H=z+(P/ ρg)+(v2/g)

HİD 253 TERMODİNAMİK İLKELERİ
2013-2014 Akademik Yılı 2. ARA SINAV
18 Aralık 2013
Ad_Soyad:___CEVAP ANAHTARI ______No:___________________
Soru 8 ve 9, 15 puan // diğerleri 10 puan // Herkese +10 puan yılbaşı hediyesi ☺
1. Bernoulli eşitliğinin [H=z+(P/ rg)+(V2/g)] potansiyel ve kinetik enerji bileşenlerini aşağıda gösteriniz.
Enerjinin (H) korunması durumunda bu bileşenler nasıl değişir, açıklayınız.
Burada H, toplam yük; z, referans düzleminden yüksekliği; P, basıncı; v, hızı; g, yerçekimi ivmesini
ve ρ yoğunluğu göstermektedir.
H=z+(P/ ρg)+(v2/g)
Potansiyel enerji: z+(P/ ρg)
Kinetik enerji: (v2/g)
2. Kuvvet alanı nedir? Örnekler vererek aşağıda kısaca açıklayınız.
Kuvvet alanı (force field) içinde ilgilenilen kuvvetin bulunduğu uzaydır. Kuvvet alanı içinde kütle
çekim ya da elektro-manyetik kuvvetler bulunur. Bu kuvvetler etkiledikleri cismi kuvvet alanının/uzayının
merkezine çekmeye çalışırlar.
3. Şekilde H gravitasyonel, T ısısal, C kimyasal, E elektriksel potansiyel enerjileri göstermektedir.
Aşağıdaki doğru seçenekleri daire içine alınız.
A
B
H=10
H=2
T=200
T=100
E=15
E=10
C=30
C=3
Sistemin
A’dan B’ye doğrudur,
B’den A’ya doğrudur,
Hiçbiri
Kütle akısı
Isı akısı
A’dan B’ye doğrudur,
B’den A’ya doğrudur,
Hiçbiri
Kimyasal akısı
A’dan B’ye doğrudur,
B’den A’ya doğrudur,
Hiçbiri
Elektriksel akısı
A’dan B’ye doğrudur,
B’den A’ya doğrudur,
Hiçbiri
4. ∆Q = m * c * ∆T olduğuna göre, ilgili parametrelerin anlamlarını dikkate alarak aşağıda sıcaklık ile ısı
arasındaki ilişkiyi belirten bir sıcaklık tanımı yapınız (T=…. ).
Eşitlik ∆t = ∆Q/(m*c) şeklinde düzenlendiğinde sıcaklığın birim kütle başına cismin sahip olduğu ısı
enerjisi miktarının bir göstergesi olduğu anlaşılmaktadır. Bu durumda, sıcaklık için –bir anlamdacismin ısı enerjisi konsantrasyonu denilebilir.
5. Yıkanıp ipe asılan çamaşırlar sıcak ve nemli bir Ağustos ayı gününe oranla, soğuk ve kuru bir Ocak
ayı gününde daha çabuk kurumaktadırlar. Bu durumun nedenini Gradyan-Akı yasası (“F= K * g”;
F=kütle/enerji akısı, K= akı katsayısı, g= kütle/enerji gradyanı) temelinde aşağıda kısaca açıklayınız.
Çamaşırın kuruması için içinde bulunan sıvı fazdaki su moleküllerinin buhar faza geçip atmosfere
katılması gerekir. Gradyan-akı yasasına göre çamaşırdan atmofere geçen su molekülü akısı (F),
atmosferin buhar moleküllerini iletebilirliğine, buhar moleküllerinin ise iletilebilirliğine bağlıdır (K).
Dolayısıyla, sabit bir K için F büyüklüğünü belirleyen çamaşır yüzeyi ve atmosfer arasındaki
moleküler bolluk gradyanıdır (g). Rüzgar, çamaşırdan ayrılarak atmosfere geçen buhar moleküllerini
sürekli biçimde uzaklaştırarak, gradyanın büyük olmasını sağlar. Bu yüzden rüzgarlı günlerde
çamaşırlar daha çabuk kurur.
6. Maddenin üç özelliği nelerdir, termodinamik ile ne ilgileri vardır? Aşağıda kısaca açıklayınız.
a) Kütle, b) Hacim, c) Momentum (Eylemsizlik)
Aslında bu özelliklerin tümü maddenin sahip olduğu toplam kütle ve enerjinin göstergesidir
(E=mc2). Bu nedenle, evrendeki tüm maddeler termodinamiğin 1nci ve 2nci yasaları
kapsamındadır. Diğer bir deyişle termodinamik yasaları (ilkeleri) evrenin her yerinde geçerlidir.
