Pure substance/tr
Saf madde homojen olan (yani, madde boyunca aynı kimyasal bileşime sahip olan) ve üç fazda (gaz, sıvı ve katı) bulunabilen maddedir. Saf maddelerin özellikleri termodinamik prensipleri anlamada yardımcı olabilir.
Saf maddelerin ortak özellikleri şunlardır: sıcaklık, basınç, hacim, kütle, yoğunluk, özgül hacim, enerji, entalpi ve entropi. Bu özellikler yaygın veya yoğun olarak kategorize edilebilir. Yoğun bir özellik, sistemin boyutuna bağlı olmayan bir özelliktir. Sıcaklık bir örnektir. Yaygın özellikler, sistemin boyutuna bağlı olan özelliklerdir. Örnekler arasında kütle ve hacim bulunur.
Saf maddelerle uğraşırken önemli terimler şunlardır:
- Bir sıvının buhar fazına dönüştüğü nokta olan buharlaşma
- Yoğunlaşma, buharın sıvı faza dönüştüğü noktadır (ve buharlaşma ile aynı noktadır)
- Erime, katı bir maddenin sıvı hale dönüştüğü noktadır
- Donma, bir sıvının katıya dönüştüğü noktadır
- Katı bir maddenin doğrudan buhara dönüşmesi olan süblimleşme
- Desüblimasyon, bir buharın doğrudan katıya dönüşmesidir (alışılmadık bir durum ama görünüşe göre oluyor)
- Kritik nokta, doymuş buhar ve doymuş sıvı eğrilerinin buluştuğu ve aynı hale geldiği noktadır.
- Üçlü nokta, katı, sıvı ve gaz fazlarının aynı anda dengede bulunduğu noktadır.
Pv diyagramı özellikleri
Basınç hacim diyagramı (veya PV diyagramı), belirli bir saf maddenin (homojen bir madde) basınç ve hacminin görsel bir temsilidir. Bir PV diyagramını anlamak, termodinamiğin önemli bir yönü olan saf maddelerin özelliklerini anlamakta yardımcı olur.
Grafiğin en üstünden başlayarak, kritik nokta bir maddenin gaz ve sıvı fazı arasında fark olmadığı konumdur. Bu noktada doymuş sıvı ve doymuş buhar aynı sıvı haline gelir ve doymuş sıvının ve doymuş buharın molar hacminin eşit olmasına yol açar.
Çan eğrisinin sol tarafı doymuş sıvı çizgisini, sağ tarafı ise doymuş buhar çizgisini temsil eder. Doymuş bir sıvı veya buhar, uygun çizgilerinin üzerinde yer alır ve tam olarak bir sıvının mevcut bir basınçta doygunlaşacağı veya buharlaşacağı yerdir. Çan eğrisinin içinde, maddenin sıvı ve gaz fazlarının aynı anda var olduğu sözde iki fazlı zarf bulunur. Bu durumda bir maddenin bir tür kaliteye (x) sahip olduğu söylenir, burada bir maddenin kalite yüzdesi, doymuş buhar miktarının maddenin toplam kütlesine oranıdır. Matematiksel olarak kalite şu şekilde tanımlanabilir:
Kalite asla %100'ü geçemez. İki fazlı zarfta sıcaklık ve basıncın birbirine bağlı olduğunu fark etmek önemlidir. Bir maddenin durumunu belirlerken basınç ve sıcaklık aynı anda belirtilemez.
Denklemler
Saf maddeler için Pv grafiğinden veya bunun Tv (sıcaklık-hacim), PT (basınç-sıcaklık) grafiğindeki değişiminden anlaşılabilen birkaç önemli denklem vardır.
Karışımın toplam hacmini belirlemek için, öncelikle bunun sıvının kapladığı hacim ile gazın kapladığı hacim toplamının toplamı olduğunu kabul edin. Bu şu şekilde tanımlanabilir:
mv = mf vf + mg vg
özgül hacim şu şekilde tanımlanabilir:
v = vf +x* (vg -vf )
Son olarak, kütlece sıvı yüzdesinin 100(1-x) olarak, buhar yüzdesinin ise 100x olarak anlaşılabileceğini unutmayın.
TV diyagramı
Bir Tv diyagramı, saf bir maddenin sıcaklık ve hacim arasındaki ilişkisini gösterir. Bu diyagramdaki eğriler izobarlar veya sabit basınç çizgileridir. İki faz zarfı altında, madde bir tür kaliteye sahip olsa da, belirli bir basınçtaki doymuş bir buharın veya sıvının molar hacmi doğrudan grafikten okunabilir. Yani, doymuş sıvıların ve doymuş buharların özellikleri kaliteye bağlı değildir.
Bu diyagramda, iki fazlı zarfın solunda madde aşırı soğutulmuş bir sıvı olurdu (çünkü sıcaklık doyma sıcaklığından düşük olurdu). İki fazlı zarfın sağında madde aşırı ısıtılmış bir buhar olurdu (çünkü sıcaklık doyma sıcaklığından yüksek olurdu).
PT diyagramı
Bir PT diyagramı, saf bir maddenin basınç ve sıcaklık arasındaki ilişkisini gösterir. Bu diyagram, donduğunda genişleyen bir maddenin (su gibi) özelliklerini gösterir.
Bu diyagramdan da görülebileceği gibi, sıvı buharın (buhar basıncı) üzerinde bir basınçta bulunur. Bu nedenle sıvıya sıkıştırılmış sıvı denebilir. Diyagramdaki okları takip etmek, bir faz değişiminin meydana gelmesi için ne yapılması gerektiğini gösterir. Örneğin, katı aralığının ortasında su olduğunu varsayalım. Basıncı sabit tutar ve yalnızca sıcaklığı yükseltirseniz, katı sıvıya dönüşür. Benzer şekilde, sıvı bölgesinin çoğunda, sıcaklık sabit tutulurken basınç azaltılırsa, sıvı gaza dönüşür.
Referanslar
Bu sayfadaki tüm bilgiler www.learnthermo.com ve "Mühendisler İçin Termodinamik, ikinci baskı"dan alınmıştır.
