Termodinamikvize2 Soruları ve Çözümü
1. Haldeki Hacim ve 2. Durumdaki Basınç, Sıcaklık ve Kuruluk Derecesi
1. Halin Hacmi:
Başlangıçta, silindirdeki suyun hacmi 1 m³ olarak verilmiştir. Yani, 1. haldeki hacim V_1 = 1 \, \text{m}^3.
2. Durumda Basınç, Sıcaklık ve Kuruluk Derecesi:
Sıcaklık: Piston susturucular üzerinde durduğu ve sistem serbestçe genleşmediği için, 2. durumdaki basıncın ve sıcaklığın değişmemesini bekleriz. Ancak, burada ısı transferi olduğu bilgisi verilmiş, dolayısıyla sıcaklık düşebilir. Bu sıcaklık entalpi ve diğer özelliklere göre buharlaşma ile ilişkili olarak hesaplanabilir. Genel olarak su tablosu veya yazılım kullanılarak elde edilir. 2. durumda basınç P_2 = 200 \, \text{kPa}.
Kuruluk Derecesi (x):
Bu durumda buhar kılavuzları kullanılarak kuruluk derecesi bulunabilir. Saf bir su sistemi için, bir doymuş su-buhar karışımı içerisinde kuruluk derecesi x şöyle tanımlanır:
- x=0: Tamamen sıvı
- x=1: Tamamen buhar
- 0<x<1: Karışım
Kuruluk derecesi, \text{(enthalpy)}_2 üzerinden hesaplanabilir. $\text{(enthalpy kanununu kullanarak, h = x \cdot h_f + (1-x) \cdot h_{fg}}$ formülü ile hesaplanabilir.
3. Durumda Hacim ve Sıcaklık
Üçüncü durumda basınç 125 kPa’a düşüyor.
Sıcaklık: Yeni basınç değerine göre, satır tablosu veya bir su buhar cevirmeni ile ilgili hesaplamalar yapılabilir. Bunu özellikle buharlaşma ve yoğunlaşma sürecine bağlıdır.
Hacim: Volume, Boyle veya aşağıdaki şekilde hesaplanabilir: Bu hacim m = \rho \cdot V, yani V = \frac{m}{\rho}.
Son Durumdaki Hacim ve Sıcaklık
Hacim: Silindirin içinde su, doymuş hale kadar soğutulduğu belirtildiği için, doygun sıvıya ait hacim kullanılır (genellikle v_f olarak bilinir).
Sıcaklık: Doymuş sıvı durumundaki sıcaklık, ilgili basınç değeri için satır tablosundan alınabilir.
İşlem Boyunca Yapılan Sınır İşini Hesaplama
Sınır işi W_b = \int P \, dV olarak tanımlıdır. Genellikle süreç boyunca basınç veya hacimdeki değişiklikler bilindiğinde bu integral alınabilir.
- 1-2 Süreci: Bu süreç için, sınır basıncının hacim değişimine olan katkısı ile integral hesaplanarak bulunabilir.
- 3-4 Süreci: Yine bu süreç için de sınır işi aynı şekilde hesaplanabilir.
P-v Diyagramı Çizimi
İşlem boyunca izlenen yol bir P-v diyagramı üzerinde çizilerek, süreçlerin basınç ve hacim ilişkileri görsel olarak gösterilebilir. Burada da bir süreç boyunca izlenen yolda pistonun konumu, hacim ve basınç değişiklikleri göz önüne alınmalıdır.
P-v diyagramı, ideal ve gerçek gaz davranışlarını kıyaslamak için de sıkça kullanılır. Özellikle, bu tip problemler, mühendislikte enerji dengesini daha iyi anlamak için kullanılır.
Verilen tüm süreç ve adımlar ışığında, bir P-v diyagramında bu süreçlerin karakteristik eğrilerini göstermek ayrıntılı hesaplara dayanarak mümkündür.
Bu yaklaşım, termodinamikte sistemlerin incelenmesi ve enerji transferlerinin optimizasyonu için yaygın olarak kullanılır ve problemin kapsamına göre farklı yöntem ve teorilerle analiz yapılabilir.