıkıştırılmış
/>sıvı
/>20
/>v
/>Görüldüğü gibi su, 1atm (101,35 kPa) basınçta 100 C0’de kaynar. Eğer ısıtma kabı
/>kapatılarak basınç yükseltilirse, kaynama sıcaklığı da yükselir. Örneğin, su 200 kPa
/>basınçta 120,23 C0’de, 1100 kPa basınçta ise 179,91 C0’de kaynar. Düdüklü tencerelerin
/>daha kısa sürelerde pişirmelerinin sebebi de budur. Basınç azaldığında ise kaynama
/>sıcaklığı azalmaktadır. Yükseklik arttıkça, atmosfer basıncı ve buna bağlı olarak suyun
/>kaynama sıcaklığı azalır. Örneğin, 1000 m yükseklikte atmosfer basıncı 89,55 kPa ve
/>buna karşılık gelen kaynama sıcaklığı 96,3 C0, 2000 m yükseklikte ise atmosfer basıncı
/>79,5 kPa ve buna karşılık gelen kaynama sıcaklığı 93,2 C0dir. bu bakımdan, eğer
/>düdüklü tencere kullanılmıyorsa, yüksek yerlerde yemekler daha uzun sürede pişer. Her
/>1000 m yükseklik için kaynama sıcaklığı yaklaşık 3,3 C0 azalmaktadır.
/>Verilen bir basınçta saf maddenin kaynamaya başladığı sıcaklığa kaynama sıcaklığı ya
/>da doyma sıcaklığı (Ts), bu durumdaki basınca da doyma basıncı (Ps) denir.
/>Su sabit bir basınçta ısıtılırsa sıcaklığı yükselir ve özgül hacmi artar. Sıcaklık Ts
/>gibi bir değere ulaştığında, kaynamaya (buharlaşmaya) başlar. Isıtma sürdürüldüğünde,
/>tüm sıvı buhar haline gelinceye kadar sıcaklık değişmezken özgül hacim yükselir
/>(yükselme V=Vf-Vg kadar olur).
/>Suyu belirli basınçta katı, sıvı ve buhar fazlarında bir arada bulundurmak
/>mümkündür. Diyagramlarda (P-T diyagramında) bu basınçtaki noktaya üçlü nokta
/>denir. T-v diyagramında bu basınçtaki çizgiye de üçlü doğru denmektedir. Suyun üçlü
/>doğrusunun basıncı 0,6113 kPa, ve sıcaklığı 0,01 C0 dir.
/>P
/>Erime kritik nokta
/> SIVI
/>buharlaşma
/>KATI
/>Üçlü nokta
/>Süblimasyon BUHAR
/>
/>T
/>SAF MADDENİN ANA ÖZELLİKLERİ:
/>1)BUHARLAŞMA ISISI:
/>1 kg suyu kaynama noktasında buhar haline dönüştürmek için gerekli ısıya
/>buharlaşma ısısı denir ve hfg ile gösterilir. Sıcaklık ve basınç artırıldıkça, hfg’nin değeri
/>küçülerek, kritik noktada sıfıra eşit olmaktadır. Buharlaşma ısısı (hfg), iç potansiyel
/>enerjiyi değiştirmek üzere, parçalama işi ve genişleme işi için harcanan ısıdır. Parçalama
/>işine buharlaşma iç ısısı, genişleme işine de buharlaşma dış ısısı denir.
/>Buharlaşma ısısı hfg=hg-hf bağıntısından hesaplanır. Burada hg, doymuş buharın entalpisi
/>(kJ/kg), hf doymuş sıvının entalpisidir (kJ/kg)
/>2)KURULUK DERECESİ:
/>Buharlaşma sırasında suyun bir bölümü sıvı fazında, diğer bölümü ise buhar
/>fazındadır. Bu karışım durumunda buhar kütlesinin toplam kütleye oranına kuruluk
/>derecesi denir ve x ile gösterilir. X=mg/mt . Burada mt=mf+mg dir. 1-x ise rutubet
/>derecesi olarak tanımlanır. Islak buhar, P basıncı, ts sıcaklığı ve x kuruluk derecesi ile
/>tanımlanır. Bu durumda ıslak buharın özgül hacmi vx=vf+x(vg-vf), entalpisi ise
/>hx=hf+xhfg şeklindedir.
/>Örnek:
/>1m3 hacimli bir depoda 200 C0 sıcaklıkta ıslak su buharı bulunmaktadır. Suyun
/>kapladığı hacim kap hacminin %2 si olduğuna göre, kuruluk derecesi nedir?
/>Çözüm:
/>V=1 m3, Vs=0,02 m3 tür. Vg=V-Vs=1-0,02=0,98 m3 bulunur. t=200 C0 için doymuş
/>buhar çizelgesinden vs=0,001157 m3/kg, vg=0,12736 m3/kg alınır. Buna göre sıvı kütlesi;
/>ms=Vs /vs=(0,02)/(0,001157)=17,286 kg, buhar kütlesi ise mg=Vg/vg=(0,98)/(0,12736)
/>=7,6947 kg bulunur. Buradan da kuruluk derecesi x=mg/mt =(0,6947)/(17,286+7,6947)
/>=0,308 olarak bulunur.
/>Örnek:
/>0 C0 deki sudan, 2400 kJ/kg ısı harcanarak, 15 bar basıncında buhar elde edilmiştir.
/>Buharın durumunu belirleyiniz.
/>Çözüm:
/>0 C0 deki suyun entalpisi h0=0 kJ/kg kabul edilirse, üretilen buharın entalpisi h=2400
/>kJ/kg olacaktır. Doymuş buhar basınç çizelgesinden 15 bar basınçtaki kuru doymuş
/>buharın entalpisi hg=2792,2 kJ/kg olarak bulunur. hg>h olduğundan buhar ıslaktır.
/>hx=hf+hfgx bağıntısından x=(hx-hf)/hfg=0,798 bulunur.
