U ∆ ile U

G.Ü.M.F. Kimya Mühendisliği Bölümü
2012-13 1. Dönem
KM 273 Mühendislik Termodinamiği
Prof. Dr. Ö. Murat DOĞAN
Araş. Gör. Dolunay KOYUNCU
PROBLEM SETİ-2
31.10.2012
Termodinamiğin 1. Yasası – Kapalı Sistemler
1. Şekilde görülen sisteme 200 J’lük ısı girişi olmakta bunun yanında sisteme 250 J’lük iş
yapılmaktadır. Sistemin iç enerjisinde meydana gelen değişimi belirleyiniz.
Q=200J
W=250J
Sistem
2. Kapalı bir sistemde 1 mol gaz dört adımlı bir termodinamik döngüden geçirilmektedir.
Aşağıdaki tablo verilerini kullanarak, soru işareti ile gösterilen yerlere gelmesi gereken sayısal
değerleri bulunuz.
Adım
12
23
34
41
12341
∆U/J
200
?
?
- 4700
?
Q/J
?
3800
800
?
?
W/J
6000
?
- 300
?
1400
3. Karıştırıcılı bir tankta 20oC’de 20 kg su bulunmakta ve karıştırıcı su üzerine 0.25 kW’lık iş
yapmaktadır. Sudan çevreye hiç ısı kaybı olmazsa, suyun sıcaklığının 30oC’ye yükselmesi için ne
kadar zaman geçmelidir? Su için Cp = 4.181 kJ/kg oC.
4. Kapalı bir sisteme 7.5 kJ ısı eklendiğinde sistemin iç enerjisi 12 kJ azalış göstermektedir. Bu
durumda ne kadarlık bir enerji işe dönüşmüş olur? Yapılan işin sıfır olması için aynı şartlarda
ne kadar ısı transfer edilmelidir?
5. 40 kg, 25oC’deki su ile dolu 5 kg kütleye sahip çok yalıtılmış çelik kap içine, ilk sıcaklığı 500oC
olan 2 kg’lık çelik bir kütük batırılmaktadır ve su içinde sistem dengeye gelinceye kadar
bekletilmektedir. Sistem dengeye ulaştığında çelik kütüğün son sıcaklığı ne olur? Oluşabilecek
herhangi bir genişleme veya daralma etkisini ihmal edip, suyun spesifik ısısı 4.181 kJ/kg K,
çeliğin spesifik ısısı 0.50 kJ/kg K alınız.
6. 25oC’deki 1 kg sıvı su için;
a.
( Cv = 4.18 kJ/kg.K ; g = 9.8 m /s2)
Sıcaklığın 1 K arttırılıyor ise;
∆U kJ olarak ne olur?
b. ∆z yüksekliği değiştiriliyor ise; Potansiyel enerjideki değişim ∆EP , a şıkkındaki
c.
∆U ile
aynı ise, ∆z yüksekliği kaç metredir?
Sabit halden v hızı ile hız kazandırılır ise; Kinetik enerjideki değişim ∆EK, a şıkkındaki
∆U ile aynı ise, v hızı kaç m/s’dir?
d. Yukarıda bulduğunuz 3 sonucu karşılaştırarak tartışınız.
7. 180oC sıcaklıktaki ve 10002.7 kPa basınçtaki sıvı su
spesifik hacme sahiptir.
762 kJ/kg iç enerjiye ve 1.13 cm3/g
a. Suyun entalpisi nedir?
b. Su 300oC ve 1500 kPa basınçta buhar faza getirildiğinde iç enerjisi 2784.4 kJ/kg ve
spesifik hacmi 169.7 cm3/g olmaktadır. Bu işlem için ∆U ve ∆ H değerlerini
hesaplayınız.
8. Hava 300 K’den 700 K ısıtılırsa entalpi değişimini aşağıdaki şartlar için hesaplayınız.
a. Cp = 1,006 kJ/kg oC,
b. Cp = 0.946 + 0.213x10-3T+ 0.031 x10-6T2 kJ/kg oC.
9. Aşağıda a’dan e’ye kadar verilen bütün basamaklar bir işlemin basamaklarını göstermektedir.
Basamaklarda boş bırakılan değerleri kJ olarak bulunuz.
a
b
c
d
e
Q
20
W
-5
+3
40
- 10
∆E
E2
6
20
-10
30
10
-8
E1
7
8
15
6
10. Aşağıdaki tabloda verilen işlem 4 basamaklı bir döngüden oluşmaktadır. Bazı enerji
transferleri ve değişimleri tabloda sayısal değer olarak verilmiştir. Eksik olan değerleri KJ
biriminde belirleyiniz.
İşlem
12
23
34
41
Q
-200
800
D
0
W
A
B
600
E
∆U
0
C
400
-1200
11. 2 m3 lük sabit bir kapta, 50°C sıcaklıkta ve 200 kPa basınçta helyum gazı bulunmaktadır. Bu
kaptaki basıncı, 800 kPa ‘ a çıkarmak için gerekli ısı enerjisini hesaplayınız. ( Cv =3.12 kJ/kg.K)