TERMODİNAMİĞİN BİRİNCİ YASASI

12. sınıflar ve yks kimya dersi, sıcaklık ve ısı enerjisi konusu. Termodinamiğin sıfırıncı yasası ve termodinamiğin 1. Yasası. Tanım ve çözümlü örnekler.



Termodinamiğin Sıfırıncı Yasası

Termodinamiğin 0. Yasası, aralarında ısıca yalıtılmış bir ortam bulunmayan maddelerin sıcaklıklarının eşit olduğunu açıklar.

Birbiri ile etkileşim halinde olan iki cismin sıcaklıkları farklı ise sıcak cisimden soğuk cisme ısı akışı olur ve iki cismin son sıcaklığı eşit oluncaya kadar bu ısı akışı devam eder. Cisimlerin son sıcaklıkları eşit olunca ısı akışı durur.

Temel olarak termodinamiğin 0. Yasasının tanımını aşağıdaki gibi yapabiliriz. "Eğer iki termodinamik sistem birbiri ile termal dengede ise bu ortamda yer alan üçüncü sistem ile de termal dengededirler".


Örnek – 1 

Kapalı bir kapta 3 adet cisim varsa ve bunlardan ikisinin sıcaklığı birbirine eşit ise üçüncünün sıcaklığı da bu iki cismin sıcaklıklarına eşittir.


Örnek – 2 

Bir odada bulunan her cismin sıcaklığı, odanın sıcaklığına eşittir.


Örnek – 3 

Çevresinden izole edilmiş bir kapta bulunan 2 adet cismin sıcaklıkları 40 °C olsun. Bu kaba sıcaklığı 10 °C olan 3. Bir cisim konulursa, sıcaklığı 40 °C olan cisimlerden sıcaklığı 10 °C olan cisme ısı enerjisi akmaya başlar. Bu ısı akışı üç cismin sıcaklığı eşitleninceye kadar devam eder. Sonuçta kabın sıcaklığında düşme olur. Ancak toplam ısı miktarında değişme olmaz. Çünkü ısı kaybolmamış sadece daha sıcak cisimlerden soğuk cisme geçmiştir. Isı enerjisi soğuk cismin taneciklerinin hareketlerini hızlandırmıştır. Ancak kabın sıcaklığı düşmüştür. Fakat ısı enerjisi kaybolmamıştır. Eğer ısı akışı olan cisim tekrar 10 °C ye kadar soğutulursa aldığı bu ısı enerjisini tekrar verir.



Termodinamiğin 1. Yasası

Enerji asla yoktan var edilemez ve varken yok edilemez. Sadece bir türden diğerine geçebilir. Evrenin toplam enerjisi asla değişmez.

Termodinamiğin 1. Yasası aşağıdaki denklemle gösterilir.

ΔU = Q – W 

ΔU : Sistemin iç enerji değişimi

Q : Sisteme verilen ısı

W : Sistem tarafından yapılan iş

Bu denkleme göre bir sistemin enerjisindeki değişim, sisteme verilen ısı ile sistem tarafından yapılan iş arasındaki farka eşittir.

Sistem tarafından bir iş yapılmaz ise bu enerji, ısı enerjisi olarak sistemde kalır.


Yukarıdaki eşitlik daha kullanılabilir olması açısından aşağıdaki gibi düzenlenir.

ΔU = Q + W

Bu denklemde sağ taraftaki parametrelerin işareti, ortamdan sisteme verilen ısı ve ortamdan sisteme yapılan iş durumlarında pozitif, sistemden ortama ısı verilmesi veya sistemden ortama iş yapılması durumlarında negatif olur.


Örnek:

Bir sisteme 675 kJ iş yapılıyor, sistem dışarıya 150 kJ ısı veriyor.

Sistemin iç enerji değişimi kaç kJ dür?


Çözüm:

Sistemin enerjisindeki değişim aşağıdaki formülle verilir.

ΔU = Q + V

Dışarıdan sisteme verilen enerjinin ve işin işareti pozitif olur, sistemden dışarıya verilen enerji ve işin işareti negatif olur.

ΔU = - 150 + 675 

ΔU = 525 kJ

Sistemin enerjisinde 575 kJ artış olmuştur.


Örnek:

Bir sisteme 820 kJ ısı verilince enerji değişimi 360 kJ oluyor.

Buna göre, bu sistemin yaptığı iş kaç kJ dür?


Çözüm:

ΔH = Q + W

360 = 820 + W

W = -460 kJ


Sistemin yaptığı iş 460 kJ dür.


Örnek:

Isı sığası 60 kJ/°C olan bir kalorimetre kabında molar yanma ısısı -900 kj/mol olan 0,5 mol bir yakıt yakılıyor.

Buna göre, kalorimetredeki sıcaklık değişimi kaç kJ’dür?


Çözüm:

Bu soru da termodinamiğin 1. Yasasını ilgilendirir. Çünkü kalorimetrede yanan yakıtın verdiği ısı enerjisi yok olmaz, kalorimetre kabının sıcaklığını yükseltir. 

1 molünden 900 kJ enerji elde edilen yakıtın 0,5 molünden,

900 . 0,5 = 450 kJ enerji elde edilir.


Kalorimetrenin ısı sığası 60 kJ ise bu kalorimetrenin sıcaklığını 1 °C artırmak için 60 kJ enerji vermek gerekir.

60 kJ enerji           1 °C

450 kJ                 t


t = 450/60

t = 7,5 °C


Örnek:

Metan gazı (CH4) nın yanma ısısı – 890 kJ/mol dür. 1,5 mol CH4 yakılırsa açığa çıkan ısı, erime sıcaklığındaki kaç gram buzu eritebilir?

(Isı alışverişi sadece buz ve metan gazı arasında olmaktadır)

(Buzun erime ısısı = 333 kJ/kg)



Çözüm:

Bu sorunun özünde enerjinin bir türden diğerine dönüşümü vardır. Yani enerji yoktan var olmaz, varken de yok olmaz. Sadece bir türden diğerine dönüşür. Bu kanuna göre metan gazının yanmasıyla ortaya çıkan enerji kaybolmaz ve tamamen buzun erimesi için harcanır. Eriyen buzun sahip olduğu enerji artar. Böylece gazdaki potansiyel enerji, suda ısı enerjisine dönüşmüştür.

1 mol metan gazından 890 kJ enerji açığa çıkmaktadır. 1,5 mol metan gazından,

1,5 . 890 = 1335 kJ ısı enerjisi açığa çıkar. Bu enerjinin kaç g buzu eritebileceğini bulalım.

Q = m.Le

1335 kJ= m. 333 kJ/kg

m = 4 kg

 

Termodinamiğin 2. Yasası

Entalpi Değişimi Çözümlü Sorular



SANATSAL BİLGİ

04/03/2018

  • YORUM YAZ
  • ADI SOYADI(veya nick)
  • YORUM

COPYRIGHT© HER HAKKI SAKLIDIR
Sitede Yer Alan Bilgi Belge Ve Materyallerin İzinsiz olarak Kopyalanması ve Alıntılanması Yasaktır

SANATSAL BILGI