Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

TERMODİNAMİK ☻ Termodinamik, maddenin sıcaklık, basınç, hacim gibi makroskobik özelliklerini açıklar, aralarında ilişki kurar, bunları atom ve moleküllerin.

Benzer bir sunumlar


... konulu sunumlar: "TERMODİNAMİK ☻ Termodinamik, maddenin sıcaklık, basınç, hacim gibi makroskobik özelliklerini açıklar, aralarında ilişki kurar, bunları atom ve moleküllerin."— Sunum transkripti:

1 TERMODİNAMİK ☻ Termodinamik, maddenin sıcaklık, basınç, hacim gibi makroskobik özelliklerini açıklar, aralarında ilişki kurar, bunları atom ve moleküllerin hareketleri (maddenin mikroskobik özellikleri) ile ilişkilendirir. M addenin farklı halleri (katı, sıvı, gaz) ve birbirine dönüşümleri ile ilgilenir. ☻ Termodinamik enerji bi l imidir. Termodinamiğin ilkeleri ile hemen hemen bütün mühendislik işlemlerinde karşılaşılır. ☻ Termodinamik kavramı akla “har e ket halindeki ısı enerjisi” tanımını getirse de bu yanlıştır. ●Isı bir enerji türü değil, enerjiyi değiştirmenin yoludur (iş gibi). ● Göreceğimiz termodinamik yöntemler sadece dengedeki bir sistem ile ilgilidir. Makroskobik modelMikroskobik model

2 Isıl Denge ve Sıcaklık Taste information is coded by specialized sensory cells in taste buds, whereas the nerve endings of the lingual nerve mediate sensations of temperature, touch, irritation and pain. The thermal tastes described by Cruz and Green1 may be mediated by either of these pathways.1 cerebrum ☻ Sıcaklığı, bir cisme dokunduğumuzda hissedilen sıcaklık ve soğukluk derecesi olarak belirtebiliriz.

3 ☻ Sıcaklık, sistemi oluşturan parçacıkların (atom, molekül,...) har e ketleriyle ilişkilidir. ☻ Sıcaklık, dolaylı olarak termometreler yardımı ile ölçülür. ☻ Sıcaklıkları farklı iki cisim arasında ısı yolu ile enerji alış-verişi olur ve cisimler ısıl temas halinde denir. ☻ İki cisim sıcaklıkları aynı ise enerji alış-verişi olmaz ve iki cisim ısıl dengededir denir. ☻ Bir cisim tek başına sıcaklığı, yeterince beklendiği zaman değişmiyorsa cisim ısıl dengededir denir 2 T1T1 T2T2 1 TT 12 Adyabatik duvar diatermal duvar 1 ve 2 ısıl temas halinde1 ve 2 ısıl denge de

4 ☻ Sıcaklık bir cismin diğer cisimlerle ısıl dengede olup olmadığını belirleyen bir özelliktir. ☻ Bu tanım Termodinamiğin Sıfırıncı Yasasına göre yapılmıştır. A ve B cisimleri üçüncü bir C cismi ile ayrı ayrı ısıl dengede ise, A ve B cisimleri birbirleri ile ısıl dengededir. A C B C Termometre A A ile C arasında enerji alışverişi olmaz.

5 Termometre Maddenin fiziksel özelliklerinin, sıcaklıkla gözlenebilir olarak değişmesi ilkesine dayanarak sıcaklık ölçen aygıtlardır. hacim, uzunluk, basınç, direnç, renk Termometrede aranılan genel özellikler: 1.Sıcaklıkla çok belirgin ve çabuk değişen özellik 2.Küçük bir ısı kapasitesi 3.Isıl dengeye çabuk ulaşma özelliği 4.Tutarlılığı 5.Geniş bir sıcaklık menzili

6 En yaygın termometre civalı termometredir. Civanın donma noktası -37 o C. En yaygın iki sıcaklık ölçeği Fahrenheit ( o F) ve Celsius (centigrate) ölçeğidir. O o F eşit miktarlarda buz, su ve tuzun bir arada bulunduğu sıcaklık olarak alınmıştır. Celsius sıcaklık ölçeğinde, atmosfer basıncında (760mmHg), ısıl dengede buz+su karışımının 0 o C de su+buhar karışımının ise 100 o C de bir arada oluştuğu kabul edilir.

7 Neden başka bir sıcaklık ölçeğine ihtiyaç var? Parçacık hareketsiz ise ( =0) sıcaklık sıfır olmalıdır. Buna sıfır Kelvin denir. Sabit hacimli gazlı termometre civalı termometrelere göre daha hassas ve geniş bir ölçeğe sahiptir. Sabit hacimde gazın basıncının sıcaklıkla değişiminden faydalanılır. Suyun donma noktası (su+buz) ve buharlaşma noktasına (su+buhar) göre kalibre edilir.

