"Sıvı haldeki su buharlaştığında yapılan iş ve iç enerji değişimi nasıl hesaplanır?"

Bilim
,
1

Screenshot_20231113-145821_1

Soru: Atmosfer basıncında ( 1.013 × 10⁵ Pa ) 1g suyun sabit basınç ta buharlaştığını farzediniz. Sıvı haldeki hacmi V₁ = V*(sıvı)* = 1 cm³, buhar halindeki hacmi ise 1671 cm³’tür. Bu genleşmede yapılan işi ve iç enerji değişimini hesaplayınız. Oluşabilecek herhangi bir buhar-hava karışımını ve çevredeki hava hareketlerini ihmal ediniz.

Yardımcı Notlar:

  • Soruda verilen bilgiler ile iş ve enerji hesaplamaya çalışılmalıdır.
  • Sıvı halindeki ve buhar halindeki hacim kullanılarak genleşme hesaplanabilir.
  • Oluşabilecek herhangi bir buhar-hava karışımı veya çevredeki hava hareketlerini hesaba katmayınız.
  • Atmosfer basıncı değerini kullanarak iç enerji değişimi hesaplanabilir.
3

İŞLEMLER:

İşin Hesaplanması

Sistemin hacim değişikliği yaptığı ve basınç sabit olduğu için (yani işlemin izobarik olduğu için), iş(mühendislik yaklaşımında), aşağıdaki basit formül ile hesaplanabilir:

İş = P*ΔV
  • P: Sabit Basınç ¶
  • ΔV: Hacim Değişimi (m³)
    Bu formüldeki hacim değişimi birimlerine dikkat edelim. Bu birimlere göre işlem yapmalıyız.

Öncelikle, 1 cm³ = 1e-6 m³ olduğunu biliyoruz.

Su buharının başlangıç hacmi V₁ = V(sıvı) = 1 cm³ = 1e-6 m³ ve son hacmi V₂ = V(buhar) = 1671 cm³ = 1671e-6 m³.

Hacim değişimi ΔV = V(buhar) - V(sıvı) = 1671e-6 m³ - 1e-6 m³ = 1670e-6 m³ (veya 1,670 x 10³ cm³’e dönüştürebiliriz.)

Sabit atmosfer basıncı P = 1.013 ×10⁵ Pa.

Şimdi yukarıda belirttiğimiz iş formülünü kullanarak yapılan işi hesaplayabiliriz.

İş = P*ΔV 
   = 1.013 × 10⁵ Pa * 1670e-6 m³
   = 169.17 Joules

İç Enerji Değişiminin Hesaplanması

Atmosfer basıncında su buharının ısıl enerjisi kabaca 2260 joules/g’dir. Bu enerji, su moleküllerinin sıvıdan buhare geçerken alması gereken miktardır. Su buharlaştığında, bu enerji, suyu buharlaştırmak için kullanılır ve bu enerji, su buharının iç enerjisinde bir artışa sebep olur.

1g sıvı suyun Q ısıl enerjisi:

Q = 2260 Joules/g

İç enerji değişimi ΔU, bu süreçte yapılan iş ve suyun aldığı ısının toplamıdır. Termodinamikteki birinci yasa, bu konsepti ifade eder: ΔU = Q - W, DeltaU = Q - W.

ΔU = Q - İş
   = 2260 Joules/g - 169.17 Joules/g
   = 2090.83 Joules/g

Bu, 1g suyun buharlaşma sürecindeki iç enerji değişiminin miktarıdır.

Sonuç olarak, 1 g su buharlaştığında çevreye karşı 169.17 J iş yapar ve iç enerjisi 2090.83 J artar.

TERİMLER:

İzobarik Süreç: Sabit basınç altında yürütülen işlem.

Basınç(P): Bir birim alana etki eden kuvvet.

Hacim(V): Fiziksel bir büyüklük, bir maddenin veya bir alanın ne kadar yer kapladığını gösterir.

Buharlaştırma Entalpisi (∆H): Bir maddenin sıvı halinden buhar haline geçerken alması veya vermesi gereken ısı enerjisi.

İç Enerji (∆E): Bir sistemin mikroskobik formdaki bütün enerjilerinin toplamıdır. Bunlar; moleküler translasyon, rotasyon ve titreşim, bağ enerjisi, kimyasal enerji, nükleer enerji ve elektron enerjileri vb. olabilir.

4

Çözümü farklı kaynaklardan onaylamanızı öneririm. Bu tarz karmaşık konularda küçükte olsa kompiter’in (yapay zeka) hata yapması muhtemeldir.