2009-2010 EĞİTİM ÖĞRETİM YILI MOTOR TERMODİNAMİĞİ DERSİ 1.DÖNEMİ 1.YAZILI SINAVI ÇALIŞMA SORU VE CEVAPLARI 1.Termodinamik ne demektir? Tanımlayarak 5 uygulama alanını yazınız. Termodinamik, enerji ve çeşitli enerji şekilleri arasındaki ilişkiyi inceleyen temel bir bilim dalıdır. Uygulama alanları: otomobil motorlar, uçaklar, roket ve jet motorları, uzay araçları, buhar türbinleri, gaz türbinleri, iklimlendirme sistemleri ve bilgisayarların tasarımları sayılabilir. Hatta insan vücudu da termodinamiğin önemli bir uygulama alanı olarak gösterilebilir. 2.Termodinamikte kullanılan boyutlar nelerdir? Sınıflandırınız. CEVAP:Termodinamikte boyutları, ana boyutlar ve türemiş boyutlar diye ikiye ayırıyoruz. Ana boyutlar: Kütle (m), uzunluk (L), zaman (t) ve sıcaklık (T) gibi boyutlar ana boyutlardır. Türemiş boyutlar: Hız (C), enerji (E), hacim (V) gibi boyutlar ise ana boyutlar kullanılarak ifade edilirler. 3.Sistem, Çevre ve Sistem sınırı terimlerini şekil çizerek açıklayınız. CEVAP: Sistem :Üzerinde enerji (iş ve ısı) ve kütle giriş ve çıkışı incelenmek üzere göz önüne alınan uzayın maddesel parçasına sistem denir. Çevre :Sistemin dışında kalan ve sistemin üzerinde etkisi olan her şeye çevre denir. Sistem sınırı : Sistemi çevresinden ayıran gerçek veya hayali yüzeye sistem sınırı denir. 4.Termodinamik çözümlemelerde kullanılan enerji biçimleri nelerdir? Yazınız. CEVAP:Termodinamik çözümlemelerde enerji biçimleri makroskopik ve mikroskopik diye iki grupta incelenir. Makroskopik enerji : Sistemin tümü dış referans noktasına (hareket ile yerçekimi) göre sahip olduğu enerjidir. Örneğin kinetik ve potansiyel enerji gibi. Mikroskopik enerji : Sistemin moleküler yapısı ve moleküler hareketliliği ile ilgilidir ve dış referans noktalarından bağımsızdır. Örneğin iç enerji gibi. 5.Adyabatik sistem ne demektir? Sistemin adyabatik olması için gerekli şartlar nelerdir? Şekil çizerek açıklayınız. CEVAP: Isı geçişinin olmadığı sisteme adyabatik sistem denir. Sistemin adyabatik olması için ya sistem çok iyi yalıtılmıştır, dolayısı ile sistem sınırlarından ancak ihmal edilebilir ölçüde ısı geçebilir ya da sistem ve çevresi aynı sıcaklıktadır. Bu nedenle ısı geçişine etken olacak sıcaklık farkı yoktur.
6. Hacmi sabit kalmayan kapalı bir sistem çizerek açıklayınız. CEVAP: Silindir içinde bulunan gaz kütlesi sistem, Piston ve silindirin iç yüzeyleri sistem sınırları, gaz kütlesi dışındaki piston ve üzerindeki ağırlık,atmosfer basıncı ve silindir dahil herşey çevreyi oluşturmaktadır. Sistem sınırından kütle geçişi olmadığı için kapalı bir sistemdir. Silindirin altına bir ısıtıcı yerleştirilirse gazın sıcaklık ve basıncı artacak ve pistonu şekilde görüldüğü gibi yukarıya doğru itecektir. Pistonun hareketi ile sistem sınırları değişir fakat sistemin kütlesi değişmez. Isıtma ile sisteme ısı verilmiş,pistonun ağırlığı kaldırması ile de iş yapılmış olur.
7. Kütlesi 10 kg olan havanın sıcaklığını 30 K’den 130 K dereceye yükseltebilmek için 716,5 kJ’lük ısı verildiğine göre havanın özgül ısısını (Cv hava) bulunuz? (Problem gaz bir madde içindir.)
8. 4cm kalınlığında demir levhanın iç yüzey sıcaklığı 45 ºC ve dış yüzey sıcaklığı 38 ºC’dir. Levhanın 50cm×50cm’lik parçasından birim zamanda geçen ısı enerjisi ne kadardır?
9.
