İsı Ve Sıcaklık-İsı Ve Sıcaklık Fizk Dersi Konu Anlatımı-İsı Ve Sıcaklık Hakkında

ISI VE SICAKLIK

Maddeyi oluşturan atom yada moleküller sürekli hareket halindedir

Bu hareket katı maddede denge konumu etrafındaki titreşimler , sıvı ve gaz

larda ise hem titreşim hem de bir çok çarpışmalar sonucu kırık çizgiler hali

nde öteleme hareketleri şeklindedir Bu nedenle maddenin her atom veya molekülünün kinetik enerjisi vardır

Bir maddenin sıcaklığı denilince , maddeyi oluşturan atom ya da mole

küllerin sadece bir tanesinin ortalama kinetik enerjisi ile orantılı tanecilik

anlaşılır

Bir maddenin ısısı denilince , maddeyi oluşturan tüm taneciklerin kin

etik ve potansiyel enerjilerinin toplamıdır^^Q^^ ile gösterilir

Bir maddenin ısısı tanımlanırken aşağıdaki sonuçlar dikkate alınmalı

dır

1-)Bir maddenin sıcaklığı kütleye bağlı değilken ısı kütle ile doğru orantılıdır Örneğin bir bardak kaynar suyun sıcaklığı ile bir tencere kaynar suyun sıcaklığı aynı fakat kütlesi fazla olan bir tencere suyun ısısı

daha fazladır

2-)Sıcaklık enerji değil , ısı bir enerji türüdür

3-)Sıcaklık termometre ile ölçülebilir Isı her hangi bir araçla ölçülmez , ancak kütlesi ve sıcaklığına bağlı olarak hesaplanabilir

TERMOMETRELER

Cisimlerin sıcaklıklarını ölçen araçlara termometre denir

Yaygın olarak sıvı (civalı veya alkollü) termometre kullanılır Katı ve sıvıların genleşme katsayılarının farklı oluşundan yararlanılarak yapılır

İyi bir sıvılı termometrede sıvı haznesinin büyük , kılcal borusunun çok ince , genleşmesinin az olması , kullanılan sıvının genleşmesinin büyük olması gerekir

Termometreler bölmelendirilirken , suyun donma ve kaynama sıcaklıkları (1 ATM basıncı altında) esas alınmıştır

1-)CELCİUS:Suyun donma sıcaklığını 0C ,kaynama sıcaklığını 100

C olarak kabul eder Bu iki sıcaklık arası 100 eşit bölmeye ayrılmış ve her bir bölmeye 1C denilmiştir

2-)FAHRENHAYT:Suyun donma sıcaklığını 32F , kaynama sıcaklı-

ğını 212F olarak kabul eder Bu iki sıcaklık arası 180 eşit bölmeye ayrılmış

tır ve her bir bölmeye 1F denmiştir

3-)REOMÖR:Suyun donma sıcaklığını 0R , kaynama sıcaklığını 80 olarak kabul eder 80 eşit bölmeye ayrılmıştır Her bir bölmeye 1R denir

4-)KELVİN:Saf suyun 273K donduğunu 373K kaynadığını kabul eden termometreye denir Bu termometrede bütün sıcaklıklar pozitif sayılarla ifade edilir

5-)HERHANGİ BİR TERMOMETRE (X):Saf suyun donma noktasın

AX , kaynama noktası da BX olarak ölçmüş olsun Bunlara göre bütün termometrelerin şeması aşağıdaki gibi olur

C R F-32 T-273 X-A

¬¬¬----- = --------= ---------= ---------- = ------------

100 80 180 100 B-A

MADDELERİN ISI ALIŞ-VERİŞİ

(CALORİMETRE) YASALARI

Enerjinin korunum yasasından yararlanılarak kalorimetre yasaları aşağıdaki gibi özetlenebilir

1-Isı alış verişi sırasında bir olayın gerçekleşmesi için harcanan ısı enerjisi,bu olayın tersi gerçekleşirken ortamdan alınan ısı enerjisine eşittir

2-Sıcaklıkları farklı maddeler bir araya getirilirse sıcaklıkları eşitleninceye kadar aralarında ısı alış verişi yaparlar

Isıca yalıtılmış kapalı bir sistemde alınana ısı , verilen ısıya eşittir Ya da ısıca yalıtılmış kapalı ortamlarda ısı değişimleri toplamı sıfırdır

