Resimdeki sorunun metnini önce yazıya dökeyim, sonra çözeyim.
SORU METNİ (özet)
Yalıtılmış ortamda bulunan şekildeki sistemde (Şekil-1) piston itelerek T_1 sıcaklığındaki SO_2 gerçek gazının çok küçük bir delikten sızarak B kabında genleşmesi sağlanıyor (Şekil-2).
Buna göre,
I. $ T_1 > T_2 $’dir.
II. SO_2 gazı yerine CO_2 gazının genleşmesi sağlanırsa, T_1 ve T_2 sıcaklıkları arasındaki farkın artması beklenir.
III. SO_2 gazının B kabında genleşmesi sırasında moleküller arasındaki etkileşimlerin kırılması için çevreden enerji kendi iç enerjisinden sağlanır.
IV. B bölümüne genişlemiş SO_2 gazının ortalama kinetik enerjisi, genleşmeden önce A bölümündeki SO_2 gazının ortalama kinetik enerjisinden küçüktür.
Yargılarından hangileri doğrudur?
KISA TEORİ (Gerçek gaz – Joule-Thomson genleşmesi)
- Gaz, yalıtılmış bir ortamda küçük bir delikten boş kaba doğru genleşiyor → serbest genleşme / Joule-Thomson tipi genleşme.
- Gerçek gazlarda, moleküller arası çekim kuvvetleri önemliyse, gaz genleşirken bu çekimler kırılmak için enerji ister.
- Sistem çevreyle ısı alışverişi yapamadığı için gereken enerji gazın kendi iç enerjisinden alınır → iç enerji azalır → sıcaklık düşer.
- SO_2 ve CO_2 gibi polar / kuvvetli etkileşimli gazlarda bu soğuma etkisi daha belirgindir.
MADDE MADDE İNCELEME
I. $ T_1 > T_2 $’dir.
- Genleşme sonrası çekim kuvvetlerinin kırılması için iç enerjinin bir kısmı harcanır.
- İyi bir soğutma etkisi vardır → son sıcaklık düşer.
Bu ifade DOĞRU.
II. SO_2 yerine CO_2 kullanılırsa T_1 - T_2 farkı artar.
- SO_2 gazı, $ CO_2 $’ye göre daha polar ve moleküller arası çekim kuvvetleri daha kuvvetli bir gazdır.
- Çekimler ne kadar büyükse, genleşmede o kadar çok soğuma olur.
- Dolayısıyla SO_2 yerine CO_2 kullanmak soğutma etkisini azaltır, yani T_1 - T_2 farkı artar değil, azalır.
Bu ifade YANLIŞ.
III. Genleşme sırasında moleküller arası etkileşimlerin kırılması için gereken enerji, gazın kendi iç enerjisinden sağlanır.
- Sistem yalıtılmış → çevreyle ısı alışverişi yok ( q = 0 ).
- Gerekli enerji tek bir yerden gelebilir: gazın kendi iç enerjisinden.
- Bu yüzden iç enerji azalır, sıcaklık düşer.
Bu ifade DOĞRU.
IV. B bölümüne genişlemiş SO_2 gazının ortalama kinetik enerjisi, başlangıca göre daha küçüktür.
- Gazın ortalama kinetik enerjisi sadece sıcaklığa bağlıdır.
- I. maddeye göre T_2 < T_1 olduğundan,
ortalama kinetik enerji de azalmış olur.
Bu ifade DOĞRU.
SONUÇ
Doğru yargılar: I, III ve IV
Şıklar içinde bu:
C) III ve IV değil,
E) I, III ve IV olduğuna dikkat et (sorudaki şıkları tam göremiyorum ama mantıken doğru kombinasyon budur).
TERİMLER:
Gerçek gaz: Molekülleri arasında çekim-itme kuvvetleri olan, çok yüksek sıcaklık ve çok düşük basınç dışında ideal davranmayan gaz.
İç enerji: Bir sistemdeki tüm taneciklerin kinetik ve potansiyel enerjilerinin toplamı.
Ortalama kinetik enerji: Gaz taneciklerinin sıcaklığa bağlı ortalama hareket enerjisi; sıcaklık arttıkça artar, azaldıkça azalır.
Serbest genleşme / Joule-Thomson genleşmesi: Gazın izole bir ortamda, çok küçük bir delikten daha düşük basınçlı bir bölmeye akarak hacmini artırdığı ve çoğu gerçek gaz için soğumaya yol açan süreç.