8 P T( o C) ● ● PTPT Yeterince seyreltik (az yoğunluklu) farklı gazlarda yapılan ölçümler sonucunda aşağıdaki P-T eğrisi elde edilmiştir. Her gazın basıncının sıfır olduğu sıcaklık o C dir. Buna sıfır Kelvin (0 K) veya mutlak sıfır denir. Mutlak sıcaklık (Kelvin sıcaklık) ölçeğinin temelini oluştururlar. Sıfır Kelvin

9 T K = T C T F = (9/5)T C +32∆T C = ∆T K = (5/9)∆T F

10 Suyun Hal Diyagramı Buz+su sadece 76 cmHg ve 0 o C değil başka basınç ve sıcaklıkta da oluşabilir. Su+buz+buhar sadece 0.01 o C= K ve 4.58 mmHg basınç altında oluşur. Suyun değişmeyen bu özel noktasına suyun üçlü noktası denir o C= K 0.0 o C= K Basınç artıkça sıcaklık azalır Üçlü nokta: katı+sıvı+gaz Kritik nokta: dan sonra sıvı ve buhar ayıredilemez

11 Soğudukça hacmi azalan (yaygın olarak) herhangi bir maddenin hal diyagramı solid: katı liquid: sıvı gas: gaz deposition: gaz  katı sublime: katı  gaz melt: katı  sıvı, erime solidify: sıvı  katı, katılaşma vapourise: sıvı  gaz, buharlaşma condense: gaz  sıvı, yoğuşma

12

13 Isıl Genleşme Maddenin çoğu artan sıcaklıkla genleşir, hacimleri artar, yoğunlukları azalır. Bu olaya ısıl genleşme denir.

14 Hacimsel Genleşme T i sıcaklığındaki hacim V i ise hacimsel genleşme katsayısı Bir katının ortalama çizgisel genleşme katsayısı her doğrultuda aynı olduğu varsayılırsa β=3α olur. β sıvı  β katı Hacimdeki kesirsel değişim Sıcaklık değişim V S -V İ =βV İ (T S -T İ ) Çizgisel ( lineer, boyca) genleşme T i sıcaklığındaki buyu L i ise ortalama çizgisel genleşme katsayısı α>0 cismin boyu uzar α<0 cismin boyu kısalır (plastik) Boydaki kesirsel değişim Sıcaklık değişimi L S -L İ =αL İ (T S -T İ ) h x y z l k ∆l ∆h ∆k LİLİ LsLs ∆L

15 İki komşu atomun etkileşme potansiyel enerjisi U(r) Katı Sıvı Gaz Soğuk Sıcak T>> Kısa mesafeli itici etkileşme uzun mesafeli çekici etkileşme Atomlar Öteleme Dönme ve Titreşim kinetik enerjilerine sahip olabilir. 0

16 Suyun olağandışı davranışı Havuz, göl,.... neden yüzeyden donmaya başlar? Su Herhangi 4C Buz

17 Farklı Denge Durumları 1.Isıl denge ısı yolu ile enerji alış-verişinin olmadığı ve sıcaklığın değişmediği denge durumu. T=sabit 2.Mekanik denge hacmin (boy, magnetizasyon,...) değişmediği, iç basıncın dış basınca eşit olduğu denge durumudur. V=sabit 3.Kimyasal denge kimyasal tepkime, difüzyon, çözünme gibi olaylar nedeniyle bir sistemi oluşturan bileşenlerin miktarı (sayısı) değişebilir. Kimyasal dengede, parçacık sayısı sabit kalır ve sistemin bileşenlerinin veya temas halinde olduğu diğer sistemlerin kimyasal potansiyelleri aynıdır. N=sabit Termodinamik denge ısıl, mekanik ve kimyasal dengenin üçünün de gerçekleştiği duruma denir. “Bir sistem ancak termodinamik dengede ise tanımlanabilir.” T1T1 T2T2 TT P dış P iç V=sabit P dış =P iç A+B ↔ C N=sabit

18 Enerji Aktarımı Sıcaklık farkından dolayı cisimler arasında enerji aktarımı olur. Bu olaya ısı iletimi daha doğrusu ısı yoluyla enerji aktarımı denir. Enerji, atomik ölçekte moleküller, atomlar ve elektronlar arasındaki e nerji değiş-tokuşu ile bir cisimden diğerine veya aynı cis i m içinde bir bölgeden diğerine aktarılır. Isı yolu ile enerji aktarımı ( ısı iletim i) üç şekilde gerçekleşir. İletim fiziksel temas gerektirir. Taşıma ısınan maddenin yoğunluk farkından dolayı hareketiyle gerçekleşir. Işınım sıcak sistem ışıma yolu ile elektromanyetik dalga yayar ve soğuk sistem emer.