/>3)DİĞER ÖZELLİKLER:
/>Basit sıkıştırılabilir maddenin belirlenmesinde yararlı görülen özelliklerinden
/>ikisi de sabit basınç özgül ısı ve sabit hacim özgül ısı değerleridir. Bunlar
/>p
/>p T
/>h C
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>,
/>v
/>v T
/>u C
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>bağıntılarınla belirlenir. Ayrıca özgül ısılarla
/>sıkıştırılabilirlik değerleri arasında
/>K
/>C C Tv p v
/> 2
/> bağıntısı vardır. Burada T sıcaklık,
/>v hacim, K sabit sıcaklık ya da izotermal sıkıştırılabilirlik (
/>T P
/>v
/>v
/>K
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>1
/>), ise sabit
/>basınç ya da izobarik sıkıştırılabilirlik (
/>P T
/>v
/>v
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/> 1
/>) dir.
/>Örnek:
/>Basıncı 10 Mpa, sıcaklığı 450 C0 olan H2O nun sabit basınç özgül ısısı ile sabit basınç
/>sıkışabilirlik değerlerini hesaplayınız.
/>Çözüm:
/>Kızgın buhar çizelgesinden 10 Mpa basınçta, 400 C0, 450 C0 ve 500 C0 deki özgül
/>hacim ve entalpiler ; V400=0,02641 m3/kg, V500=0,03279 m3/kg, V450=0,02975 m3/kg,
/>h400=3096,5 kJ/kg, h500=3373,7 kJ/kg bulunur. Bu durumda özgül ısı ;
/>p
/>p T
/>h C
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>=
/>(3373,7-3096,5)/(500-400)=2,772 kJ/kgK, sıkıştırılabilirlik ise
/>P T
/>v
/>v
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/> 1
/>=
/>(1/0,02975)[(0,03279-0,02641)/(500-400)]=0,002145 1/K olarak bulunur.
/>4)KIZGIN BUHAR:
/>Buhar, verilen bir basınçta doymuş buhar sıcaklığının üzerindeki bir sıcaklığa
/>ısıtılırsa, kızgın buhar olarak tanımlanır. 1 kg kuru buharı, sabit bir basınçta, gerekli
/>sıcaklığa yükseltmek için verilen ısıya, kızdırma ısısı denir. Kuru buhara sabit
/>basınçtaki kızdırma sırasında verilen ısı qs=Cpm(ts-tg) şeklindedir. Burada Cpm kızgın
/>buharın tg’den ts’ye olan sıcaklık aralığındaki ortalama ısı kapasitesidir. Kızdırma ısısı
/>buhara sabit basınçta verildiğinden, entalpi için; h=hf+hfg+Cpmt bağıntısı yazılabilir.
/>Aşağıda, 2 bar basıncında ve 150 C0’de suyun özelliklerini belirleyen T-v grafiği
/>verilmiştir.
/>T
/>150 2 bar
/>120,23 f g kızgın buhar
/>sıvı sıvı+buhar
/>v
/>İDEAL GAZ YASALARI
/>1)AVOGADRO YASASI:
/>1811 yılında A.Avogadro, “Aynı basınç ve sıcaklıkta, bütün ideal gazların
/>eşit hacimlerinde eşit sayıda molekül bulunur” hipotezini ortaya atmış ve bu ifade
/>daha sonra Avogadro yasası olarak anılmıştır. Avogadro yasasına göre, standart
/>koşullardaki (0 C0 ve 101,325 kPa) bütün ideal gazların 6,022.1026 tane molekülün
/>kapladığı hacim 22,4 litredir. 6,022.1026 sayısına Avogadro sayısı, 22,4 litreye de mol
/>hacmi denir.
/>Maddenin bir molünün gram olarak kütlesine mol kütlesi denir ve gr/mol ya da kg/kmol
/>birimleriyle ifade edilir. Örneğin CO2 gazının mol kütlesi M=44 gr/mol dür. Mol kütlesi
/>ile özgül hacmin çarpımı M.v=22,4 m3/kmol dur. Aynı koşullarda iki farklı gazın mol
/>sayıları ile hacimleri arasında
/>1
/>2
/>1
/>2
/>V
/>V
/>n
/>n bağıntısı vardır. Mol hacmi aynı zamanda
/>yoğunluğa Vm=M/ şeklinde bağlıdır.
/>2)BOYLE-MARİOTTE YASASI:
/>1662 yılında R.Boyle ve 1676 yılında E.Mariotte, Boyle’den bağımsız olarak
/>“sabit sıcaklıkta ısıtılan bir gazın basınç ve hacimlerinin çarpımı sabittir” özelliğini
/>belirlemişlerdir. Bu özelliğe Boyle-Mariotte Yasası denmektedir. P.V=sabit (T=sabit
/>iken)
/>3)CHARLES-GAY LUSSAC YASASI:
/>1802 yılında J.Charles ve J.L.Gay Lussac, “sabit basıçta ısıtılan bir gazın
/>hacmi sıcaklıkla doğru orantılı olarak değişir özelliğini belirlemişlerdir. Bu
/>özelliğe Charles-Gay Lussac Yasası denmektedir. Matematiksel olarak V=V0(1+t)
/>şeklindedir. Burada V: t sıcaklığında gazın hacmi, V0: 0 C0’de gazın hacmi, :gazın
/>hacimsel genleşme katsayısı (=1/273=0,00366 ) dır.
/>Sabit basınç için, V1 ve V2, sırası ile T1 ve T2 sıcaklıklarındaki gaz hacimleri ise,
/>1
/>2
/>1
/>2
/>T
/>T
/>V
/>V eşitliği yazılabilir.
/>Örnek:
/>Sıcaklığı 1200 K, hacmi 2 m3 olan bir gaz, sabit basınçta 1800 K sıcaklığa kadar
/>ısıtılmaktadır. Gazın son hacmi kaç m3 olur?
