TERMİK MAKİNELERİN ÇEVRİMİ 1.Carnot çevrimi ne demektir? Carnot ısı makinesi nedir? Nasıl çalışır? Yazınız.
Carnot çevrimi sıcak ısı kaynağı TH ve soğuk ısı kaynağı TL sıcaklıklarında bulunan iki ısıl enerji deposu arasında gerçekleşen en yüksek verimli çevrimdir. Bu çevrim Fransız mühendis ve bilim adamı Sadi Carnot tarafından ifade edilmiştir. Carnot çevrimine göre çalışan ısı makinesine de carnot ısı makinesi denir. Carnot ısı makinesi, buharlaşabilen bir akışkanla veya gaz ile çalışabilir.
2.Carnot çevrimi P-v ve T-s diyagramlarını çiziniz.
P-v Diyagramı
T-s Diyagramı
3. Carnot çevrimi kaç hal değişiminden oluşur ? Yazınız. Carnot çevrimi ikisi sabit sıcaklıkta ikisi de adyabatik olmak üzere dört tersinir hâl değişiminden oluşur. Piston sürtünmesiz, hâl değişimleri de ilk hâllerine dönebildiği için dört hâl değişimi de adyabatiktir.
4.Aşağıda carnot çevriminin dört tersinir hal değişimi verilmiştir. Bu hal değişimleri nelerdir? Yazınız.
Tersinir sabit sıcaklıkta genişleme (TH:Sabit)
Tersinir adyabatik genişleme (Sıcaklık TH tan TL’ ye düşmektedir)
Tersinir sabit sıcaklıkta sıkıştırma (TL:Sabit)
Tersinir adyabatik sıkıştırma Sıcaklık TL tan TH ‘ye yükselmektedir.)
5.Carnot çevrimi tersinir sabit sıcaklıkta genişleme:1-2 hâl değişimi, TH =sabit şekillere göre açıklayınız.
İlk hâlde (1 hâli) gazın sıcaklığı THdir. Silindirin ön tarafı TH sıcaklığında bir ısıl enerji deposuyla etkileşim hâlindedir. Daha sonra gaz yavaşça genişlemekte ve çevreye karşı iş yapmaktadır. Genişleyen gazın basınç ve sıcaklığı azalacağından sıcaklığın sabit kalabilmesi için sisteme T H sıcak ısı kaynağından QH ısısı verilir. Gazın sıcaklığı genişleme esnasında sabit tutulduğu için 1-2 eğrisine izotermik genişleme de denir. 6.Carnot çevrimi tersinir adyabatik genişleme: 2-3 hâl değişimi, sıcaklık TH den TLye düşmektedir.Açıklayınız.
2 hâline gelindiğinde silindirin ön tarafı yalıtılmakta ve ısıl enerji deposuyla etkileşimi kesilmektedir. 2-3 hâl değişimi sırasında gaz, genişlemeyi sürdürmekte ve sıcaklığı THden TLye düşmektedir. Pistonun sürtünmesiz ve hâl değişiminin de içten tersinir olduğu kabul edilmektedir. Bu durumda sistem de hem tersinir hem de adyabatiktir. 2-3 eğrisine izantropik genişleme de denir. Carnot çevriminin pozitif işi 2-3 tersinir adyabatik genişleme esnasında yapılır. 7.Carnot çevrimi tersinir sabit sıcaklıkta sıkıştırma: 3-4 hâl değişimi, TL=sabit şekillere göre açıklayınız.
3 hâline gelindiğinde silindirin ön tarafındaki yalıtım kaldırılmakta ve silindir T L sıcaklığındaki ısıl enerji deposuyla etkileşimde bulunabilmektedir. Daha sonra piston yavaşça içeri doğru itilmekte ve gaz üzerinde iş yapılmaktadır. Gazın sıkışmasından dolayı artma eğiliminde olan sıcaklığın sabit kalabilmesi için sistemin soğutulması gerekir ve bunun için bu esnada TL soğuk ısı kaynağına QL ısısı atılır. Gazın sıkıştırılması 4 hâline kadar sürmektedir. Gazın sıcaklığı sıkıştırma esnasında sabit tutulduğu için 3-4 eğrisine izotermik sıkıştırma da denir. 8.Carnot çevrimi tersinir adyabatik sıkıştırma: 4-1 hâl değişimi, sıcaklık TLden TH ye yükselmektedir.Açıklayınız.
