2. PROSES DE ĞİŞ KENLER İ
• Sıcaklık
• Basınç
• Yoğunluk
• Özgül Ağırlık
• Vizkozite
• Yüzey Gerilimi
3. SICAKLIK
• Sıcaklık termodinamik bir özelliktir.
Fiziksel olarak ölçülebilir.
• Isı ise bir enerji şeklidir, doğrudan
ölçülmesi söz konusu değildir.
• Bir maddeye ısı verildiğinde sıcaklığı
yükselir.
• Sıcaklığın yükselmesine moleküllerin iç
enerjileri ve titreşimlerindeki artış neden
olur.
4. Fahrenheit
•Fahrenheit 1714 yılında Fahrenheit sıcaklık
ölçeğini geliştirmiştir.
•Suyun donma noktası (32 °F) ve
•Suyun kaynama noktasını (212 °F)
referans noktaları olarak almıştır.
Bu iki sıcaklık aralığını ise 180 eşit parçaya
bölmüştür.
5. Temperature Scale vs Temperature
Interval
212oF
32oF
∆T = 212oF - 32oF=180 oF
Scale Interval
5
6. Celsius
• Celcius buzun erime noktası (0 °C) ve suyun kaynama
noktasını referans olarak almıştır(100 °C).
• Celsius ölçeğine göre, suyun üçlü noktası (aynı anda katı,
sıvı ve gaz halinde bulunabildiği sıcaklık: triple point)
0,01 °C (veya 273,16 K) olarak tanımlanır.
• (Bu tanımla, daha önce referans alınan suyun donma
noktası 273,15 K'dir
• Ancak üçlü noktanın ölçümü çok daha kesin bir şekilde
yapılabilmektedir).
7. Kelvin
• K harfi ile gösterilen ve birim aralığı (Celsius) derecesiyle
aynı olan, ancak sıfır noktası olarak mutlak sıfırı(–273.15
°C) alan sıcaklık ölçüsü birimidir.
• İsmini, termodinamikteki mutlak sıfır kavramını ilk kez
gazlardan tüm maddelere uygulayan İskoç asıllı
bilimadamı Lord Kelvin'den (1824-1907) alır.
• Suyun üçlü noktasının termodinamik sıcaklığının (mutlak
sıfırla olan farkının) 273.16'da biri olarak tanımlanmıştır.
• Santigrat derecesi sıfır noktasını suyun donma noktası
olarak aldığından, 0 °C 273.15 K'e eşit olur.
• Benzeri şekilde Santigrat derece olarak ifade edilen
herhangi bir sıcaklığı kelvine çevirmek için söz konusu
değere 273.15 eklenir.
7
10. BASINÇ
Basınç birim alana uygulanan kuvvettir.
Hidrostatik basınç sıvı veya gazın ağırlığından dolayı
meydana gelir. Tabanda birim yüzeye düşen sıvı kütlesinin
ağırlığıdır.
Basıncın birimi N/m2’dir.
P=F/A veya
P=mg/A=Vρg/A=hAρg/A=ρgh
1 Pa = 1 N/m2
1atm=760mmHg= 1.01325 105 Pa
1mmHg= 1 Torr
1 bar = 105 Pa = 0.1 Mpa
1 atm = 101325 Pa = 101.325 kPa = 1.01325 bar
10
11. BASINÇ
Bir noktadaki gerçek basınç, mutlak basınç diye
adlandırılır ve mutlak boşluğa veya mutlak sıfır basınca
göre ölçülür.
Fakat basınç ölçen cihazların çoğu yerel atmosfer
basıncında sıfır okunacak şekilde ayarlanmışlardır.
Bu nedenle gösterdikleri basınç, MUTLAK BASINÇLA
YEREL ATMOSFER basıncı arasındaki farktır.
Bu fark Gösterge Basıncı diye adlandırılır.
Atmosfer basıncı altındaki basınçlar vakum basıncı olarak
bilinir.
Mutlak, Gösterge ve Vakum basınçlarının tümü +
değerlidir.