/>Çözüm:
/>1
/>2
/>1
/>2
/>T
/>T
/>V
/>V eşitliğinden 3
/>1
/>2
/>2 1 3
/>1200
/>2 1800 m
/>T
/>T
/>V V bulunur.
/>4)DALTON YASASI:
/>“Bir gaz karışımının basıncı, karışımı oluşturan gazların karışım
/>sıcaklığında olmaları ve ayrı ayrı toplam hacmi kaplamaları durumunda sahip
/>olacakları basınçların toplamına Dalton Yasası”denir.
/>
/>
/>n
/>i
/>karıarı i P P
/>1
/>(t,V=sabit).
/>5)AMAGAT YASASI:
/>“Bir gaz karışımının hacmi, karışımı oluşturan gazların karışım sıcaklığı ve
/>basıncında olmaları durumunda, ayrı ayrı kaplayacakları hacimlerin toplamıdır” ifadesi,
/>Amagat Yasası olarak bilinir.
/>
/>
/>n
/>i
/>karıarı i V V
/>1
/>( T,P=sabit).
/>İDEAL GAZ DURUM DENKLEMİ:
/>Bir maddenin basıncı, sıcaklığı ve özgül hacmi arasındaki ilişkiyi veren her
/>hangi bir bağıntıya durum denklemi adı verilir.
/>İdeal bir gaz için durum denklemi Boyle-Mariotte yasası ve Charles-Gay Lussac
/>kanunları kullanılarak bulunur. sabit
/>T
/>P V
/>T
/>PV
/>2
/>2 2
/>1
/>1 1 , bu sabit değer gaz sabiti olarak
/>adlandırılır ve R ile gösterilir. P.v=R.T eşitliği Clapeyron eşitliği veya ideal gaz
/>durum denklemi olarak bilinir. v=V/m olduğundan ideal gaz denklemi P.V=m.R.T
/>olarak da yazılabilir.
/>Buradaki R değeri R=Ru/M=(8,3143)/M şeklindedir. Burada M, gazın moleküler kütlesi
/>(kg/kmol). Ru=8,3143 kJ/kmolK değerine ise üniversal gaz sabiti denir ve bütün
/>gazlar için aynıdır. Her hangi bir gazın kütlesi mol kütlesi ile mol sayısının çarpımına
/>eşittir, m=n.M. Bu durumda mol sayısına bağlı olarak ideal gaz denklemi; P.V=n.Ru.T
/>şeklinde yazılabilmektedir.
/>Örnek:
/>Çapı 30 cm olan bir borudan CO2 gazı geçmektedir. Boru içerisindeki gazın basıncı 275
/>kPa, sıcaklığı 500 K, hızı 60 m/s olduğuna göre, kütlesel debisini;
/>a)kg/s olarak, b)kmol/s olarak hesaplayınız. (=3,14, M=44 kg/kmol)
/>Çözüm:
/>a)
/>..
/>.
/>P.V m.R.T , V A.C
/>.
/> =.(0,15)2.60=4,241 m/s, R=Ru/M=(8,3143)/44=0,189
/>kJ/kgK, kg s
/>RT
/>m P V 12,344 /
/>(0,189).500
/>275.(4,241)
/>.
/>.
/>.
/>.
/>
/>b) kmol s
/>M
/>n m 0,28056 /
/>36,14
/>7,75
/>.
/>.
/> olarak bulunurlar.
/>TERMODİNAMİĞİN YASALARI
/>TERMODİNAMİĞİN SIFIRINCI YASASI:
/>“iki cisim üçüncü bir cisimle sıcaklıkça eşdeğerde ise, bu iki cisim birbirleriyle de
/>sıcaklıkça eşdeğerdedir”. Buna termodinamiğin sıfırıncı yasası denmektedir. 1931
/>yılında R.H.Fowler tarafından temel bir fizik ilkesi olarak ortaya konmuştur.
/>TERMODİNAMİĞİN BİRİNCİ YASASI:
/>A) İŞ: İş, bir kuvvetin bir sisteme belirli bir yol boyunca etki etmesi sırasında
/>aktarılan enerjidir. W= F.dx şeklinde formulize edilir.
/>Termodinamik açıdan iş ise, sistemle çevresi arasında bir enerji alışverişidir. Eğer
/>sistemin çevresindeki yegane etki, bir ağırlığın kaldırılması şeklinde olabilirse, sitem iş
/>yapmış olur. ısı makinelerinde sitem tarafından yapılan iş pozitif, sisteme verilen iş ise
/>negatif olarak alınır. İş depo edilemez, ancak geçiş halinde ve sistem sınırında görülür.
/>İşin birimi Joule, N.m ya da kg.m2/s2 dir. Birim zamanda yapılan işe ise güç denir.
/>B) BASİT SIKIŞTIRILABİLİR BİR SİSTEMİN SINIRINDAKİ İŞ:
/>P
/>1
/>2
/>PdV
/>V
/>P1 P2
/>Şekilde bir silindir ve bir pistondan oluşan gaz için, piston çekildiği durumda P-V
/>grafiği görülmektedir. Bu durumda yapılan iş W=PdV bağıntısından bulunur. T=sabit
/>için P1V1=P2V2 dir. Pistonu 1.durumdan 2.duruma getirmek için yapılan iş
/>
/>1
/>2
/>2 1 1 1 1 ln
/>V
/>V
/>PV
/>V
/>W PV dV olur.
/>PVn=sabit, yani PV n P V n 1 1 2 2 olan politropik durum değiştirme için yapılan iş;
/>n
/>P V PV
/>W
/>
/>
/>
/>1
/>2 2 1 1
/>2 olarak bulunur.
/>C) ISI:
/>Isı, belirli sıcaklıktaki bir sistemin sınırlarından, daha düşük sıcaklıktaki bir
/>sisteme, sıcaklık farkı nedeniyle transfer edilen enerjidir. Isı ve iş sistemde geçiş
/>halindeki enerjilerdir. İşin tersine ısı makinelerinde sisteme verilen ısı pozitif, sistemden
/>atılan ısılar ise negatif olarak değerlendirilir. Isı birimi de Joule’dur. Eski bir alışkanlık
/>olarak kalori de ısı birimi olarak kullanılır. 1 kalori, 1 gr suyun sıcaklığını 14,5 C0den
/>15,5 C0 ye çıkarmak için gerekli ısı miktarıdır. 1 kalori= 4,187 Joule dür.
