wtermoyaz

Termodinamik Yazıları (On Thermodynamics) Taner Derbentli

             Bu sayfada termodinamikle ilgili kısa yazılarımı bulacaksınız.
             (On this page you will find short articles that I will write on thermodynamics)

Mükemmel Gaz Ideal Gas

Termodinamiğin konusu olan süreçlerin çözümlemesinde, sistem, aracı akışkan, enerji-kütle değişim ve etkileşimleri önemli unsurlardır. Önceki yazılarımda bunlardan bir bölümüne değinmiştim. Bu yazıda, aracı akışkan kavramı ve özellikle mükemmel gaz (ideal gaz) biraz daha ayrıntılı ele alınacaktır. Termodinamik sistemlerdeki hal değişimleri ya da süreçler sırasında aracı akışkanın özelikleri değişir. Bu özeliklerin bilinmesi veya hesaplanması çözümleme için gereklidir. Aracı akışkan hal değişimi veya süreç sırasında faz değiştirebilir, başka bir deyişle sıvıdan buhara, veya buhardan sıvıya dönüşebilir. Örnek olarak Rankine çevriminde suyun ısıtılıp buhara dönüşmesi ve türbindeki genişlemeden sonra yoğuşturularak sıvıya dönüşmesi verilebilir. Bir başka örnek de soğutma çevriminde, soğutucu akışkanın (örneğin R134a) faz değiştirmesidir. Bazı hal değişimleri veya süreçlerde ise aracı akışkan mükemmel gazdır. Başka bir deyişle, aracı akışkan hal değişimi veya süreç sırasında hep mükemmel gaz olarak kalır. Bu tür aracı akışkanlara uygulanan süreçler ya da hal değişimlerinin çözümlemesinde mükemmel gaz modeli adı verilen bir yaklaşım kullanılır. Mükemmel gaz nedir sorusunun yanıtı, değişik biçimlerde verilebilir. En yaygın olarak verilen yanıtlardan biri düşük basınçlarda gazların mükemmel gaz gibi davranacağıdır. Ancak bu nicel bir değerlendirme değildir. Sıcak ve soğuk nitelemeleri nasıl nicel bir büyüklük ifade etmiyorsa, düşük basınç da nicel bir büyüklük ifade etmez. Kanımca en basit ve doğru olan açıklama, P v = R T bağıntısını sağlayan gazın mükemmel bir gaz olduğudur. Bu bağıntıda P, basıncı, T, sıcaklığı, v, özgül hacmi göstermektedir. R ise o gaza özel, gaz sabitidir. Hava, mükemmel gaz için verilebilecek en güzel örnektir. 2 MPa basınca kadar olan basınçlarda ve 300 K’ nin üzerindeki sıcaklıklarda hava mükemmel gaz kabul edilebilir. Bir gazın mükemmel gaz olup, olmadığı, deneysel ölçümlere dayanan, genelleştirilmiş sıkıştırılabilme diyagramını kullanarak büyük bir doğrulukla saptanabilir. Mükemmel gaz modelinin dayandığı iki temel olgu vardır. Bunlardan birincisi mükemmel gazın basıncı, sıcaklığı ve özgül hacmi arasındaki ilişkinin yukarıda değinilen mükemmel gaz hal denklemi ile verildiğidir. İkinci olgu mükemmel bir gazın iç enerji, entalpi ve özgül ısılarının sadece sıcaklığa bağlı olduğudur. Mükemmel gaz tanımına uyan tüm gazlar bu iki olguyu sağlar. Bu basit model termodinamik problemlerinin çözümünde büyük kolaylık sağlar. Bu modele dayanarak mükemmel gazların basınç, sıcaklık ve özgül hacimlerinin yanısıra, iç enerji, entalpi ve entropi değişimleri hesaplanabilir. Bu modelde mükemmel gazların özgül ısıları sabit alınabilir (genellikle 300 K sıcaklığında) ya da sıcaklıkla değiştiği kabul edilebilir. İkinci durumda sıcaklığın temel değişken olduğu çizelgelere başvurmak gerekir. Bu çizelgeler tüm temel termodinamik kitaplarında vardır. (12 Haziran 2019) In the analysis of thermodynamic processes, system, working fluid, energy–mass changes and interactions play an important role. I had touched some of these items in my previous articles. In this article, the working fluid and especially the ideal gas will be considered in some more detail. The properties of the working fluid changes during the thermodynamic changes of state or processes that the system undergoes. It is necessary to be able to determine or calculate these properties for the analysis. The working fluid may change phase during the change of state or process, it may in other words change from liquid to vapour (gas) or from vapour to liquid. As an example consider the change of phase of water from liquid to vapour during the heating process in the Rankine cycle and condensation back to liquid after expansion. Another example is the phase change of the refrigerant (e.g. R134a) in a refrigeration cycle. In some changes of state or processes, the working fluid is an ideal gas. In other words the working fluid remains as a gas during the entire change of state or process. For processes or changes of state that these working fluids undergo, an approach called the ideal gas model is used. The answer to what an ideal gas is, can be given in various ways. The most common answer is that gases behave as an ideal gas under very low pressures. However this is not a quantitative evaluation. Just as hot and cold are not quantitative expressions, the same is true for low pressure. In my opinion, the simplest and correct answer to this question is to say that any gas which satisfy P v = R T equation is an ideal gas. In this equation, P is the pressure, T is the temperature and v is the specific volume. R is a constant special to that gas. Air is one of the best examples of an ideal gas. As long as the pressure is under 2 MPa and temperatures are over 300 K, air may be accepted as an ideal gas. Whether or not a gas is an ideal gas may be determined from the generalized compressibility chart to a good accuracy. The ideal gas model rests on two foundations. The first is the state equation given above, which determines the relationship between pressure, temperature and specific volume of an ideal gas. The second is that the internal energy, enthalpy and specific heats of an ideal gas depend solely on temperature. All gases which fit the ideal gas definition, satisfy these two phenomena. This simple model is very useful in the analysis of thermodynamic problems. By using this model the internal energy, enthalpy and entropy changes of gases as well as their pressure, temperature and specific volumes can be calculated. In this model the specific heats of an ideal gas may be taken constant (generally at 300 K) or variable with temperature. For the second case tables where the primary variable is temperature are used. These tables are available in all fundamental thermodynamic textbooks. (June 12, 2019)