13. GAZ KANUNLARI
Boyle kanunu, mükemmel bir gazın sıcaklık ve mol sayısı n sabit
kalmak suretiyle, mutlak basıncı P ve hacmi V birbirlerine ters
orantılı olduğunu ifade eder.
Yani; Sabit kütle ve sıcaklıktaki bir
gaz için P.V çarpımı daima sabittir
P1 P2
P1 V2
= = k1 V1 V2
P2 V1
T = sbt n = sbt
13
14. Charles kanunu, basınç P ve mol sayısı n sabit kalmak
şartıyla, hacim V ve mutlak sıcaklık T birbirleriyle doğru
orantılı olduğunu açıklar.
V2 T2 T1 T2
= = k2 V2
V1 T1 V1
P = sbt n = sbt
14
15. Gay-Lussac kanunu, Sabit kütle ve hacimdeki bir gazın
basıncı, sıcaklıkla doğru orantılı olarak artar. Bu durumda
P/T oranı daima sabittir.
P2 T2 T2
= = k3 T1
P1 T1 P1 P2
V = sbt n = sbt
15
16. Mol orantı kanunu, basınç ve sıcaklık sabit olmak şartıyla,
hacim V ve mol sayısı n birbirleriyle doğru orantılı olduğunu
açıklar.
V2 n 2 n1 n2
= = k4 V2
V1 n1 V1
T = sbt P = sbt
16
17. Manometre
• Küçük ve orta büyüklükteki basınç
farklarını ölçen cihazlardır.
• Manometre içinde civa, su, alkol veya yağ
gibi bir sıvı bulunan U şeklinde cam veya
plastik tüptür.
18. Manometre
Patm Açık
hava basıncı
Balon
h
Civa
veya su
Yukarıdaki h değeri kullanılarak ve açık hava basıncı dikkate
alınarak gerçek basınç bulunur.
19. Patm Açık
Balon içindeki basınç; hava basıncı
A.P=A.Patm+W
P
h
W=mg=Vρg=ρAhg
P = Patm + ρgh
∆P=P-Patm= ρgh
20. Atmosferik Basıncın Ölçülmesi
Atmosferin mutlak basıncı (hava basıncı) barometre ile
ölçülür. Islak ve kuru barometreler vardır.
İçindeki havası tamamen
boşaltılmış bir boru,
sıvının içerisine
daldırıldığında, sıvı boru
içinde atmosfer basıncına
denk bir basınçla yükselir.
21. Bu durumda P0=PB dir. PB zaten atmosfer mutlak basıncını ifade
eder. P0 ise P0= ρgh(yükselen sıvı ağırlığı) eşitliği ile kolayca
hesaplanabilir.
Basit bir Barometre
22. a) Açık uçlu manometreler:
P0 P0
G AZ G AZ
Pg h Pg
h
Hg Hg
P g > P0 P0>P g
23. 3.Manometrelerde Kimyasal Tepkime olursa
Manometrelerde bir kimyasal tepkime gerçekleşirse ideal gaz denkleminden
(PV = n R T) faydalanılır.
I. B a ro m e tre II. B a r o m e tre
Boş Boş
M
I
HCl NH3
15 G azı G azı 45
m m Hg m m Hg
V 1 V2
V1 = V2
t = S a b it
Başlangıç durumu şekilde gösterilen sistemde M musluğu açıldığında
HCl(g) + NH3(g) → NH4Cl(k)
Tepkimesi oluyor. Tepkime sonunda, sistem başlangıçtaki sıcaklığına
döndürüldüğünde I. ve II. manometrelerde hangi mmHg değerleri
okunur?
24. Basınç mol sayısıyla doğru orantılıdır. Mol sayısındaki azalma oranı,
basınçtaki azalma oranına eşittir.
Başlangıç : 15 mmHg 45 mmHg
HCl(g) + NH3(g) ® NH4Cl(k)
Kullanılan: 15 mmHg 15
mmHg
Artan : 0 30 mmHg –
Artan NH3 basıncı V hacminde 30 mmHg dir. Kaplar arasındaki
musluk açıldığında hacim 2V olacağından basınç 15 mmHg olur. Gazlar
her yöne aynı basıncı yapacağından her iki manometreden de 15 mmHg
okunur.