/>D) ENERJİNİN KORUNUMU:
/>1)POTANSİYEL ENERJİ:
/>Herhangi bir kütlenin, bulunduğu konum itibarıyla sahip olduğu enerjiye,
/>potansiyel enerji denmektedir. Burada enerjinin kaynağı, yer çekiminin kütle üzerindeki
/>etkisidir. Potansiyel enerji Ep=m.g.h ya da dEp =m.g.dz formülünden hesaplanabilir.
/>Örnek:
/>Kütlesi 30 kg olan bir bavulu 50 cm yükseğe çıkarmak için harcanan enerji kaç J dur?
/>(g=10 m/s2 alınız)
/>Çözüm:
/>Ep=m.g.h=30.10.(0,5)=150 J
/>2)KİNETİK ENERJİ:
/>Hareket halindeki bir kütle kinetik enerjiye sahiptir. Yani kinetik enerji cismin
/>hareket enerjisidir. 2
/>2
/>E 1mC k ya da dEk =mC.dC bağıntısından bulunur. Burada m,
/>kütle, C ise hızdır.
/>Örnek:
/>Durmakta olan 1000 kg lık bir otomobili 90 km/sa hıza ulaştırmak için kaç J enerji
/>gereklidir? (sürtünmeler önemsiz)
/>Çözüm:
/>Ek=(1/2)mC2=(1/2).1000.(90000/3600)2=500.(25)2 =500.625=312,5 kJ
/>3)İÇ ENERJİ:
/>Bir sistemin moleküler yapısı ve moleküler hareketliliği ile ilgili enerjilerinin
/>tümüne iç enerji denir. İç enerji U ile gösterilir ve sitemin dış referans noktalarından
/>bağımsızdır. Bütün maddeler kimyasal ve moleküler biçimde iç enerji içermektedir.
/>İdeal gazlar için iç enerji sadece sıcaklığa bağlı olarak değişmektedir. Birim kütle için iç
/>enerji değişimi; du=Cv.dT ve iki durum arasıdaki işlem sırasında u2-u1=Cv(T2-T1) olur.
/>4) TERMODİNAMİĞİN I.YASASININ ANLAM VE ÖNEMİ:
/>Termodinamiğin birinci yasası, enerjinin korunumu ve dönüşümü yasasını ifade
/>etmekte ve enerjinin termodinamikle ilgili bir özellik olduğunu vurgulamaktadır.
/>Enerjinin korunumu ve dönüşümü yasasına göre, enerji yok edilemez veya yokken
/>var edilemez, ancak değişik fiziksel ve kimyasal işlemlerle bir enerji biçiminden
/>diğer enerji biçimine dönüşür.
/>Termodinamiğin birinci yasası, şöyle ifade edilebilir:”Kapalı bir sistemin
/>belirli bir durumu arasında gerçekleşebilecek tüm adyabatik durum değişimleri
/>sırasında yapılan net iş, sisteme veya durum değişimlerine bağlı olmaksızın
/>aynıdır.
/>Bir çevrimde iş ve ısı değerleri arasındaki fark Q-W=dE diferansiyeli ile ifade
/>edilir. Burada ilk iki terim eğri fonksiyonu, üçüncü terim nokta fonksiyonudur.
/>Kapalı bir sistemde Termodinemiğin Birinci Yasası; Q=dU+d(Ek)+d(Ep)+W şeklinde
/>yazılabilmektedir. Bu, şu anlama gelir: Bir sistem termodinamik durum değişikliğine
/>uğradığında enerji, ısı veya iş olarak sistem sınırlarını geçebilir, ısı ve iş pozitif veya
/>negatif olabilir, sitemin sahip olduğu enerjideki net değişme tam olarak sistemin
/>sınırlarını geçen net enerjiye eşittir.
/>Örnek:
/>Bir depoda bulunan sıvı, elektrik motoruyla döndürülen bir palet yardımıyla
/>karıştırılmıştır. Paleti çevirmek için 4500 kJ luk bir iş harcanmış ve bu sırada depodan
/>çevreye 2000 kJ luk ısı transfer edilmiştir. Sıvı ve depoyu sistem olarak düşünerek,
/>sistemin iç enerji değişimini bulunuz.
/>Çözüm:
/>Potansiyel ve kinetik enerjilerde değişme olmadığından, Q2=U2-U1+W olur. –2000=U2-
/>U1-4500 , burada da U2-U1=2500 kJ bulunur.
/>5)ENTALPİ, İÇ ENERJİ VE ÖZGÜL ISILAR:
/>İç enerji, özgül ısılar ve entalpi “kalografik durum” özellikleridir.
/>Bir sistemin iç enerjisiyle, basınç ile hacmin çarpımının toplamına “entalpi”
/>denmektedir. H=U+P.V bağıntısıyla ifade edilir. Birim kütle için h=u+P.v olarak
/>yazılabilmektedir. Termodinamiğin birinci yasasına göre dq=dh-v.dP yazılıp, sabit
/>basınç için (izobarik) dP=0 olduğundan, dq=dh olur. Yani, sabit basınçta sisteme
/>verilen ısı, sitemin entalpi değişimine eşittir.
/>İdeal gazlar için entalpi sadece sıcaklığa bağımlıdır. Aynı zamanda iç enerji de sadece
/>sıcaklığın bir fonksiyonudur, u=f(T).
/>İdeal gazlarda entalpi ile sabit basınçtaki özgül ısı arasında dh=Cp.dT bağıntısı
/>vardır. sabit basınçtaki özgül ısı ile sabit hacimdeki özgül ısı arasındaki önemli bağıntı,
/>entalpinin tanımı yardımıyla geliştirilmiştir. Bu bağıntıya Mayer Bağıntısı denir ve Cp-
/>Cv=R olarak ifade edilir.
