ISI VE SICAKLIK
*Isı;
sıcaklıkları farklı iki madde arasında alınıp verilen enerjinin adıdır.
Bu durumda sıcaklıkları
eşit iki madde
arasında ısı aktarımı gerçekleşmez. Bu iki maddeden birinin sıcaklığının
diğerinden
farklı olması hâlinde,
sıcaklığı yüksek olan maddeden sıcaklığı
düşük olan maddeye enerji aktarılır ve aktarılan bu enerjiye ısı adı
verilir.
(Not: Isı bir
enerji çeşididir, fakat sıcaklık bir enerji çeşidi değildir.)
*Aynı
maddenin farklı kütleleri düşünüldüğünde, kütlesi fazla olan madde daha fazla sayıda
tanecik içerir. “Maddelerin aynı
sıcaklığa ulaşması için kütlesi fazla
olan maddeye daha fazla ısı aktarılması gerekir.”
*Maddeyi
oluşturan tanecikler çarpışarak birbirlerine enerjilerini aktardıkları için her
tanecik farklı enerjiye sahip olabilir ve her çarpışmada da enerjileri
değişebilir.
*Bir
maddenin sıcaklığının ölçümünde o maddeyi oluşturan taneciklerin hepsi rol
oynar. Taneciklerin enerjileri birbirinden farklı olduğu için sıcaklık ölçümü
taneciklerin ortalama hareket enerjileri ile ilişkilidir. Taneciklerin ortalama
hareket enerjilerinin göstergesi ise sıcaklık olarak adlandırılır.
Sıcaklık termometre ile ölçülür. (Not: Sıcaklık termometre ile ölçülürken ısı
kalorimetre kabı ile ölçülür.)
*Termometre
sıcaklığı ölçülen maddelerin hangisinin hareket enerjileri ile ilgili bilgi
verir. Termometrede sıcaklık 0 0 C’ yi gösterdiğinde o maddeyi
oluşturan taneciklerin hareket enerjisi sıfır değildir.
*Termometrelerdeki
sıvı seviyesinin yükselip alçalması, haznedeki sıvının ısındığında genleşmesi
ve soğuduğunda büzülmesi ile ilgilidir.
*Bir
madde ne kadar çok tanecikten oluşuyorsa toplam hareket enerjisi de o kadar
fazladır. Bu durumda tanecik sayısı fazla olanlar başka bir maddeye daha çok
enerji aktarabilir.(Not: O halde sıcaklık madde miktarına bağlı değilken, ısı
madde miktarına bağlıdır.)
*Farklı
sıcaklıklardaki iki maddeden fazla miktarda olanı daha fazla tanecik içerir ve
sıcaklığı düşük olsa bile toplam hareket enerjisi daha fazla olabilir. Bu
sayede, başka bir maddeye daha fazla enerji aktarabilir. (Not: Taneciklerin
toplan enerjisine ısı, ortalama hareket enerjilerinin göstergesine de sıcaklık
diyebiliriz.)
ENERJİ
DÖNÜŞÜMÜ VE ÖZISI
*Isı
bir enerji çeşidi olduğuna göre maddelerin ısınması da enerji aktarımı
ile gerçekleşir.
*Bir
gram maddenin sıcaklığını 1 0C arttırmak için gerekli ısı miktarına
o maddenin öz ısısı denir.
*Isı
birimi olan “kalori” suyun öz ısısı esas alınarak tarif edilmiştir. 1 g suyun
sıcaklığını1 0C arttırmak için gerekli ısı miktarı 1 kaloridir.
*Öz
ısı cal/g 0C veya J/g 0C birimleriyle ifade edilir.(1
cal=4,18 joule ise suyun öz ısısı 4,18 J/g 0C olur)
*
Öz
ısı madde miktarına bağlı olmayıp maddenin cinsine bağlıdır ve tüm
maddeler için farklıdır. Bu yüzden öz ısı maddeler için ayırt edici bir özelliktir
ve c sembolü ile gösterilir.
MADDENİN
HALLERİ VE ISI ALIŞVERİŞİ
*Maddeyi
oluşturan tanecikler birbirlerine uyguladıkları çekim kuvvetleri sayesinde bir
arada
durur. Bu tanecikler arasındaki çekim kuvveti çok zayıf iken zıt yüklü iyonları
ve moleküldeki
atomları bir arada tutan çekim çok kuvvetlidir. Yani madde ısıtıldığında
taneciklerin birbirinden
ayrılmasıyla madde hal değiştirebilir, fakat ısıtılan bir bileşik
elementlerine ayrılmaz.
*Tanecikler arasındaki çekim kuvvetinin büyüklüğü maddenin fiziksel hâlini
belirler. Taneciklerin enerjisi arttığında tanecikler birbirinden uzaklaşır ve
buna bağlı olarak çekim kuvveti azalır.
Bir maddede katı halden gaz hale doğru gidildikçe:
-
Tanecikler
birbirinden uzaklaşır.
-
Tanecikler
arasındaki çekim kuvveti azalır.(Gazlarda yok denecek kadar az)
-
Taneciklerin
hareket enerjisi artar ve tanecikler hızlanır.
-
Tanecikler
düzensizleşir. Şekil, hacim gibi özellikler ortadan kalkar.
*Maddeye ısı
aktarıldığında taneciklerin enerjisi artacağından tanecikler arasındaki mesafe
de artacak ve çekim azalacaktır.