Kütlesi m1 , özısısı C1 , sıcaklığı t1 ve kütlesi m2 , özısısı C2 , sıcaklığı t2

Olan iki madde ısıca yalıtılmış bir ortamda bir araya getirilsin Maddeler için t1  t2 ve denge sıcaklığı t ise

Q(alınan)=Q(verilen)

m1 C1 (t-t1) + m2 C2 (t-t2) = O dır

NOT:Isı alış verişi yapan maddelerin ısı sığaları eşit ise , denge sıcaklığı maddenin ilk sıcaklıklarının aritmetik ortalamasıdır

M1 C1 = m2 C2 = t = t1+t2

2

ISI MİKTARI VE HESAPLANMASI (CALORİMETRE)

Bir maddenin ısı enerjisindeki değişme ya sıcaklık ya da maddenin hal değişmesine neden olur Isısı değiştirilen madde hal değişmiyorsa , ısı değişimi ile doğru orantılı olarak sıcaklık değişimi olur

ÖZGÜL ISI (ISINMA ISISI) :Bir maddenin 1 gramının sıcaklığını 1C değiştiren ısı miktarıdır^^C^^ ile gösterilir Birimi Calori /C‘ dir

1 CALORİ : 1 gram saf suyun sıcaklığını 1C değiştirmek için gereken ısı miktarıdır

ISI SIĞASI : m gram maddenin sıcaklığını 1C değiştirmek için gerekli ısı miktarıdır Birimi Cal / C ‘ dir

Isı sığası : mC

Öz ısı tanımını kullanarak m gram maddenin sıcaklığını tC  değiştirmek için gerekli ısı miktarını Q2 = m C  t bağıntısı ile buluruz

BİRİMLER : Q : Calori (cal)

M : gram

t : tson – tilk (C)

C : Cal / g  C

1 Cal : 4,18 joule

Maddeye aktarılan ısı maddenin yalnız sıcaklığını değiştiriyorsa bu değişim doğru orantılıdır

Grafiğin eğimi : tg = t

MADDELERİN FİZİKSEL HAL DEĞİŞTİRMELERİ

Hal değişimine uğramayan bir maddeye ısı enerjisi verilirse ;

Q = mct bağıntısına göre cismin sıcaklığı artar

Madde katı ise belli bir sıcaklık derecesine kadar sıcaklığı yükselir, daha sonra sıvı hale geçer Madde sıvı ise belli bir sıcaklıktan sonra kaynamaya başlar Katı sıvılaşırken ( erirken ) , erime bitinceye kadar , sıvı buharlaşırken sıvı bitinceye kadar daima sıcaklık sabit kalır Yani madde hal değiştirirken sıcaklık ve kütle değişmez O anda verilen ısı enerjisi hal değişimin sağlar Yani maddenin molekülleri arasındaki bağları çözmeye harcanır

ERİME : Bir katı maddenin ısı enerjisi alarak katı halden sıvı hale geçmesi olayıdır

ERİME NOKTASI (DONMA NOKTASI ) : Belirli bir basınç altında katı maddenin erimeye başladığı sıcaklık derecesine denir^^te^^ ile gösterilir Buz için 0C dir

ERİME ISISI ( Le ) : 1 atmosfer basınç altında ve erime noktasında bulunan katı haldeki 1 gram arı maddeyi aynı sıcaklıkta sıvı haline dönüştüren ısı miktarına o maddenin erime ısısı denir 0C deki buz için

Le = 80 calori / Gram

DONMA : Bir sıvı maddenin ısı kaybederek sıvı halden katı hale geçmesi olayıdır

 saf bir maddenin erime noktası , donma noktasına , erime ısısı donma ısısına eşittir

M gram maddenin erimesi için gerekli ısı Q = m Le ile bulunur

Madde hal değiştirirken hacmi değişir hacimleri değişir Bazılarının hacimleri küçülür Bazılarınınki büyür Örneğin : Buz eriyince hacmi küçülür Su donunca hacmi büyür

Erime ve Katılaşmada Basıncın Etkisi : Erime sırasında cismin hacmi küçülüyorsa bunun üzerine etki eden basınç arttırılırsa erime noktası düşer Erimede cismin hacmi büyürse basınç artarsa erime noktası yükselir