30. Yoğunluk
•Birim hacimdeki maddenin kütlesidir.
ρ=[kg/m3 ]
boyutunda olan bir özelliktir.
•Maddelerin hacmi sıcaklıkla değiştiğinden
yoğunluk sıcaklıkla değişir.
•Sıcaklık arttıkça yoğunluk azalır( Suyun
yoğunluğu istisnai olarak 0 dan+4 oC ye kadar
artar. +4 oC den sonra sıcaklıkla azalır.(neden?)
•Bu özellik ne işe yarar?
•Bu sebeple yoğunluk belirtilirken sıcaklığın da
verilmesi gerekir.
31. •Bir çözeltinin yoğunluğu sıcaklıkla
değişmekle birlikte çözeltide çözünen
madde konsantrasyonuyla da değişir.
•Yoğunlukla basınç arasında doğrusal bir
ilişki vardır. Basınç arttığında yoğunluk
artar.
33. Özgül Ağırlık(Specific Gravity)
•Bir maddenin yoğunluğunun aynı sıcaklıktaki
referans bir maddenin yoğunluğuna oranıdır.
•Bu nedenle Özgül ağırlık boyutsuzdur.
•Referans madde olarak sıvı ve katılar için su
kullanılır.
•Gazların Özgül ağırlığı için referans madde olarak
hava kullanılır.(Mutlaka sıcaklık belirtilmelidir).
d=[ρ]madde/[ρ]su ;d=[ρ]60 oF/[ρ]60oF
d=[ρ]madde/[ρ]hava; d=[ρ]60oF/[ρ]60oF
34. Özgül Ağırlık
3
g / cm madde
ÖA = 3
g / cm su
3
lbm / f gaz
ÖA = 3
lbm / ft su
34
35. Bunun anlamı nedir?
0
20
ÖA = 0.6 0
4
Maddenin 20 C’de ölçülen yoğunluğu, suyun 4
C’deki yoğunluğunun % 60 ‘ı kadardır.
0
40 C
ÖA = 0
40 C
35
37. Özgül Ağırlık Ölçüm Cihazları
Özgül ağırlık ölçümünde iki tip cihazdan faydalanılır.
1.Arşimet’in sıvıların kaldırma kuvveti yasasından
faydalanarak tasarlanmış olan Hidrometreler
2.Maddenin kütle ve hacmini doğrudan ölçmeye yarayan
piknometreler.
38. Hidrometre
Hidrometreler iki ucu kapatılmış içi civa ile doldurulmış ve
üzeri ölçeklendirilmiş cam tüplerdir.
Bir kaba doldurulan ölçüm yapılacak sıvının içine hidrometre
daldırılır.
Sıvının kaldırma kuvvetiyle hidrometre sıvı içinde yüzer.
Sıvı yüzeyinde okunan skaladan sıvının özgül ağırlığı
hesaplanır.
Sıvının sıcaklığı bilinmelidir.
40. Piknometre
Piknometre ağırlığı ve hacmi(1-100ml) tam olarak bilinen
kaplardır.
Genellikle camdan yapılmışlardır.
Sıvı doldurulmadan önce tartılır. Hacim seviyesini
gösteren çizgiye kadar sıvı doldurulduktan sonra tekrar
tartılır.
Fark sıvı ağırlığını verir.
Çizginin kaç ml’ yi gösterdiği bilindiğinden sıvı sıcaklığı
da ölçülebildiğinden özgül ağırlık hesaplanabilir.
42. Özgül Ağırlık Skalaları
Baume (Bome) Skalası:
Antoine Baume 1768’ de sudan ağır sıvılar ve sudan hafif
sıvılar için olmak üzere iki keyfi hidrometre skalası
önermiştir. Bome derecesi olarak isimlendirilirler ve
lineerdirler.
Sudan daha hafif sıvılar için Baume skalası;
o
Be= 140 - 130
d[60oF/60oF]
Sudan daha ağır sıvılar için,
o
Be= 145- 145
d[60oF/60oF]
43. Özgül Ağırlık Skalaları
API Skalası:
Amerikan Petrol Institüsü petrol ürünleri için kullanılmak
üzere özel bir skala geliştirmişlerdir.
