Ergime, Buharlaşma, Duyulur ve Gizli Isı, Sıcaklık – Entalpi Diyagramı Hesapları

Ergime ısısı, buharlaşma ısısı, duyulur ısı ve gizli ısı kavramlarının sıcaklık entalpi diyagramı üzerinde gösterilerek hesaplamalarla örneklendirilmiştir.

Suyun sıcaklık toplu ısı diyagramı

Ergime Isısı

Katı bir cisme ısı enerjisi verildiğinde cismin sıcaklığının artmayıp sıvı hale geçmesi için verilen ısı miktarına ergime ısısı denir. Her katı cisim için bu değer farklıdır. Ayırt edici bir özelliktir.

Diyagramda B-C bölgesinde verilen ısı buz için ergime ısısıdır. Buz için ergime ısısı 335 kj/kg ’dır. Bu değer buzun 0 C’de tamamen buz haline gelmesi için verilen ısı miktarıdır. B-C bölgesinde cismin sıcaklığının hep aynı olduğu görülmektedir.

Q = m . L_E
Q = m(kg) . L_E(kj/kg) =kj

Buharlaşma Isısı

Sıvı bir cisme ısı enerjisi verildiğinde, cismin sıcaklığının artmayıp, cismin sıvı halden buhar haline geçmesi için verilen ısı miktarıdır. Her sıvı cisim için buharlaşma ısısı farklıdır. Su için buharlaşma ısısı: 2257 kj/kg’dır.

Diyagramda bölgesinde kaynamakta olan suya tamamen buharlaşabilmesi için E noktasına kadar ısı verilmesi gerekir. D-E bölgesinde sıvının sıcaklığının artmadığı görülmektedir. Verilen ısı enerjisi suyun tamamının buharlaştırılmasına harcanmaktadır.

Q = m . L_B
Q = m(kg) . L_B(kj/kg) =kj

Duyulur Isı

Herhangi bir maddeye verilen veya o maddeden çekilen ısı, bir sıcaklık farklı  meydana getiriyorsa bu ısı enerjisine “duyulur veya hissedilir ısı“ diyoruz. Başka bir deyişle, bir sıcaklık farkı oluşturan ve açıkça hissedilen bu ısıya duyulur ısı diyoruz.

Diyagramda A-B, C-D ve E-F bölgesi duyulur ısı bölgelerini göstermekte yani verilen ısı enerjisi sıcaklığı artırmıştır.

Gizli Isı

Herhangi bir maddeye verilen veya o maddeden çekilen ısı, maddenin halini değiştirip sıcaklığında değişme oluşturmuyorsa bu ısı enerjisine “gizli ısı“ diyoruz.

Diyagramda B-C ve D-E bölgeleri gizli ısı bölgelerini göstermektedir. Verilen ısı enerjisi maddenin sıcaklığını değiştirmeyip halini değiştirmiştir. B noktasındaki buz kütlesine ısı verilerek sıcaklığı artmadan C noktasında tamamen su haline, D noktasında atmosfer basıncı altında 100 °C’de kaynayan su E noktasında tamamı buhar haline dönüşmüştür.

Örnek Problem 1

Atmosfer basıncı altında 20 °C sıcaklığında 20 kg suyu doymuş buhar haline getirmek için verilecek ısı miktarını hesaplayınız?

Çözüm

Q₁ = m.c_p (t₂-t₁)
Q₁ = 20 . 4,18 (100-20) = 6688 kj
Q₂ = m L_b
Q₂ = 20 . 2257 = 45140 kj
Q_T = Q₁ + Q₂ = 6688 + 45140 = 51828 kj

Örnek Problem 2

–40 °C sıcaklıktaki 150 gr buzun 150°C  sıcaklıkta buhar haline gelmesi için gereken ısı miktarını bulunuz?

Buzun ergime ısısı                  L_E  = 335 kJ/kg
Suyun buharlaşma ısısı          L_B = 2257 kJ /kg
Buzun özgül ısı kapasitesi      C = 2,14 kJ /kg
Buharın özgül ısı kapasitesi    C = 2,01 kJ /kg
Suyun özgül ısı kapasitesi      C = 4,19 kJ /kg

Çözüm

-40°C sıcaklıkta 150 gr buzun 150 °C sıcaklıkta buhar haline gelmesi için suyun hal değişimi dikkate alınarak 5 kademede hesaplanır:

1- –40 °C buzu 0 °C ‘ye çıkarmak için gereken ısı

Q = m.c_buz (t₂–t₁)   C = m (kg)  C (kj/kg˚C) ∆t (˚C) = kj
Q₁ = 0,15 . 2,14 (0-(-40))
Q₁ = 12,84 kJ

2- Buzun tamamen ergimesi için gereken ısı ;

Q₂ = m.L_E
Q₂ = 0,15 . 335
Q₂ = 50,25 kJ

3- Suyun sıcaklığını 0 °C’den 100 °C çıkarmak için gereken

Q₃ = m.c (t₂–t₁)
Q₃ = 0,15 . 4,18 (100-0)
Q₃ = 62,85 kJ

4- Suyun 100 °C’de tamamen buhar haline gelmesi için gereken ısı;

Q₄ = m L_B
Q₄ = 0,15 . 2257
Q₄ = 338,55 kJ

5- Buharın 100 °C’den 150 °C çıkması için gereken ısı;

Q₅ = m.c (t₂–t₁) = 0,15 . 2,01. (150-100) = 15,075 kJ

Toplam ısı; Q_T = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q₅
Q_T = 479,6 kJ = 479,6/4,187 = 114,545 kcal     (1Kcal = 4,187 kJ)