Aşırı Erime Veya Donmadaki Gecikme : Bir sıvının donma noktasından daha düşük sıcaklığa kadar soğutulduğu halde donmaması olayına denir Donmadaki gecikme , sıvının moleküllerine bağlı bir olay anormal bir durumdur Bu durumdaki bir sıvıya sıvısının kristalinden küçük bir parça atılırsa veya sarsılırsa , sıvının bir kısmı hemen donar sıcaklığı da donma noktasına yükselir

Eğer su aşırı ergirmiş ise ; kristali atılınca donacak suyun kütlesi (x)

X = m t bağıntısından bulunur Burada ;

L +c t

M = aşırı erimiş suyun kütlesi ; L = Buzun erime ısısı ( 80 cal / gr )

C = buzun ısınma ısısı ( C buz = 0,5 cal / gr - C ) , t = aşırı erimiş suyun sıcaklığı ( - ) olduğu halde bunun mutlak değeri alınır

ERİME KANUNLARI :

1-) Plastik maddeler hariç olmak üzere kristal yapılı her katı maddenin sabit bir basınç altında bir erime noktası vardır

2-) Erime süresinde maddenin sıcaklığı sabit kalır Şimdi bir katı maddenin erimesi olayını sıcaklığının zaman göre değişim grafiği ile gösterelim

Katı maddenin ilk sıcaklığını ( t1 ) , erime sıcaklığı te ise ;

Grafiğin 1 bölgesinde katı erime sıcaklığına kadar

ısınmıştır Madde katı haldedir

2 Bölgede verilen ısı katı maddenin molekülleri arasında

ki bağı çözmek için harcamış olup ; madde katı-sıvı karışımı

haldedir

3 Bölgede ise maddenin erimesi bitmiştir , madde tama

men sıvı haldedir

DONMA KANUNLARI :

1-)Katısı kristal yapılı olan her sıvını basınç altında belli bir donma noktası vardır

2-)Katılaşma süresince maddenin sıcaklığı değişmez

İlk sıcaklığı t1 , donma noktası td olan bir sıvı maddenin

donma grafiği

Bu iki grafiğin zaman ekseni , aynı zamanda maddenin

aldığı verdiği ısının , sıcaklığa bağlı değişim eksenidir

Bu grafiklerin bölgelerine göre , cismi verilen gereken

Isı miktarını hesaplayalım

BUHARLAŞMA :

Bir sıvı maddenin ısı enerjisi alarak sıvı halden gaz hale geçmesidir Erime belli bir sıcaklık derecesinde olduğu halde buharlaşma her sıcaklık derecesinde olur Eğer böyle olmasaydı ıslanan bir cisim suyun kaynama noktasına kadar ısıtılırdı

BUHARLAŞMA ISISI (Lb) : 1 atmosfer basınç altında belli bir sıcaklıkta 1 gram sıvıyı aynı sıcaklıkta buhar haline dönüştüren ısı miktarına

buharlaşma ısısı denir

100C de su için Lb = 540 cal/g

Buharlaşma ısısı ; sıvının buharlaştığı sıcaklık derecesine bağlıdır Yani sıvını sıcaklığı artarsa Lb küçülür

Kütlesi M olan maddeyi sıvı halden gaz haline getirmek için Q = M Lb enerjisi verilmelidir

UYARI : Buharlaşan sıvı çevresinden ısı alır Onun için elimize kolonya dökünce serinlik hissederiz Ayrıca terimiz veya ıslak çamaşırlarımız üzerimizde kurursa hasta oluruz Bunun da sebebi vücudumuzun ısı kaybetmesidir

YOĞUNLAŞMA : Gaz (buhar) halinde bulunan bir maddenin ısı vererek sıvı hale geçme olayına denir Sıvı madde buharlaşırken aldığı ısıyı, yoğunlaşırken aynen geri verir Bir sıvının belli bir

sıcaklık derecesinde buharlaşma ısısı, yoğunlaşma ısısına eşittir

KAYNAMA : Isıtılan bir sıvının iç buhar basıncının dış basınca eşit olduğu anına kaynama denir Kaynamanın oluştuğu sıcaklık derecesine kaynama noktası denir

Kaynama Kanunları:

1)Her sıvı maddenin sabit bir basınç altında kaynama sıcaklığı (Kaynama Noktası) vardır

