BUTUNSiNAVLAR.COM
        Giriş     Üye OL
ısı sıcaklık ölçülmesi, ısı nedir, sıcaklık nasıl ölçülür, ısı formülleri, genleşme ve büzülme, hal değiştirme, ısı transferi, gazların genleşmesi, sıkışması, ısı verimi, gazozun öz ısısı, ısının özellikleri, ısı ve sıcaklık, termodinamik ısı ve sıcaklık, ısı ve sıcaklıkla ilgili resim, ısı enerjisi, ısının ölçülmesi, ısı aktarımı nasıl olduğunu model, ısı sıcaklık öz ısı aktarımı, basınç altındaki ısı nasıl ölçülebilir, ısı enerji örnekleri, ısı ve sıcaklık arasındaki farklar tablosu, suyun öz ısı grafiği, kütle sıcaklık, ısı aktarımı, ısı miktarının ölçüsü, ısı transferi ile ilgili görseller, öz ısı ölçümü, ısı ve sıcaklıkla ilgili deney, termodinamik 1. kanunu, ısı ve sıcaklık ölçüm araçları, ısı ve sıcaklık uygulamaları örnekler, termometre nasıl olculur havayi, ısıl enerji depoları, ısımı sıcaklık mı, öz ısı nasıl bulunur

Isı sıcaklık ölçülmesi

1.6. Isı

1.6.1. Isının Özelliği

Bir cismin uzamasına, genleşmesine, buharlaşmasına, erimesine, sıcaklığının artmasına vb. bir iş yapmasına neden olan fiziksel enerjiye ısı denir. Isı ile sıcaklık birbirinden farklı ifadelerdir. Eğer ortada termometre ile ölçülebilen bir değer varsa, bu sıcaklıktır. Isı ise, belirli sıcaklıktaki bir cisimden, daha düşük sıcaklıktaki bir cisme sıcaklık farkından dolayı geçen enerjidir.

1.6.2. Sıcaklık ve Ölçülmesi

Bir araçla veya cihazla ölçülebilen ısı derecesine sıcaklık denir ve termometre ile ölçülür (Sıcaklığın ölçülmesiyle ayrıntılı bilgi için “1.1.3. Sıcaklık Ölçümü ve Kontrolü” başlığına bakınız.).

1.6.3. Isı Miktarının Ölçülmesi

Isı miktarı kalorimetre adı verilen ölçme aygıtları ile ölçülür. Isı miktarı ölçümünde herhangi bir cismin sıcaklığını belli bir değerden başka bir değere değiştirmek için harcanan enerji bulunur. Resim 1.47’de diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) görülmektedir. DSC, örnek ısıtılırken, soğutulurken ya da sabit bir sıcaklıkta tutulurken soğurulan ya da salıverilen enerji miktarını ölçer. Bu teknikte, referans ile örnekten gelen ya da uzaklaşan ısı farkı sıcaklığa veya zamana bağlı olarak gösterilir. DSC’de, örnek sıcaklığı ile referans örnek sıcaklığı aynı tutulur. Eğer örnek ile referans arasında bir sıcaklık farkı saptanırsa, sıcaklığı aynı tutmak için örneğe verilen enerji (güç) miktarı değiştirilir. Bu yolla örnekteki faz değişimi sırasındaki ısı transferi miktarı saptanabilir.

DSC’nin uygulama alanları:

  • Cam geçiş sıcaklığı
  • Erime, süblimleşme
  • Faz değişimi
  • Isı kapasitesi
  • Termal genleşme
  • Korozyon
  • Oksitlenme / indirgenme
  • Termal kararlılık

robotlar otomasyon

Isı enerjisindeki değişmeyi bulmak için, maddenin kütlesi ile sıcaklığı ölçülür. Ardından madde ısıtılır veya soğutulur. Daha sonra son sıcaklık ölçümü yapılır. Maddenin özgül ısısını kullanarak madde tarafından alınan veya verilen ısıenerjisi bulunabilir. Isıdaki bu değişme, sıcaklıkfarkının, kütle ve özgül ısı ile çarpımına eşit olur:

Alınan veya verilen ısı = Sıcaklık değişimi x Kütle x Özgül ısı

?H= ?t . m . cp

Örnek: 10 gramlık su, 5°C’den 20°C’ye kadar ısıtılmıştır. Su tarafından alınan ısıyı hesaplayalım: ?H= ?t . m . cp