/>Örnek:
/>Bir piston ve silindir düzeninde ilk hacim 0,1 m3 olup, içerisinde 150 kPa basınç ve 25
/>C0 sıcaklıkta azot (nitrojen) bulunmaktadır. Piston, azotun basıncı 1 Mpa ve sıcaklığı
/>150 C0 oluncaya kadar hareket ettirilmiş ve bu sırada 30 kJ’lük iş yapılmıştır. Bu işlem
/>sırasındaki ısı transferini hesaplayınız.(Cp=1,0416 kJ/kgK, Cv=0,7448 kJ/kgK)
/>Çözüm:
/>Azot ideal gaz olarak varsayılır , potansiyel ve enerjideki değişimler ihmal edilirse, ısı
/>enerjisi Q2=m.Cv(T2-T1)+W2 dır. R=Cp-Cv=1,0416-0,7448=0,2968 kJ/kgK,
/>T=25+273,15=298,15 K, PV=mRT den m=(150.0,1)/(0,2968.298,15)=0,1695 kg
/>şeklinde kütle bulunur. Buradan da ısı transferi; Q2=0,1695.0,7448(150-25)+30=-14,2
/>kJ bulunur.
/>Örnek:
/>Bir aşırı kızdırma ünitesinde, P1080 bar, X1=0,95 başlangıç koşullarındaki 1 kg buhar,
/>P2=80 bar, t=500 C0 koşullarına kızdırılmıştır. Buhar için harcanan ısıyı bulunuz.
/>(80 bar’da doymuş buhar için hf=1316,64 kJ/kg, hfg=1441,3 kJ/kg, 500 C0de kızgın
/>buharın entalpisi h=3398,3 kJ/kg)
/>Çözüm:
/>Başlangıç koşullarında ıslak buharın entalpisi; hx=hf+x.hfg=1316,64+(1441,3.0,95)=
/>2685,88 kJ/kg dır.
/>Kızdırıcı da harcanan ısı ise; q=h-hx=3398,3-2685,88=712,43 kJ/kg olarak bulunur.
/>Örnek:
/>Bir gaz türbininin santrifüj kompresörüne giren atmosferik havanın basıncı 1 bar,
/>sıcaklık 480 K ve hava hızı 100 m/s dir. Kompresörün bastığı havanın debisi 5 kg/s dir.
/>Kompresörden dışarıya ısı transferi olmadığına göre, kompresörü çevirmek için gerekli
/>olan gücü hesaplayınız. (Hava için Cp=1,0035 kJ/kgK)
/>Çözüm:
/>Kontrol yüzeyi kompresöre girişin açığından geçirilerek, havanın giriş hızı çıkış hızına
/>göre ihmal edilebilir. Bu durumda enerjinin korunumundan 1
/>2
/>1 2 2 2
/>h h 1 C w
/>bağıntısı yazılabilir. Entalpi değişimi; h2-h1=Cp(T2-T1)=1,0035(480-300)=180,63 kJ/kg ,
/>kinetik enerji ise (1/2)C2
/>2=1002/2=5000 J/kg=5kJ/kg dır. Buradan da yapılan iş; -dw/dt =
/>(180,63)+5 =185,63 kJ/kg olarak olarak bulunur. Gerekli hava gücü ise; -dW/dt=5.
/>(185,63)=928,15 kWatt olarak bulunur.
/>TERMODİNAMİĞİN İKİNCİ YASASI
/>“Termodinamiğin ikinci yasası, işlemlerin belirli bir yönde
/>gerçekleşebileceğini, ters yönde olamayacağını ifade eder.
/>Bir durum değişimi ancak, termodinamiğin hem birinci ve hem de ikinci
/>yasasını sağlıyorsa gerçekleşebilir.
/>Örneğin yakıt tüketerek bir yokuşu çıkan bir otomobil düşünelim. Otomobilde depodan
/>eksilen benzin, otomobilin yokuş aşağıya kendiliğinden inmesiyle tekrar depoya
/>dolamaz. Yani durum değişimi tek yönlüdür.
/>Termodinamiğin birinci yasası durum değişiminin yönü üzerine bir kısıtlama
/>koymamaktadır. Birinci yasaya göre bir çevrimde ısı tamamen işe dönüştürülebilir,
/>Qçevrim=Wçevrim. Yani birinci yasaya göre, sitemden çevreye ısı vermeksizin iş yapabilen
/>bir ısı motoru, yani %100 verimli bir motor, yapmak mümkündür. İşte İkinci Yasa buna
/>kısıtlama getirmektedir. Termodinamiğin ikinci yasasının Kelvin-Planck ifadesi bu
/>durumu açıklar:”periyodik olarak çalışan bir tek ısı kaynağı ile ısı alış verişi
/>yaparak sürekli olarak iş üreten bir makinenin yapılması mümkün değildir.
/>Isıtma ve soğutma makinelerinin (klima, buzdolabı...) termodinamiğin ikinci
/>yasasıyla ilişkisini ise Clausius şöyle açıklamıştır:çevrede hiçbir etki bırakmaksızın
/>ısıyı soğuk ısı kaynağından sıcak ısı kaynağına ileten bir ısı pompası (veya soğutma
/>makinesi) yapmak mümkün değildir.”ya da başka bir deyişle ısı enerjisi
/>kendiliğinden soğuk ortamdan sıcak ortama doğru akamaz”.
/>Termodinamiğin ikinci yasası, doğada bulunmayan tersinir işlemler için sakınım
/>yasasıdır. Bu yasa, sitemin termodinamik özelliklerinden biri olan ve entropi olarak
/>adlandırılan yeni bir ifadenin tanımlanmasına yol açmıştır.