2)Sabit bir basınçta kaynama süresince sıvının sıcaklığı değişmez

UYARILAR:

1)Bir sıvının içine yabancı maddeler katılırsa kaynama noktası yükselir

2)Kaynama noktası basınç ile doğru orantılıdır Yani basınç artarsa kaynama noktası da artar Basınç düşerse kaynama noktası da düşer

Saf su deniz seviyesinde100C kaynadığı halde denizden yüksekte olan Ankara’da 87-98C de kaynar

SÜBLİMLEŞME: Bir katı maddenin ısı enerjisi alarak sıvı hale gelmeden doğrudan doğruya buhar haline geçmesi olayına denir

Şimdi bir katı maddenin belli bir sıcaklıktan itibaren gaz haline gelinceye kadar , hal değişim grafiğini çizelim

Bu grafik kütlesi M , ısınma ısısı ( Ck ) ,

erime ısısı ( Le ) , buharlaşma ısısı ( Lb ) olan

bir maddeye ait olsun Her aralık için ısı

denklemlerini yazalım

1 ARALIK : Cismin sıcaklığını t1C den

erime noktasına kadar arttırmak için verilen ısı:

Q1 = M CK ( te – t1 )

2 ARALIK : Maddenin katı-halden , sıvı hale geçtiği aralık olup ,

Q = Q2 - Q1 = M Le ısısını almıştır

3 ARALIK : Sıvılaşan katı maddenin kaynama noktasına kadar ısıtıldığı aralık olup , verilen ısı Q3 – Q2 = M Csıvı ( tk – te ) ile bulunur

4 ARALIK : Kaynama noktasına kadar ısınan sıvının tamamen gaz

haline geçebilmesi için ısıtıldığı aralık olup Q = Q4 – Q3 =M Lb ısısını almıştır

AÇIK HAVADA BUHARLAŞMA HIZINA ETKİ EDEN FAKTÖRLER

1-)Açık havada buharlaşma hızı , havanın sıcaklığı ile doğru orantılıdır Sıcak havada buharlaşma hızlı olur

2-)Buharlaşma hızı buharlaşacak sıvının havaya açık yüzeyinin büyüklüğü ile doğru orantılıdır Yüzey geniş ise buharlaşma hızlı olur

3-)Buharlaşma hızı , buharlaşacak sıvının havadaki buharları ile ters orantılıdır Buharlar havada çok ise buharlaşma yavaş olur

4-)Buharlaşma hızı rüzgarlı havada hızlı olur

5-)Buharlaşma hızı basınç ile ters orantılıdır

6-)Buharlaşma hızı sıvının cinsine bağlıdır

ISININ YAYILMASI:

1-)ISININ İLETKENLİK (İLETİM) YOLU İLE YAYILMASI : Sıcaklıkları farklı cisimler birbirlerine dokundurulduklarında ısı alış-verişi yaparlar Bu alış-veriş (atomlar) tanecikler arasında olur Her elementin ısı iletkenliği farklıdır Onun içi ısı iletkenliği maddenin ayırt edici özelliklerinden biridir En iyi ısı iletkenleri metallerdir Metallerden sonra diğer katılar , sıvılar ve gazlar sıralanır

2-)KONVEKSİYON YOLU İLE ISI YAYILMASI : Isı enerjisinin maddesel bir ortam yardımı ile yayılmasına denir Isı enerjisi maddelerin moleküllerinin hareketi ile iletilir Sıvı ve gazlarda görülür Bir kaptaki suyu ısıtırken önce alttaki moleküller ısınır Isınan molekülün hacmi büyür ve yoğunluğu küçülür Küçük yoğunluklu moleküller yüzeye doğru harekete geçerler , bu durumda soğuk moleküllerde dibe çöker Bu hareketler sıvı içinde bir molekül akımı oluştururlar Aynı olay bir odanın ısınmasında hava moleküllerinin hareketinde de görülür

3-)IŞIMA YOLU İLE ISI YAYILMASI : Bütün ısı kaynakları , boşlukta ve maddesel ortamlarda yayılma özelliğine sahip ısı ve ışık dalgaları yayarlar Bu olaya ışıma denir

Isı enerjisi taşıyan dalgaları soğuran maddeler onların enerjilerini alarak ısınırlar

Güneşin dünyamızı ısıtması ışıma yolu ile ısının yayılması sonucu gerçekleşir

=derece işareti