ERİME – DONMA ve BUHARLAŞMA – YOĞUŞMA ISISI
* Katı
maddeler erirken çevresinden ısı alır ve alınan ısıyı erime sıcaklığına gelmek
ve tamamen erinmek için kullanırlar.
*Katı madde erimeye başladığı an sıcaklık bir süre sabit kalır, çünkü
alınan ısı katının tamamen erimesi için kullanılır. Sıcaklığın sabit kaldığı bu
sürede verilen ısı o maddenin erime ısısıdır.
*Erime ısısı erime sıcaklığındaki 1 gram saf katı maddeyi sıvı hâle
geçiren ısıdır. Her madde için farklı olduğundan maddeler için ayırt edici bir
özelliktir ve Le gösterilir. Birimi J/g dır.
* Maddenin donmak için dışarıya vermesi gereken ısıya ise donma ısısı
denir. Madde donarken geçen sürede sıcaklık yine sabit kalır. Madde erimek için
aldığı ısı ne kadarsa, donmak için aynı ısıyı geri vermek zorundadır: Bu yüzden
erime ısısı donma ısısına eşittir. (Le =Ld)
* Maddenin erimeye başladığı sıcaklığa erime noktası, donmaya başladığı
sıcaklığa ise donma noktası denir. Erime ve donma noktası maddeler için ayırt
edici bir özelliktir. Aynı madde için erime ve donma noktası birbirine eşittir.
(Erime noktası = Donma noktası) Örneğin su sıfırın üstünde sıvı, sıfırın
altında katıdır.(buz)
* Aktarılan ısı kütle ile doğru orantılı olarak artar veya azalır. O halde
bir miktar maddeyi eritmek için gerekli ısı; Q= m.Le
ile donması için dışarı vermesi
gereken ısı Q= m.Ld ile hesaplanır.
*Sıvı haldeki madde buharlaşma sıcaklığına geldiğinde sıcaklık sabit
kalır.Çünkü verilen ısı maddenin tamamının gaz hale geçmesi için harcanmıştır.
* Kaynama sıcaklığındaki 1 g saf sıvıyı, aynı
sıcaklıktaki 1g buhar hâline getirmek için gerekli
ısıya buharlaşma ısısı denir. Sıvılar buharlaşırken aldıkları ısıyı
yoğuşurken geri verirler. Bu sebeple buharlaşma ısısı yoğuşma ısısına eşittir.
Buharlaşma ısısı Lb, yoğuşma ısısı Ly şeklindedir ve Lb=Ly dir.
* Farklı maddeler farklı buharlaşma - yoğuşma ısısına sahiptir. Bu sebeple
buharlaşma - yoğuşma ısıları da maddeler için ayırt edici bir özelliktir.
* Sıvıların buharlaşması için gereken ısı miktarı kütleleriyle doğru
orantılıdır. Kaynama sıcaklığındaki “m” gram sıvıyı buharlaştırmak için gerekli
ısı Q= m.Lb bağıntısı ile
, “m” gram buharın yoğuşarak sıvı hâle geçmesi için çevresine verdiği toplam
enerji miktarı Q= m.Ly bağıntısı
ile hesaplanır.
* Maddelerin buharlaşırken çevreden ısı alması ve yoğuşurken çevreye ısı
vermesi, günlük hayatta birçok alanda karşımıza çıkmaktadır. Buzdolabına konulan yiyeceklerin sulanması,
yazın yolların ve mağaza önlerinin sulanması, kesildikten sonra güneşe konulan
karpuzun soğuması, kolonya dökülen elin bir müddet sonra serinlemesi buna
örnektir.
* Saf maddelerin belirli bir erime ve kaynama noktaları vardır,
fakat saf olmayan maddelerin belirli bir erinme ve kaynama noktaları yoktur.
Bu yüzden saf olmayan maddelerde kaynama süresince sıcaklık sabit kalmaz.
Örneğin suya tuz atıldığında oluşan karışımda sodyum ve klor iyonları su
moleküllerinin arasına girer ve suyun donma noktasını düşürür. Kışın yollara
tuz dökülmesinin sebebi budur.
*Sıvılara karışmış olan katkı maddeleri ise sıvının kaynama sıcaklığını
yükseltir. Örneğin suya tuz atıldığında kaynama noktası yükselecektir. Bu
yüzden yemeklere atılan tuz, piştikten sonra atılırsa daha mantıklı bir karar
verilmiş olacaktır.
ISINMA
– SOĞUMA EĞRİLERİ
Şekildeki ısı kaynağı
değiştirildiğinde,
*Taneciklerin
birbirlerinden ayrılma süresi değişir. Daha fazla ısı verildiğinde tanecikler
birbirlerinden daha kolay ayrılacaktır.
*Erime ve kaynama
süresi değişir. Daha güçlü bir ısı kaynağıyla buz daha çabuk eriyip kaynamaya
başlayacaktır.
* Erime ve kaynama
sıcaklıkları değişmez. Isıtıcı ne kadar büyük olursa olsun su 0oC de
erir, 100 oC de
kaynar. Su miktarının artması ya da
azalması da erime ve kaynama noktasını değiştirmez.
* Erime ve buharlaşma
ısıları değişmez. Erime noktası, kaynama noktası, erime ısısı ve buharlaşma ısı
gibi özellikler ayırt edici özellikler olduğundan madde miktarına bağlı
olmayıp, maddenin türüne bağlıdır.
*Bildiğimiz gibi 0 OC’ta su donar, buz erir;
100 OC’ta su kaynar, su buharı yoğuşur. Suyun miktarı değişse bile
bu değerler değişmez.