?H = (t2 – t1)x mx cp

?H = (20°C-5°C) x 10 g x 4,18 J/g°C

?H = 15 °C x 10 g x 4,18J/g°C

?H = 627 Joule

1.6.4. Genleşme ve Büzülme

Bir madde ısıtıldığında, maddenin parçacıklarının kinetik enerjisi artar. Enerjileri arttıkça parçacıklar daha hızlı hareket eder. Parçacıklar hızlı hareket ederlerken birbirleriyle çok şiddetli şekilde çarpışır. Bu sık ve şiddetli çarpışmalar parçacıkları birbirlerinden uzağa itebilir. Madde içinde itilen parçacıklar sebebiyle, maddenin hacmi artar. Madde genleşmeye uğrar. Buna örnek olarak; köprülerin çoğunda köprü ile yol yatağı arasında açıklık bırakılır. Yazın sıcaklık artışında asfalt genleşir ve bu açıklık sebebiyle köprüde sıkışma olmaz. Soğukta bu aralık geniştir. Sıcaklık arttıkça aralık da küçülür. Sıvılarda da, katılara benzer tarzda genleşme ve büzülme söz konusudur. Örneğin; benzin deposu tıka basa doldurulmuş olsun. Gece sıcaklık düşer ve sabahleyin benzin seviyesi depo kapağının altına iner.

1.6.5. Hâl Değişimi

Termodinamik bir sistemin, bir dizi özellikle tanımlı bir denge hâlinden (durumundan), başka bir denge haline geçişi hâl değişimi diye adlandırılır.

İçinde buz bulunan bir kabın sıcaklığı ölçüldüğünde -20°C olsun. Buzu hafif ateşte ısıtalım ve her 30 saniyede sıcaklığını ölçelim. Aldığımız sıcaklık derecelerini zamana karşı bir grafikle gösterelim (Şekil 1.45). Birkaç dakika sonra, sıcaklık artışı durur. Sadece buzun eridiğini fark edebiliriz. Buzun erimesi sona erdikten sonra sıcaklık yeniden artmaya başlar. Buz erirken verilen ısının hepsi, suyu buz (katı) hâlde tutan kuvvetleri yenmek ve parçalamak için harcanmıştır. Buzun erime noktası sıfır derece celcius’tur.

Bu derecede, bir gramlık su (buz) 334 Joule’lük enerji olarak katı hâlden sıvı hâle geçer. Katı hâlden sıvı hâle geçiş için gerekli olan enerjiye suyun gizil ergime ısısı denir.

Suyu ısıtmaya devam edelim ve grafiği çizelim. Sıcaklık 100 dereceye ulaşınca, artış yeniden durur. Şimdi, su kabını bir kapakla kapatalım. Bu durumda sıcaklığın tekrar artışı için uzunca bir zaman beklemek gerekir. Bu zaman sırasında su buhara dönüşmüştür. Suyu katı hâlden sıvı hâle dönüştürmek için gerekli olan enerjiden daha fazla bir enerjiye sıvı-gaz dönüşümü için ihtiyaç duyulacaktır. Bir gramlık suyu sıvı hâlden gaz haline dönüştürmek için 2260 Joule’lük enerjiye ihtiyaç vardır. Bu enerjiye buharlaşma ısısı adı verilir.

robotlar otomasyon

Bir sıvı gaza dönüşürken ısı enerjisi alır. Aynışekilde, bir katı sıvıya dönüşürse, yine ısı enerjisi alacaktır. Hâl değişikliği sırasında sıcaklık sabit kalır. Bir gaz bir sıvıya yoğuşurken ısı kaybeder veya ısı verir. Aynışekilde, katılaşanbir sıvı sahip olduğu enerjiyi kaybeder. Her iki durumda da sıcaklık değişmesi olamaz.

1.6.6. Isı Transferi

Isı transferini basit bir örnekle açıklayalım: Bir odada masaya bırakılan sıcak bir fincan kahveyi inceleyelim (Şekil 1.46). Sıcak kahveden çevre havaya ısı geçişi olacak, kahve bir süre sonra soğuyacaktır; fakat hiçbir zaman kendiliğinden ısınmayacaktır.

Aynışekilde buzdolabından çıkarılıp masaya bırakılan soğuk bir kutu gazozu inceleyelim (Şekil 1.47). Çevrenin ılık havasından soğuk gazoza ısı geçişi olacak, gazoz bir süre sonra ısınacaktır; fakat hiçbir zaman kendiliğinden başlangıç sıcaklığına dönemeyecektir.