/>ENTROPİ:
/>“Entropi, sistemdeki düzensizliğin bir ölçüsü olarak
/>tanımlanabilmektedir”. Sistemde düzensizlik arttıkça entropi de artar. Örneğin bir gaz
/>ısıtıldığında moleküllerinin hareketleri hızlandığından ve düzensizleştiğinden, entropisi
/>artar. Eğer bir sistem tam olarak düzenli ise, entropisi sıfır olabilir. Enerjinin aksine,
/>entropi korunan bir özellik değildir ve gerçek tüm işlemlerde sistemin ve çevrenin
/>entropi değişimlerinin toplamı daima pozitiftir.
/>Entropi,
/>T
/>dS dQ bağıntısından hesaplanabilir. Bir sitem için entropi değişimi
/>ise
/>ter T
/>Q S S
/>
/>
/>
/>
/>
/>2 1 integrali alınarak bulunabilir. Bunun için T ile Q arasındaki
/>ilişkinin bilinmesi gerekir. Sistemde toplam entropi değişimi Stoplam= Ssistem+ Sçevre0
/>dır.
/>Burada eşitlik durumu tersinir durumlar, eşitsizlik durumu ise tersinmez durumlar için
/>geçerlidir. Gerçek işlemler tersinmez işlemlerdir. Bu sonuca göre termodinamiğin
/>yasaları şöyle özetlenebilir:”Evrenin enerjisi sabit kaldığı halde, evrendeki entropi
/>sürekli olarak artmaktadır.
/>Örnek:
/>Bir durum değişimi sırasında 300 K sabit sıcaklıktaki çevre havaya, 100 kJ ısı geçişi
/>olmaktadır. Bu durum değişimi sırasında çevresin entropi değişimini hesaplayınız.
/>Çözüm:
/>Çevre hava, ısı alış verişi yaparken sıcaklığı değişmemektedir. O halde entropi değişimi:
/>kJ K
/>T
/>Q
/>S
/>çevre
/>çevre
/>çevre 0,333 /
/>300
/> 100 dır.
/>Örnek:
/>Piston
/>Buhar
/>Su
/>Çözüm:
/>kJ K
/>T
/>Q
/>S
/>su
/>su
/>su 1,340 /
/>100 273
/>500
/>
/>
/> şeklinde suyun entropisi azalır.
/>Şekilde gösterildiği gibi, bir silindir-piston düzeneğinde 100
/>C0 sıcaklıkta su-buhar karışımı bulunmaktadır. Daha sonra
/>300 K sabit sıcaklıktaki çevre havaya, sabit basınçtaki bir
/>durum değişimiyle 500 kJ ısı geçişi olmaktadır. Bu durum
/>değişimi sırasında suyun ve çevre havanın entropi
/>değişimleri ile toplam entropi değişimini hesaplayınız.
/>kJ K
/>T
/>Q
/>S
/>çevre
/>çevre
/>çevre 1,667 /
/>300
/>500
/>
/> şeklinde çevrenin entropisi artar. Toplam
/>entropi değişimi ise; Stoplam=Ssu+Sçevre=-1,340+1,667=+0,327 olur.
/>İDEAL GAZLAR İÇİN ENTROPİ DEĞİŞİMİ:
/>Termodinamiğin birinci yasasına göre; Q=dU+W ve tersinir işlem için
/>Q=T.dS ve W=P.dV yazılabilir. P yerine RT/v, dU yerine CvdT alınarak denklemler
/>birleştirilirse;
/>v
/>R dv
/>T
/>ds C dT v diferansiyel denklemi elde edilir. Cv sıcaklığa göre
/>sabit kabul edilir, her iki tarafın integrali alınarak çözüm yapılırsa, ideal gaz için
/>entropi değişimi
/>1
/>2
/>1
/>2
/>2 1 ln ln
/>v
/>v
/>R
/>T
/>T
/>s s Cv olarak bulunur. Bu değişim sıcaklık sabit
/>ise s2-s1=Rln(v2/v1) ya da s2-s1=-Rln(P2/P1) , hacim sabit ise s2-s1=Cvln(T2/T1) olur.
/>Gazlarda sabit basınçtaki özgül ısının sabit hacimdeki özgül ısıya oranı
/>“izentropik (veya adyabatik) üs” olarak adlandırılmakta ve k ile gösterilmektedir. Bu
/>durumda k=(Cp/Cv) olup Cp-Cv=R ‘de yarine konulursa, Cv=R/(k-1) ve Cp=kR/(k-1)
/>bağıntıları bulunur. T.ds=Cv.dT+P.dv diferansiyel denklemi ds=0 koşulu için çözülürse
/>k
/>v
/>v
/>P
/>P
/>
/>
/>
/>
/>
/>2
/>1
/>1
/>2 eşitliği elde edilir. Bu eşitliğe Poisson eşitliği denir. Poisson eşitliği
/>sıcaklık ve hacme bağlı olarak da,
/>1
/>2
/>1
/>1
/>2
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>k
/>v
/>v
/>T
/>T şeklinde yazılabilir. Bu durumda
/>sistemi 1 durumundan 2 durumuna götürmek için yapınan iş
/>k
/>R T T
/>W
/>
/>
/>
/>1
/>( ) 2 1
/>2 dır.
/>Örnek:
/>Sızdırmaz ve sürtünmesiz bir silindir-piston düzeninde bulunan, 100 kPa basınç ve 27
/>C0 sıcaklıktaki 1kg azot (nitrojen), PV1,4=sabit olacak biçimde 587 C0 sıcaklığa kadar
/>sıkıştırılmaktadır. Bu işlem sırasında yapılan iş ne kadardır? (R=0,2968 kJ/kgK)
/>Çözüm:
/>281,96
/>0,4
/>112,784
/>1 (1,4)
/>0,2968(860 300)
/>1
/>( ) 2 1
/>2
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>k
/>R T T
/>W kJ/kg dır.