19 İletim (conduction) Isı iletimi bir ortamın iki noktası arasında sıcaklık varsa oluşur. Sıcak (Çok titreşim) Soğuk (az titreşim) Çubuk boyunca ısı iletimi  x kalınlığındaki cismin sıcak yüzeyinden soğuk yüzeyine Q kadar enerji ısı yoluyla  t süresinde geçiş yapsın, deneyler ısı iletim hızı (ısı akış hızı) veya ısıl akım I k maddenin ısıl iletkenliği (termal conductivity) Isı iletim hızı xx A T1T1 T2T2

20 Burada T(x) skaler bir fonksiyondur. Üç boyutta Sıcaklık gradienti Sonsuz küçük dx kalınlığına ve dT sıcaklık farkına sahip bir malzeme için Sıcaklık gradienti Eşsıcaklık eğrileri R  Isıl direnç

21 Eşdeğer ısıl direnç Seri durum Kararlı durumda her iki malzemeden ısı akışı aynı olmalı I 1 = I 2 = I T 1 - T 2 =I R 1 T 2 - T 3 =I R 2 T 1 - T 3 =I (R 1 + R 2 )=IR e R e = R 1 + R seri Paralel durum T 1 - T 2 = I 1 R 1 T 1 - T 2 = I 2 R 2 I= I 1 + I 2 T2T2 T3T3 1 2 T1T1 A T2T2 T1T1 1 2

22 Taşıma (convection) Maddenin aktarımıyla enerjinin aktarılması olayıdır. Büyük okyanus dalgaları ve atmosferin küresel devranı (circulation) bu şekilde oluşur. Basitçe, bir akışkan (gaz veya sıvı) alt bölgeden ısıtıldığında ısınan kısım genleşir yoğunluğu azalır ve daha yukarı hareket eder. Bu olayın matematiksel ifadesi çok karmaşıktır. Bu nedenle burada ele alınmaz advection

23 Işınım (radiation) Bütün cisimler elektromanyetik dalga şeklinde enerji yayarlar. Stefan kanunu cisimlerin çevreye yaydığı veya çevreden soğurduğu enerjinin hızının (ısıl akım) I=  AeT 4  = W/m 2 K 4 e-yayınlama katsayısı e=E gelen /E soğrulan İdeal soğurucu tüm enerjiyi soğurur yansıtmaz. e=1 İdeal yansıtıcı tüm enerjiyi yansıtır. Bir cisim sadece ışıma ile enerji yayımlasaydı, enerjisi biterdi ve sıcaklığı mutlak sıfıra ulaşırdı. Ancak tüm cisimler hem enerji yayar hem de diğer cisimlerden (çevre) enerji soğururlar. I v =  AeT 4 I a =  AeT o 4 I=  Ae(T 4 -T o 4 ) T T o çevre IvIv IaIa

24 Basıncı P, hacmi V, sıcaklığı T ve kütlesi m olan bir gaz göz önüne alalım. P=f(T,V), V=f(P,T),.....Hal (durum) denklemi P, T, V, m,.... Termodinamik veya makroskobik değişkenler Durum denklemi genellikle çok karmaşıktır. Yeterince düşük yoğunluklu bir gaza ideal gaz denir. Bu tür bir gazın durum denklemi kolayca yazılabilir. Moleküller arası mesafe çok büyük olduğu için etkileşmedikleri varsayılır. Sıcaklığı yeterince yüksek, basıncı da sıvılaşmayacak kadar düşüktür. Gerçekte ideal gaz mevcut değildir. Bu bir varsayımdır. Bir gazın miktarı genellikle mol sayısı n ile ifade edilir. Herhangi bir maddenin 1 mol’ü N A = tane atom, molekül veya iyon içerir. Buna Avagadro sayısı denir. İdeal bir gazın makroskobik tasviri

25 Bir maddenin molar kütlesi M 1 molünün kütlesidir. 1 mol O 2 molekülü 32g’dır. M O 2 =32 g/mol Mol sayısı M molar kütle N A Avagadro sayısı İdeal gazlar için yapılan deneyler Boyle kanunu: T=sabit P 1 V 1 T P 2 V,2 T P 3 V,3 T

26 Charles kanunu: P=sabit V  T Gay Lussac kanunu Sabit (sabit hacim) p T  V=sabit

27 Normal şartlarda: 1 mol ideal gazın, O o C ve 1 atm basınç altında hacmi 22.4 l’dir. 1 atm=76 cmHg= N/m 2 1 N/m 2 =1 paskal 1 litre =10 -3 m 3 PV=N k B T İdeal gaz kanunu PV=nRT Termodinamik değişkenler (P, V, T) arasındaki hal (durum) denklemi R=8.314J/molK ideal (evrensel gaz sabiti) Bütün seyreltik gazlar için aynıdır.

28 Düşük basınçlarda veya düşük yoğunl u klarda bütün gerçek gazlar ideal gaz gibi davranır J.D. Van der Waals Gerçek gazlar için Van der Waals hal d enklemi ( a ve b pozitif sabit ) Düşük yoğunl u klu (çok seyrek) gazlar ideal gaz için olduğundan Van der Waals denklemi ideal gaz hal denklemine dönüşür.


"TERMODİNAMİK ☻ Termodinamik, maddenin sıcaklık, basınç, hacim gibi makroskobik özelliklerini açıklar, aralarında ilişki kurar, bunları atom ve moleküllerin." indir ppt

Benzer bir sunumlar


Google Reklamları