Sayfa 1 / 3
7. Kondüktif: taşınım temas yoluyla meydana gelir (örğ. elektrik akımını sağlayan elektronun bir
atomdan diğerine iletilmesi)
Konvektif:taşınımda ise taşınan unsur (örğ. ısı) bir taşıyıcı tarafından iletilmektedir (örğ. asansörle
katların arasında seyahat).
Radyasyonla taşınım: elektromanyetik dalga formunda taşınımdır. (örğ. mikrodalga fırın ile suyun
ısıtılması, güneşin dünyayı ısıtması)
için örnekler veriniz.
8. Yandaki grafik canlıların kalp atım hızları
ile beklenen ömürleri arasındaki doğrusal
ilişkiyi göstermektedir. İnsan bir istisna
olarak bu doğrudan sapmaktadır. A) Söz
konusu doğrusal ilişkiyi termodinamik
ilkelerini kullanarak yorumlayınız. B)
İnsanın anılan doğrudan sapmasının
nedenini termodinamik ilkeleri ve “sistem”
kavramı çerçevesinde kısaca yorumlayınız.
a) Kalp atım hızı arttıkça canlıların beklenen ömürlerinde azalış olmaktadır. Bu durumun temel
nedeni canlıların ürettikleri bütün enerjiyi sadece yaşamsal faaliyetler için kullanmalarıdır. Bu
nedenle kalp hızı yüksek olan canlının bu enerjiyi karşılayabilmesi için ömrü daha kısa sürede son
bulmaktadır.
b) İnsanın daha uzun yaşaması uygar yaşam koşullarından kaynaklanmaktadır. Diğer canlılardan
farklı olarak, yaşamsal bazı aktiviteler için harcadığı enerji daha azdır. Örneğin, ısınmak için başka
enerji kaynaklarının enerjisini kullanmaktadır.
9. Aşağıdaki şekilde troposferdeki hava kütlelerinin hareketleri gösterilmiştir. Bu şekilleri kullanarak yer
küredeki iklim koşullarının nasıl belirlendiğini, iklimin yıl içinde neden ve nasıl değiştiğini bu ders
kapsamında edindiğiniz bilgileri ve “Termodinamik İlkeleri dilini” kullanarak aşağıda kısaca
açıklayınız.
(kaynak: http://cals.arizona.edu/watershedsteward)
Troposferdeki hava kütlesi hareketlerinin başlıca nedeni güneşten gelen enerji ve yer kürenin kendi
etrafındaki dönüşüdür. Yerküre yüzeyinin eğriliğinden ve dönüş ekseninin eğikliğinden dolayı birim alana
Sayfa 2 / 3
ulaşan güneş enerjisi ekvatordan kutuplara doğru azalır. Bu durum, hava ve su kütlelerinin en çok ekvator
dolayında, en az da kutuplar dolayında ısınmasına neden olur. Isınan havada moleküller arası uzaklık
artacağından birim hacimdeki molekül kütlesi daha az olacak, bu durum da hava yoğunluğunun azalmasına
neden olacaktır. Ekvator dolayında yoğunluğu azalan hava yükselir ve kutuplara doğru yönelir. Bu yönelim
sırasında üst katmanlarda tekrar soğuyan hava yoğunlaşarak yer yüzeyine doğru alçalır. Alçalmanın nedeni
yoğunluğu artan hava kütlesine yerküre tarafından daha fazla gravitasyonel çekim enerjisi uygulanmasıdır.
Kütlenin korunumu gereği bu hareket çevrimsel biçimde devam eder. Bu çevrimin gerçekleştiği sistem
Hadley hücresi olarak adlandırılır. Ayrıca, yerkürenin kendi etrafındaki dönüşünden dolayı Hadley hücresi
içindeki hava akımları doğudan batıya doğru da hareket ederler. Hadley hücrelerine benzer biçimde kabaca
30° ve 60° enlemleri atasında da Ferrel hücreleri oluşur. Kutuplar üzerinde ise Kutupsal hücreler bulunur.
Tüm bu hücreler içindeki hava akımları güneşten birim alana ulaşan enerjinin yer ve zaman içindeki
farklılığından kaynaklanır. Özetle hava akımları içerdikleri enerji (yoğunluk) gradyanından
kaynaklanmaktadırlar.
Başarılar dilerim.
Prof.Dr. C. Serdar BAYARI
Sayfa 3 / 3