/>ÇEVRİMLER
/>A)CARNOT ÇEVRİMİ:
/>Bu çevrim 1824 yılında Fransız bilim adamı Nicolas Leonard Sadi Carnot tarafından
/>ortaya atılan çevrimdir. Isı makinelerinin ideal çevrimi olarak kabul edilmektedir.
/>Carnot çevriminin P-v ve T-s diyagramı şekildeki gibidir.
/>P
/>3 TH=c QH T
/>s=c 4
/>3 4
/>W
/>2 s=c Qnet
/>QL TL=c 1 2 1
/>V s
/>Şekilde görüldüğü gibi çevrim, iki izentropik ve iki izotermik işlemden meydana
/>gelmektedir. Çalışma maddesine dışarıdan iş verilerek 1-2 noktaları arasında izotermik
/>(TL=sabit) ve 2-3 noktaları arasında izentropik olarak sıkıştırılmakta; sıcaklığı ve basıncı
/>artan çalışma maddesi, 3-4 noktaları arasında izotermik (TH=sabit) ve 4-1 noktaları
/>arasında da izentropik olarak genişleyerek iş yapmaktadır. Bilindiği gibi, sıkıştırılan bir
/>gazın basıncı ve sıcaklığı artmakta, bunun aksine, genişleyen bir gazın da basınç ve
/>sıcaklığı azalmaktadır. 1-2 noktaları arasında sıkıştırmaya bağlı olarak artma eğiliminde
/>olan sıcaklığın (TL) sabit kalabilmesi için, sistemin soğutulması yani sistemden ısı
/>atılması, 3-4 noktaları arsında ise, genişlemeye bağlı olarak azalma eğiliminde olan
/>sıcaklığın (TH) sabit kalmasını sağlamak için de sisteme ısı verilmesi gerekmektedir.
/>Carnot çevrimi, teorik olarak, kapalı veya sürekli akışlı açık bir sistemde
/>gerçekleştirilebilir.
/>Sitemden atılan ısı miktarı
/>
/>
/>
/>
/>
/>2
/>1
/>2 ln
/>v
/>Q Q mRT v L L , siteme verilen ısı miktarı
/>da
/>
/>
/>
/>
/>
/>3
/>4
/>4 ln
/>v
/>Q Q mRT v H H eşitlikleriyle hesaplanabilir. Çevrimin ısıl verimi de
/>H
/>L
/>t Q
/>Q
/>n 1 bağıntısından bulunur. Buradan da izentropik durum için Carnot
/>çevriminin ısıl verimi
/>H
/>L
/>carnot T
/>T
/>n 1 bağıntısı elde edilir.
/>Örnek:
/>Şekilde şematik olarak gösterilen Carnot ısı makinesi, 627 C0 sıcaklıktaki bir sıcak
/>kaynaktan 500 kJ ısı almakta ve 27 C0sıcaklıktaki soğuk kaynağa ısı vermektedir. Bu
/>makinenin ısıl verimini ve soğuk kaynağa verilen ısı miktarını hesaplayınız.
/>Wnet
/>QH=500 kJ QL
/>Çözüm:
/>0,667
/>627 273
/>1 1 27 273
/>
/>
/>
/>H
/>L
/>carnot T
/>T
/>n veya %66,7 bulunur. Buradan da ısı miktarı
/>QL=QH(TL/TH)=500(300/900)=166,67 kJ olur.
/>B)PİSTONLU MOTORLARIN TEORİK ÇEVRİMLERİ:
/>1)SABİT HACİM (OTTO) ÇEVRİMİ:
/>Sabit hacim çevrimi, ilk defa 1862 yılında Beau de Rochas tarafından
/>açıklanmış olmakla birlikte, çevrimin uygulaması ilk olarak1876 yılında Nikolaus
/>August Otto tarafından yapılmıştır. Otto, aynı yılda, sıkıştırmalı, dört zamanlı, pistonlu
/>içten yanmalı ilk motoru piyasaya sürmüştür. Otto çevriminin P-v ve T-s grafiği
/>şekildeki gibidir.
/>P 3 T 3
/>V=c
/>2 2
/>Wnet 4 qnet 4
/>1 1 V=c
/>V S
/>Sıcak Isı
/>Kaynağı
/>TH=627C0 Carnot ısı
/>makinesi
/>Soğuk ısı kaynağı
/>TL=27 C0
/>Otto motorunun ısıl (termik) verimi ( )
/>( )
/>1
/>3 2
/>4 1
/>T T
/>T T
/>nt
/>
/> bağıntısından bulunabilir. Verim
/>sıkışma oranına () bağlı olarak 1
/>1 1 t k n
/>
/>şeklinde de belirtilebilmektedir. Burada
/>v1/v2= dur. Buna göre sıkışma oranı arttığında verim artmaktadır.
/>2)SABİT BASINÇ (DİESEL) ÇEVRİMİ:
/>Rudolf Deisel 1892 yılında kendi adıyla anılan bir motor üretmiş ve patent
/>almıştır. Bu motorun çevrimine Deisel çevrimi denmektedir. Otto motorunda hava ve
/>yakıtın birlikte sıkıştırılması verimi düşürmekte idi. Dizel motorunda hava ve yakıt ayrı
/>ayrı sıkıştırılarak verim artışı sağlanmaktadır. Bu motor =24/1 sıkıştırma oranına kadar
/>olanak sağlamaktadır. Bu çevrim, bir sabit basınç, bir sabit hacim ve iki izentropik
/>işlemden meydana gelmektedir. Çevrimin P-v ve T-s diyagramı aşağıdadır.
/>P
/>T 3
/>2 3 P=c
/>2 qnet
/>Wnet 4 4
/>1
/>1 V=c
/>V S
/>Diesel çevriminde hacimsel sıkışma oranı =v1/v2, sabit basınçta genişleme oranı (ön
/>genişleme oranı) =(v3/v2)=(T3/T2) şeklindedir. Diesel çevriminin ısıl verimi ise
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/> ( 1)
/>1 1 1 1
/>
/> k
/>n
/>k
/>t k bağıntısıyla bulunur.
