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