Bahsettiğimiz bu iki örnek açıklamalardan da anlaşılacağı gibi ısı transferinin belirli bir yönde gerçekleşebileceğini, tersi yönde olamayacağını ifade eder.

robotlar otomasyon

1.6.7. Isı ve İş İlişkisi

Isı Transferi Kanunu’na göre; ısı, ancak sıcak bir kaynaktan daha soğuk bir kaynağa doğru kendiliğinden akar ve akan ısı miktarının bir kısmını işe çevirmek mümkün olur. Bu konuda yaygın iki görüş vardır:

  • Kelvin-Planck’ın görüşü: Hiçbir ısı makinesi sadece bir ısıl enerji deposuyla ısı alış verişinde bulunup net iş üretemez.
  • Clausius’un görüşü: Soğuk bir cisimden daha sıcak bir cisme çevreden iş almadan ısıl enerji aktaran bir makine yapılamaz.

1.6.8. Gazların Basıncı, Hacmi, Sıcaklığı, Ağırlığı ve Gaz Sabitleri Arasındaki İlişki

Otomobil lastiğinin havası kontrol edildiğinde basıncı ölçülmüş olur. Basınç ölçeri 200 kilopaskal’ı gösterir. Lastikteki bu basınca ne yol açmaktadır? Hava lastiğe pompalandığında, hava sıkıştırılmıştır ve hava daha küçük bir hacme zorlanmıştır. Lastik içerisindeki gaz parçacıkları kinetik enerjiye sahiptir. Bunlar sürekli hareket hâlindedir. Bunlar hareket ederken hem birbirleriyle hem de lastik çeperiyle çarpışır. Lastik çeperlerine çarpan bu parçacıkların kuvveti, lastikteki basıncı ortaya çıkarmaktadır. Basınç, birim alana isabet eden kuvvettir. Eğer gazın sıcaklığı artırılırsa, gaz parçacıklarının kinetik enerjisi artar ve bu parçacıklar daha hızlı hareket eder. Böylelikle, lastik duvarlarına parçacıklar daha sık ve daha büyük bir kuvvetle çarpar. Toplam kuvvet artınca, basınç da artmış olur. Bir lastikteki basıncı artırmanın diğer bir yolu da içine daha çok hava pompalamaktır. Daha fazla sayıda parçacığın lastik duvarlarına çarpması basıncın artması demektir. Lastik içindeki havanın basıncı, dış hava basıncından daha fazladır. Sıcak bir günde çok uzak mesafe giden bir otomobilin lastiğini ele alalım. Lastiğe ne olabilir? Lastik büyük bir olasılıkla patlayabilir. Hava basıncı, barometre adı verilen bir gereçle ölçülür. Basınç birimi Paskal (Pa) dır. Deniz seviyesinde hava basıncı 101 kilopaskal’dır. 1000 Paskal 1kPa’dır. Cıvalı bir barometrede, 75 cm yüksekliğindeki cıva sütunu 100 kilopaskal’lık bir ölçümü gösterir. Bir gazın sıcaklığı, basıncı ve hacmi arasında bir bağıntı vardır.

Bu bağıntılardan bir tanesi Boyle Kanunu olarak bilinir. Boyle Kanunu şöyle ifade edilebilir: Sıcaklık değişmediği takdirde, basınç artınca bir gazın hacmi azalır. Bir gazın parçacıklarının birbirine yakın olması artan basınç sebebiyle ortaya çıkar. Böylece, hacim azalmış olur.

Herhangi bir gazın 0ºC de 1 atmosfer basıncı altında 1 m³ ağırlığına gaz sabiti denir. Gaz sabiti R sembolü ile gösterilir ve şu bağıntıdan bulunabilir:

robotlar otomasyon

P = Atmosfer basıncı (N/m² = Pa) v = Özgül hacim (m³/kg) T = Mutlak sıcaklık (K) Gaz sabiti her gazın cinsine göre ayrı bir değer alır. Verilen bu formülle normal şartlar

altında (0ºC ve 1 atm basınç altında) özgül hacmi (v) bilinen bütün gazların gaz sabiteleri hesaplanabilir. Tablo 1.15’te bazı bilinen gazların özgül hacim (v) değerleri verilmiştir.

Tablo 1.15: Bazı gazların özgül hacim değerleri

robotlar otomasyon

Normal şartlar altında havanın gaz sabitini hesaplayalım: Normal şartlar altında 1atm = 101325 N/m2 dir. Yani P = 101325 N/m2 t = 0ºC iseT =t + 273 = 0 + 273= 273K v = 1 / 1,293 = 0,773395205 m3/kg değerlerini formülde yerlerine koyalım;

robotlar otomasyon

1.6.9. Gazların Genleşmesi

Şayet bir gaz üzerindeki basınç azalırsa, gaz genleşecektir. Bir soda şişesinin kapağını aniden açalım; karbondioksit gazı hemen dışarı çıkar. Şişenin kapağı açılır açılmaz gaz basıncı azalır. Bir gaz daha küçük bir hacme sıkıştırılabilir. Aynı gaz daha büyük bir hacmi doldurmak üzere genleşebilir.

