Kapalı bir sistemde gerçekleşen bir kimyasal reaksiyonda sistemin iç enerjisi 50 kJ azalırken, çevreye 20 kJ iş yapılıyor.
Buna göre reaksiyon sırasında açığa çıkan ısı miktarı kaç kJ'dür?
Sevgili öğrenciler, bu soruyu çözmek için termodinamiğin temel prensiplerinden biri olan Birinci Yasa'yı kullanacağız. Bu yasa, enerjinin korunumu ilkesini ifade eder ve bir sistemin iç enerji değişimi, sisteme aktarılan ısı ve sistem üzerinde yapılan iş arasındaki ilişkiyi açıklar.
Sistemin iç enerji değişimi ($\Delta U$): Soruda sistemin iç enerjisinin 50 kJ azaldığı belirtiliyor. İç enerji azaldığında bu değeri negatif olarak ifade ederiz. Bu durumda, $\Delta U = -50 \text{ kJ}$.
Sistem tarafından yapılan iş ($W$): Sistem çevreye 20 kJ iş yapıyor. Termodinamik anlaşmaya göre, sistem çevreye iş yaptığında (yani enerji kaybettiğinde) iş değeri negatif olarak alınır. Bu durumda, $W = -20 \text{ kJ}$.
Termodinamiğin Birinci Yasası, bir sistemin iç enerji değişimi ($\Delta U$), sisteme aktarılan ısı ($Q$) ve sistem üzerinde yapılan iş ($W$) arasındaki ilişkiyi aşağıdaki formülle ifade eder:
$\Delta U = Q + W$
Burada, $\Delta U$ iç enerji değişimi (kJ), $Q$ ısı (kJ) ve $W$ iş (kJ) anlamına gelir. Termodinamik işaret kurallarına göre, sisteme ısı verilirse $Q$ pozitif, sistemden ısı açığa çıkarsa $Q$ negatif olur. Sistem üzerinde iş yapılırsa $W$ pozitif, sistem çevreye iş yaparsa $W$ negatif olur.
Verilen değerleri formülde yerine koyalım:
$-50 \text{ kJ} = Q + (-20 \text{ kJ})$
Denklemi $Q$ için çözelim:
$-50 \text{ kJ} = Q - 20 \text{ kJ}$
$Q = -50 \text{ kJ} + 20 \text{ kJ}$
$Q = -30 \text{ kJ}$
Hesapladığımız $Q$ değeri $-30 \text{ kJ}$ çıktı. Isı değeri negatif olduğunda, bu durum reaksiyon sırasında sistemden çevreye ısı açığa çıktığını (ekzotermik bir reaksiyon olduğunu) gösterir. Yani, 30 kJ ısı çevreye verilmiştir.
Cevap C seçeneğidir.