4 hâline gelindiğinde silindirin ön tarafı yalıtılmakta ve ısıl enerji deposuyla etkileşimi kesilmektedir. 4-1 hâl değişimi sırasında gaz tersinir bir biçimde sıkıştırılmakta ve ilk hâle (1 hâli) gelinmektedir. Tersinir adyabatik sıkıştırma sırasında gazın sıcaklığı TLden THye yükselmekte ve çevrim tamamlanmaktadır. 4-1 eğrisine izantropik sıkıştırma da denir.
9.Gerçek motorlardaki çevrimle Carnot çevrimlerini karşılaştırınız. Gerçek motorlarda çevrim çok kısa sürede gerçekleşir. Carnot çevrimlerinde büyük ısı değiştiricilerine ve uzun sürelere gerek vardır. Bunun için carnot çevrimi uygulamada gerçekleştirilemez fakat gerçek çevrimlerin verimlerini carnot çevriminin verimiyle karşılaştırmak ve gerçek çevrimlerde buna göre iyileştirmeler yapmak mümkündür.
10. Carnot çevriminde atılan ısı ve sisteme verilen ısı nasıl bulunur? Formülize ediniz.
Çevrimden atılan ısı miktarı formülü
Sisteme verilen ısı miktarı formülü
11.Carnot çevriminin ısıl verim formülü nasıl oluşmuştur? Formülize ediniz. QL ve QH yerine aşağıdaki formüller yazılır
Çevrimin izantropik 2-3 ve 4-1 işlemleri için aşağıdaki şu bağıntılar yazılabilir:
Buradan: yazılabilir. 12. Isı makinelerinin ideal çevrimi nedir? Yazınız. Carnot çevrimi, aynı ısıl enerji depoları arasında çalışan tüm ısı makinelerinin en yüksek verime sahip olanıdır. Bu yüzden, ısı makinelerinin ideal çevrimi olarak bilinir. 13.Bir carnot ısı makinesi 550 °C ile 45 °C sıcaklıklarındaki iki ısı kaynakları arasında çalışan bir ısı makinesinin ısıl verimini bulunuz. VERİLENLER:
14. Bir carnot ısı makinesi 580 °C sıcaklığındaki bir sıcak kaynaktan 460 kJ ısı almakta ve 30 °C sıcaklıktaki soğuk kaynağa ısı vermektedir. Bu makinenin; a. Isıl verimini, b. Soğuk kaynağa verilen ısı miktarını hesaplayınız. VERİLENLER:
15. Carnot çevrimine göre çalışan ısı makinesine ne ad verilir? A) Carnot soğutma çevrimi C) Carnot ısı makinesi
B) Carnot ısı pompası D) Carnot sıkıştırma makinesi
16. Carnot ısı çevriminde sıcak ısı kaynağı hangi sembolle gösterilir? A) TH C) TM
B) TC D) TL
17. Carnot ısı çevriminde soğuk ısı kaynağı hangi sembolle gösterilir? A) TM C) TH
B) TL D) TC
18. Carnot çevrimi kaç tersinir hâl değişiminden oluşur? A) 3 C) 4
B) 5 D) 2
19. Carnot çevriminin faydalı (pozitif) işi hangi hâl değişiminde meydana gelir? A) Tersinir sabit sıcaklıkta genişleme C) Tersinir sabit sıcaklıkta sıkıştırma
B) Tersinir adyabatik sıkıştırma D) Tersinir adyabatik genişleme
20. Bir carnot ısı makinesi 500 °C ile 40 °C sıcaklıklarındaki iki ısı kaynakları arasında çalışan bir ısı makinesinin ısıl verimi nedir? A) %59 C) %63
B) %60 D) %64
21. Bir carnot ısı makinesi 627 °C sıcaklığındaki bir sıcak kaynaktan 500 kJ ısı almakta ve 27 °C sıcaklıktaki soğuk kaynağa ısı vermektedir. Bu makinenin ısıl verimi nedir? A) %66 C) %63
B) %61 D) %68
22. Sekizinci sorudaki verilere göre soğuk kaynağa verilen ısı miktarı nedir? A) 186,88kJ C) 166,67kJ
B) 177,54kJ D) 155,83kJ
23. Bir carnot ısı makinesi 650 °C sıcaklığındaki bir sıcak kaynaktan 520 kJ ısı almakta ve 25 °C sıcaklıktaki soğuk kaynağa ısı vermektedir. Bu makinenin ısıl verimi nedir? A) %66 C) %63
B) %61 D) %67
24. Onuncu sorudaki verilere göre soğuk kaynağa verilen ısı miktarı nedir? A) 186,88 kJ C) 167,88 kJ
B) 177,54 kJ D) 155,83 kJ