Gazlarla ilgili diğer bir bağıntı Charles Kanunu ile ifade edilir: Basınç değişmediği takdirde, sıcaklık artınca bir gazın hacmi artar. Gazın ısıtılması onun genleşmesine yol açar. Isıtıldıklarında gaz parçacıklarının kinetik enerjileri artar. İçinde bulundukları kap içinde daha hızlı hareket edip kabın çeperlerine hızla çarpar. Kabın duvarları esnek ise, gaz bunları yıkabilir. Hacimde bir artış söz konusudur. Örneğin; balondaki hava ısıtılınca, balon genleşir.

1.6.10. Gazların Sıkıştırılması

Gazlar yüksek basınçtan düşük basınca doğru hareket eder. Sıkıştırılan gazın basıncı artar ve istenilen yere sıkıştırılarak depolanabilir. Örneğin; bir pompa ile lastik tekerlek şişirilirken, pompayla sıkıştırılan gazın basıncı tekerliğin basıncından daha büyük olduğunda gaz tekerlek içerine dolar.

1.6.11. Kapalı Çevrim

robotlar endüstriyel

Sistemi, çevresinden ayıran gerçek veya hayali yüzeye sistem sınırı denir. Sistemin sınırları sabit veya hareketli olabilir. Matematiksel açıdan sınırın kalınlığı sıfırdır; yani kütlesi ve hacmi yoktur.

Kapalı çevrimde, sistem sınırından kütle giriş ve çıkışı olmaz; ancak iş ve ısı biçiminde enerjisi kapalı sistemin sınırlarından geçebilir. Ayrıca kapalı bir sistemin hacmi sabit veya hareketli olabilir.

1.6.12. Carnotun Isı Motoru (Nicolas Leonard Sadi Carnot)

Isı motorları; ısı enerjisini kullanıp bu enerjinin bir miktarını mekanik enerjiye dönüştüren makinelerdir (Şekil 1.49). Sıcak ısı kaynağı (TH); yanma odası, kazan, güneş enerjisi, nükleer reaktör vb. ısıl enerji depolarıdır. Soğuk ısı kaynağı (TL); atmosfer, çevre hava, akarsu, deniz, göl vb. düşük sıcaklıktaki ısıl enerji depolarıdır.

Sisteme verilen ısı enerjisinin tamamı mekanik enerjiye dönüştürülemez, sadece belirli bir yüzdesi dönüştürülebilir. Geri kalan kısmı ise ısı enerjisi şeklinde çevre havaya atılmak mecburiyetindedir. İşe dönüştürme yüzdesine ısıl (termik) verim denir. Günümüzde iş yapan makinelerin ısıl verimleri çok düşüktür. Örneğin; benzinli motorların ısıl verimi %20’dir. Yani bir otomobil motoru benzinin kimyasal enerjisinin yaklaşık %20’sini mekanik işe dönüştürür. Dizel motorları ve büyük gaz türbinlerinde ısıl verim yaklaşık %30, buharlı güç santrallerinde ise %40 civarındadır. Açıklamalardan da görüldüğü gibi bu gün kullanılan en verimli ısı makineleri bile aldıkları enerjinin yarıdan çoğunu çevre havaya, akarsulara, denizlere ve göllere atık kullanılmaz ısı olarak vermektedir.

robotlar endüstriyel

Isıl verim, çevrimin mükemmelliğinin bir derecesidir. Yüksek ısıl verim daha iyi makineyi ifade eder. Isı makinelerinde en yüksek verime Carnot’un ısı motoru ile ulaşılır. Carnot çevrimi sıcak ısı kaynağı TH vesoğuk ısı kaynağı TL sıcaklıklarında bulunan iki ısıl enerji deposu arasında gerçekleşen en yüksek verimli çevrimdir. Bu çevrim Fransız mühendis ve bilim adamı Nicolas Leonard Sadi Carnot tarafından ifade edilmiştir. Carnot çevrimine göre çalışan ısı motoruna da Carnot ısı motoru denir. Carnot ısı motoru, buharlaşabilen bir akışkanla veya gaz ile çalışabilir.

robotlar endüstriyel

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.

TÜM DERS NOTLARI İÇİN TIKLAYIN
YORUMLAR

YORUM YAZ
Yorum yazabilmek için sağ üstten giriş yapmanız gerekir.
  Üye değilseniz,üye olmak için
 TIKLAYIN.
Lütfen sorularınızı yukarıdaki SORUSOR sekmesinden sorunuz
Buradan sorularınıza admin tarafından CEVAP VERİLMEYECEKTİR.
Max. 1000 karakter.
Sinavlara hazirlik