Soru:
Joule-Thomson genleşmesi sırasında entalpi değişimi neden sıfırdır? Açıklayınız. Bir soğutucu akışkan, bir valften geçerken iç enerjisi (\(U\)) ve iş (\(W\)) terimlerinde nasıl değişiklikler olur?
Çözüm:
💡 Olayı termodinamiğin birinci yasası ve entalpi tanımı ile inceleyelim.
- ➡️ Sistem yalıtılmıştır (adiyabatik), yani \( Q = 0 \).
- ➡️ İş terimi: Genleşme sürtünmesiz bir valf (düşürücü) içinde olduğu için sistem çevresine iş yapmaz (W = 0). Ayrıca çevreden de bir iş almaz.
- ➡️ Termodinamiğin 1. Yasası: \( \Delta U = Q - W = 0 - 0 = 0 \) yanlış olur! Burada dikkat edilmesi gereken, akış işidir. Süreç sürekli akışlı olduğundan, birinci yasa şu şekilde yazılır: \( \Delta H = Q - W_s \). Burada \(W_s\) mil işidir ve valfte yoktur (\(W_s=0\)).
- ➡️ Sonuç: \( Q=0 \) ve \( W_s=0 \) olduğundan, \( \Delta H = 0 \) olur. Yani proses entalpisi sabit (izentalpik) bir prosestir.
- ➡️ İç Enerji ve İş: Entalpi \( H = U + PV \) şeklinde tanımlanır. \( \Delta H = 0 \) ise, \( \Delta U + \Delta (PV) = 0 \) demektir. Basınç azaldığı (\( \Delta P < 0 \)) ve hacim arttığı (\( \Delta V > 0 \)) için \( \Delta (PV) \) işaretini belirlemek zordur, ancak genelde \( \Delta U \) sıfır değildir. Akışkan genleşirken moleküller arası çekim kuvvetlerine karşı iş yapar, bu da iç enerjinin azalmasına ve dolayısıyla sıcaklığın düşmesine neden olabilir.
✅ Sonuç: Joule-Thomson olayı izentalpik bir süreçtir (\(\Delta H = 0\)). İç enerji (\(U\)) ve PV çarpımı değişir, ancak toplamları (entalpi) sabit kalır.
