Gaz Sıkıştırma ve Genleşme Hesaplama

Gaz sıkıştırılınca ya da genleşince ne olur?

Kapalı bir kaptaki gazın basıncı, hacmi ve sıcaklığı birlikte değişir. Sonucu, sürecin nasıl yürüdüğü belirler. Bu araç ideal gaz için beş temel süreci çözer ve her birinde gazın yaptığı işi, aldığı ısıyı ve iç enerjisindeki değişimi verir.

Süreçler

• İzotermal (sıcaklık sabit): P₁ × V₁ = P₂ × V₂. Yavaş sıkıştırmada gaz ısısını çevreye verir. İş: W = P₁ × V₁ × ln(V₂ / V₁).
• Adyabatik (ısı alışverişi yok): P × V^γ sabit. Hızlı sıkıştırmada gaz ısınır, hızlı genleşmede soğur. İş: W = (P₁V₁ − P₂V₂) / (γ − 1).
• İzobarik (basınç sabit): V / T sabit. İş: W = P × (V₂ − V₁).
• İzokorik (hacim sabit): P / T sabit. İş yapılmaz, verilen ısının tamamı iç enerjiye gider.
• Politropik: P × V^n sabit. Gerçek kompresörlerdeki süreç çoğunlukla izotermal ile adyabatik arasındadır.

γ özgül ısı oranıdır: helyum ve argon gibi tek atomlu gazlarda 5/3, hava gibi iki atomlu gazlarda 7/5.

Örnek

Bir motor silindirindeki 240 cm³ hava ve yakıt karışımı, 100 kPa ve 20 °C durumundan 40 cm³ hacme hızla sıkıştırılıyor. Süreç adyabatik ve γ = 1.4 alınırsa basınç 100 × 6^1.4 = 1229 kPa olur, sıcaklık 293 K değerinden 600 K değerine çıkar. Gaz üzerine 63 J iş yapılır. Aynı sıkıştırma izotermal olsaydı basınç yalnız 600 kPa olurdu.

İşaret kuralı

Bu araçta iş, gazın yaptığı iştir. Genleşmede artı, sıkıştırmada eksi çıkar. Birinci yasa ΔU = Q − W biçiminde uygulanır.

Sınırlar

Gaz ideal, süreç tersinir ve γ sabit kabul edilir. Gerçek makinelerde sürtünme ve ısı kaçakları sonucu değiştirir. Basınç mutlak basınç olarak girilmelidir. Basınçlı kap ve kompresör tasarımı bu aracın konusu değildir.