Termodinamik #10 | Kapalı Sistemlerde Enerji Dengesi ve Özgül Isılar: Q = ΔH, cp − cv = R

Eğitmen: Dr. Süleyman Burak ÇELİK

Geçen dersteki silindirde hava, pistonu kaldırırken 300 joule iş yaptı. Peki brülör havaya ne kadar ısı verdi? İlk akla gelen cevap 300 joule; ne verildiyse iş olarak geri çıktı. Oysa brülör yaklaşık 1050 joule ısı verdi. Aradaki 750 joule havanın içinde kaldı ve onu ısıttı. Termodinamik serisinin onuncu dersinde kapalı sistemlerde enerji dengesini ve bu hesabı mümkün kılan özgül ısıları öğreniyoruz. 3D modellerde ağırlıklı pistonlu silindir, içinde akkor bir ısıtıcı teli olan yalıtımlı bir tank ve ocaktaki cam bir tencere var. Her hesap adım adım, hiçbir işlem atlanmadan. Bu derste: - Kapalı sistemde enerji dengesi: giren net ısı + giren net iş = iç enerji değişimi (hareketsiz sistem); yön bilinmiyorsa "giren" kabul edilir - İşaret örneği: 10 kJ ısı kaybı ve 4 kJ karıştırıcı işi → ΔU = −6 kJ; çevrimde net iş çıktısı = net ısı girdisi - Sabit basınçta Q = ΔH: sınır işi entalpinin içinde hesaba katılır (yalnız P sabitken) - Özgül ısı: 1 kg demir ile 1 kg su, 20 → 70 °C: 22.5 kJ ile 209 kJ (yaklaşık 9 kat); sabit hacimde cv, sabit basınçta cp; hava 0.718 ve 1.005 kJ/kg·K - İdeal gaz: iç enerji ve entalpi yalnız sıcaklığa bağlı; Δu = cv ΔT ve Δh = cp ΔT her süreçte; cp − cv = R (hava 0.287); k = 1.4, helyum 1.667 - Silindirin çözümü: m ≈ 6.97 g, 300.15 → 450.2 K, ΔU ≈ 0.75 kJ, W = 0.3 kJ, Q ≈ 1.05 kJ = m cp ΔT (ısının yaklaşık yüzde 29'u işe dönüştü) - Yalıtımlı rijit tank: 1 kg hava, 500 W ısıtıcı 1 dakika → 30 kJ elektrik işi → ΔT ≈ 41.8 K, basınç 100 kPa'dan yaklaşık 114.3 kPa'ya - Katı ve sıvılar: tek bir c; cam tencere 1.5 kg + 2 kg su, 20 → 100 °C: 100.8 + 668.8 = 769.6 kJ; pompalamada v ΔP = 0.9 kJ/kg - Üç klasik tuzak Bölümler: 0:00 Brülör ne kadar ısı verdi? 0:30 Kapalı sistemde enerji dengesi 1:21 Sabit basınçta Q = ΔH 1:57 Özgül ısı: cv ve cp 3:02 İdeal gazda iç enerji ve entalpi 4:11 Silindiri çözelim 6:12 Isıtıcılı rijit tank 7:17 Katılar ve sıvılar 8:21 Üç klasik tuzak 8:52 Silindire dönelim Sıradaki Termodinamik dersi: kontrol hacmi, yani akışlı sistemler. Kaynak kitap: Y. A. Çengel, M. A. Boles, M. Kanoğlu, Thermodynamics: An Engineering Approach, 10. baskı — Bölüm 4-2…4-5, Tablo A-2 ve A-3. Örnekler özgündür. Makine, Enerji, Kimya, Havacılık ve Mekatronik Mühendisliği öğrencileri için Termodinamik serisinin onuncu dersi.