/>3)KARMA ÇEVRİM:
/>günümüz modern dizel motorlarında yanmanın ilk aşaması sabit hacime yakın
/>olurken, son aşaması yaklaşık olarak sabit basınçta gerçekleşmektedir. Siteme ısının bir
/>kısmının sabit hacimde, geri kalanının da sabit basınçta verildiği çevrime karma
/>çevrim denir. Bu çevrimin P-V ve T-S diyagramları aşağıdaki gibidir.
/>P T
/>3 4 3 P=c 4
/>v=c qnet
/>2 5 2 5
/>1 V 1 v=c S
/>Karma çevrimde hacimsel sıkıştırma oranı =v1/v2, sabit hacimde basınç artış oranı =
/>(P3/P2)=(T3/T2) ve sabit basınçta genişleme (ön genişleme) oranı =(v4/v3)=(T4/T3) dür.
/>Bu durumda ısıl verim
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/> ( 1) ( 1)
/>1 1 1 1
/>
/> k
/>n
/>k
/>t k şeklindedir.
/>4)STİRLİNG ÇEVRİMİ:
/>R.Stirling (1816) tarafından tasarlanan, dıştan ısı vermeli stirling motorunun
/>teorik çevrimine ait P-v ve T-s diyagramları , şekildeki gibidir.
/>P T
/>3 3 4
/>T=c 4 v=c qnet v=c
/>2 wnet 2 1
/>T=c
/>V S
/>Çevrim, iki izoterm ve iki sabit hacim işleminden oluşmaktadır. Kapalı bir
/>silindir içerisinde bulunun çalışma maddesine ısı, özel bir ısı eşanjörü-ısıtıcı tarafından
/>verilir. Isının dışarıya atılması ise diğer bir ısı eşanjöründen-soğutucudan olmaktadır.
/>Motor için gerekli olan ısı, silindirin dışındaki özel bir yanma odasından sağlanmakta ve
/>burada kesintisiz bir yanma sürdürülmektedir. Bu siteme verilen toplam ısı qs=Cv(TH-TL)
/>+RTa.ln(P2/P1), sitemde işe çevrilen net ısı ise qnet=(TH-TL)R.ln(P2/P1) dir. Bu durumda
/>basit (regeneratörsüz) Stirling çevriminin ısıl verimi de nt=qnet/qs oranından bulunur.
/>Regeneratörlü Stirling çevriminde ise dışarıya atılan ısı, regeneratör yardımıyla tekrar
/>sisteme kazandırılır.
/>Bu çevrimde siteme verilen toplam ısı qs=Cv(TH-TL)+RTa.ln(P2/P1), işe çevrilen net ısı
/>ise, qnet=(TH-TL)R.ln(P2/P1) dır.
/>5)ERİCSSON ÇEVRİMİ:
/>Ericsson çevrimi, izohorların yerini izobarların alması dışında, Stirling
/>çevriminden farksızdır. Bu çevrim günümüz gaz türbinlerinin ideal çevrimi olarak
/>değerlendirilmektedir. Ericsson çevriminin P-V ve T-s diyagramı aşağıdaki gibidir.
/>P 2 3 T 3 4
/>T=c wnet T=c P=c qnet P=c
/>1 4 2 1 s
/>Ericsson çevrimine regereratör eklenirse, bu regeneratör 4-1 izobarı boyunca
/>dışarıya atılan ısıyı bünyesinde depolayarak, 2-3 izobarı boyunca tekrar sisteme verir.
/>İsveçli John Ericsson’un yaptığı motorlar, 19. Yüzyılda, dikkate değer sayıda
/>imal edilmiş ve kullanılmıştır. Bu motorlarda, her çevrim için taze hava alınıyor ve
/>dolaylı yoldan ısıtılıyordu (dıştan yanmalı). Başka bir değimle sistem açık sistemdi.
/>Ericsson, 1853 yılında, yaptığı motorlardan dört tanesini 2200 tonluk bir gemiye dizayn
/>ederek, bu konuda bir ilki başarmıştır.
/>TERMODİNAMİĞİN ÜÇÜNCÜ YASASI VE MUTLAK ENTROPİ:
/>Değişik maddelerin entropisi için, başlangış oluşturma konusu, Termodinamiğin
/>3.Ysasası’nı ortaya çıkarmıştır. Bu yasayla ilgili ilk çalışmalar W.H Nernst (1864-
/>1941) ve Max Planck (1858-1947) tarafından yapılmıştır. Termodinamiğin üçüncü
/>yasası mutlak sıfır sıcaklığındaki maddelerin entropisi ile ilgilidir. Buna göre
/>termodinamiğin üçüncü yasası: “mükemmel bir kristalin, mutlak sıfır sıcaklığındaki
/>entropisi sıfırdır” şeklindedir. Bu durum istatiksel olarak, kristal yapının en yüksek
/>derecede olduğunu belirtir ve burada ısıl enerji minumumdur.
/>KAYNAK:
/>1)“Termodinamik”, Dç Dr Selim Çetinkaya, Ankara,1999, Nobel Yayın dağ.
/>2)”Termodinamik”cilt-2, Prf.Dr A.Rasim Büyüktür, Bursa,1991, Uludağ
/>Üniversitesi.
/>3)”Physics” part-1, Prf Dr D.Halliday-Prf Dr R.Resnick, Pittsburgh Unv-
/>Rensselaer Polytechnic Inst, New York-London-Sydney, Toppan Company Ltd.-Tokyo,
/>Japan.
/>Mehmet TAŞKAN
 
/><a href="http://s7.directupload.net/images/110422/ybe9zo5e.swf" target="_blank" class="new_win">http://s7.directupload.net/images/110422/ybe9zo5e.swf</a>

/>

/>
/> LeOn
/>


Paylaş delicious Paylaş digg Paylaş facebook Paylaş furl Paylaş linkedin Paylaş myspace Paylaş reddit Paylaş stumble Paylaş technorati Paylaş twitter