API skalası;
o
API= 141,5 -131,5
d[60oF/60oF]
44. Özgül Ağırlık Skalaları
Twaddell Skalası:
İngilterede kullanılan bir skaladır yoğunluğu 1 den büyük
sıvılar için geçerlidir.
Twaddell skalası;
o
Tw= 200{d[60oF/60oF] -1}
46. Vizkozite
Bir akışkanın verilen bir sıcaklıkta akışa karşı gösterdiği
dirençtir. Birimi,
μ= g/cm.s=1poise dir.
1Poise(P)=100cPoise(cp)
1poise=0.0672 lbm/ft.s
Bu vizkozite dinamik vizkozite olarak adlandırılır.
Birimi SI’ da kg/m.s’ dir.
Kinematik Vizkozite= Dinamik vizkozitenin yoğunluğa
oranıdır.
ν= μ/ρ
Birimi SI da m2/s’ dir.
48. Yüzey Gerilimi
•Sıvı molekülleri birbirlerini çekerler. Merkezdeki sıvılar tüm yönlere doğru eşit
çekilirken yüzeydeki moleküller sadece merkeze doğru çekilirler.
•Yüzeydeki moleküllere uygulanan bu net kuvvet nedeniyle yüzeyde bir gerilim
oluşur.
•Buna yüzey gerilimi denir ve birim yüzey alandaki yüzey enerjisi olarak
tanımlanır.
σ= Yüzey enerjisi /alan [N.m/m2]=N/m
•Böylece herbir sıvı molekülü merkeze doğru daha çok çekileceğinden merkezi
bölgede maksimum molekül sayısı olacak şekilde yapılanacaktır.
•Bu yapılanma sonucunda sıvının küresel şekil alma eğilimi ortaya çıkacaktır.
•Sıvının şekli ne olursa olsun yüzey gerilimi kuvvetleri sıvıyı küresel bir şekil
almaya doğru çeker.
•Birim hacim başına en küçük yüzeyi küre verir.
•Yani akışkan daima yüzey alanını minimuma indirme eğilimindedir.
49. Yüzey gerilimi hem endüstride hem de güncel
hayatta sıkça karşılaşılan bir özelliktir.
Sıvıların küçük tüplerde veya gözenekli ortamlarda
yükselmesi
Bir fiskiyeden fışkıran suyun küçük damlacıklar
oluşturması
Sıvı içinde gaz moleküllerinin kabarcıklar halinde
oluşumu
Sabun köpüğünün baloncuk oluşturması gibi
olaylarda yüzey gerilimi etkindir.
50. Akış Hızı
• Kütle akış hızı
– Kütle/zaman
– M=kg/s
• Hacimsel (volumetrik) akış hızı
– Hacim/zaman •
– Q=m3/s m m
ρ= = •
V V
50
51. Kütle ve Mol Kesri (Fraksiyonu)
• Kütle kesri (fraksiyonu)
A' nin kütlesi
xA =
toplam kütle
• Mol kesri (fraksiyonu)
A' nin mol sayisi
yA =
toplam mol sayisi
51
53. Örnek
• 10 pound benzen (ÖA = 0.879) ve 20 pound toluen ÖA =
0.866) karıştırılıyor. Elde edilen karışımın aşağıdaki
özelliklerini hesaplayınız.(Karışımın hacminin bileşenlerin ayrı
ayrı hacimlerinin toplamına eşit olduğunu kabulediniz.
a) benzen ve toluenin kütle kesri (fraksiyonu)
b) benzen ve toluenin Mol kesri
c) toluen ve benzenin kütle oranı (kgT/kgB)
d) hacmi
e) yoğunluk ve özgül hacmi
f) toluenin konsantrasyonunu (Ibmoles/ft3)
g) toluenin Molaritesini
h) 10 ml karışımdaki toluen kütlesini
i) 5 Ibmol B/dakika’lık bir molar akış hızına sahip bir
karışımın hacimsel akış hızını
53