40 OC
=
……….. F
380 K = …………
60 F
=
……….. OC
40 OC
40 OC
=
60 F
= 15.55 OC
104 F
O
C
60 F
=
……….. R
K
529 R
=
…………F
= …………
380 K = 107 OC
60 F
= 519 R
40 OC
529 R
= 70 F
= 313
K
10. Şekilde görülen 8 kg ağırlığındaki bakırdan yapılmış metal kabın içinde 25 kg ağırlığında ve 50 OC sıcaklığında su bulunmaktadır. Suyun içine 3 kg ağırlığında 70 OC sıcaklığında bir cisim atılmıştır. Sistem sıcaklığı 60 OC sıcaklıkta dengeye ulaşmıştır. M1 katı cisminin özgül ısısını bulunuz. (Olay sabit basınçta meydana geliyor) Bakır
Su
3.cp1.(343-333) = (8.0,42+25.4,20).(333-323) 3. cp1.10 =(3,36+105).10 cp1.30 =108,36.10 cp1.30 =1083,6 cp1 = 1083,6/30 cp1 =
11.Isı ve sıcaklık ne demektir? Yazınız. CEVAP: Isı : Sistemle çevresi arasında sıcaklık farkından dolayı gerçeklen en bir enerji türüdür. Sıcaklık: Isının geçişine sebep olan bir etkendir. 12.Termometre çeşitleri nelerdir? Yazınız. CEVAP:Bi-metalik termometreler,Akışkan genleşmeli termometreler,Elektriksel direnç termometresi,Termo elektrik etkili termometre (termokupl),Quartz–kristal termometreler,Termistör termometreler ,Sıvı kristal termografisi, Işınımla sıcaklık ölçmek 13.Temel ısı ölçüm yöntemleri nelerdir? Yazınız. CEVAP:Sıcaklık değişimleri yöntemi, Faz değişimleri yöntemi, Elektriksel ısı ölçüm yöntemi 14.Isı geçişi biçimlerini yazarak taşınım ne demektir? Açıklayınız. CEVAP:İletim (kondüksiyon),Taşınım (konveksiyon),Işınım (radyasyon) Taşınım (konveksiyon): Taşınım, katı bir yüzeyle onunla temas eden hareketli sıvı veya gaz kütlesi arasında gerçekleşir. 15.Hal,Denge,Hal değişimi ve çevrim terimlerini tanımlayınız. CEVAP: Hal : Termodinamik sistemin bir dizi özelliği (basınç, sıcaklık, hacim, gibi) sistemin durumunu (katı, sıvı yada gaz hali) o an içinde bulunduğu şartları tanımlar özelliklerle belirtmesine sistemin hali denir. Denge : Termodinamik bir sistemin her noktasındaki özellikleri aynıysa ve durumu çevreden bir etki olmaksızın kendiliğinden değişmiyorsa bu sistem dengededir, denir. Hal değişimi : Termodinamik bir sistem bir dizi özellikle tanımlı bir denge halinden (durumundan), başka bir denge haline geçine i hal değişimi denir. Çevrim : Termodinamik bir sistem, birçok hal (durum) değişimine uğradıktan sonra yine başlangıç haline (durumuna) geliyorsa bu hal değiştirme zincirine çevrim denir.
16. Kütlesi 6 kg olan bir çeliğin sıcaklığını 15 K’den 135 K dereceye yükseltebilmek 331,2 kJ’lük ısı verildiğine göre çeliğin özgül ısısını ( Cp çelik ) bulunuz? (Problem katı bir madde içindir.)
17. 3cm kalınlığındaki kazan sacının iç yüzey sıcaklığı 54 ºC ve dış yüzey sıcaklığı 47 ºC’dir. Bu kazan sacının 60cm×60cm’lik parçasından birim zamanda geçen ısı enerjisi ne kadardır? CEVAP:
18.
30 OC
=
……….. F
320 K = …………
50 F
=
……….. OC
30 OC
30 OC
=
50 F
= 10 OC
86 F
O
C
50 F
=
……….. R
K
439 R
=
…………F
= …………
320 K = 47 OC
30 OC
= 303
K
50 F
= 509 R
439 R
= -20 F
19. Şekilde görülen 6 kg ağırlığındaki bakırdan yapılmış metal kabın içinde 20 kg ağırlığında ve 40 OC sıcaklığında su bulunmaktadır. Suyun içine 2 kg ağırlığında bir cisim atılmıştır. Sistem sıcaklığı 50 OC sıcaklıkta dengeye ulaşmıştır. M1 katı cisminin özgül ısısını bulunuz. (Olay sabit basınçta meydana geliyor)
CEVAP:
3.cp1.(343-333) = (8.0,42+25.4,20).(333-323) 3. cp1.10 =(3,36+105).10 cp1.30 =108,36.10 cp1.30 =1083,6 cp1 = 1083,6/30 cp1 =
SORULARDA KULLANILACAK FORMÜLLER: Birim zamanda geçen ısı geçişi iletim formülü
Özgül ısı formülü
Fahrenaytı Celcius (ºC) çevirme
Celcius (ºC) Fahrenayt’a çevirme
Kelvin – Celcius (ºC) çevirmeleri
Rankin Fahrenayt çevirmeleri