İsının Yayılması Kaynama , Buharlaşma Ve Süblimleşme Erime Ve Donma

Isının Yayılması Kaynama , Buharlaşma ve Süblimleşme Erime ve Donma
Isının Yayılması Kaynama , Buharlaşma ve Süblimleşme Erime ve Donma Isının Yayılması
1-İletim Yolu ile Yayılma : Isının madde içinden fakat onun hareketi ile ilgili olmadan yayılmasıdır Katılarda moleküller birbirlerine çok yakın olduklarından sıvılara göre daha iyi iletkendir Gaz molekülleri birbirlerinden çok uzakta olduklarından iletim yolu ile ısıyı iyi iletmezler
2- Madde Taşınması ( Konveksiyon ) ile Yayılma : Isının harekette bulunan madde parçacıkları ile yayılmasıdır Gaz molekülleri çok hareketli olduğundan ısıyı taşıyarak yayarlar
3- Işıma ( Radyasyon ) ile yayılma : Isının arada herhangi bir madde olmaksızın yayılmasıdır Ör: Güneş enerjisi

Erime ve Donma
Isı etkisi ile maddenin fiziksel yapısında değişiklikler oluşur Bir maddenin katı , sıvı veya gaz fazında yada durumunda oluşuna o maddenin hali denir Bir halden diğer bir hale geçmesine de hal değiştirme denir
Erime : Katı bir maddenin ısı alarak sıvı hale geçmesine erime denir
Donma : Sıvı bir maddenin ısı vererek katı hale geçmesine donma veya katılaşma denir
Erime Sıcaklığı : Katı bir maddenin sıvı hale geçtiği sıcaklık derecesine erime noktası veya erime sıcaklığı denir Ör : buz 0ºC erir
Saf bir maddenin sabit basınç altında belli bir erime sıcaklığı vardır Aynı maddenin erime ve donma sıcaklıkları aynıdırErime ve donma süresince sıcaklık sabit kalır Erime ve donma sıcaklığı madde miktarına bağlı değildir Erime veya donma noktası maddeler için ayırt edici özelliktir
Endotermik : Dışarıdan ısı alarak gerçekleşen olaylara denir
Ekzotermik : Dışarıya ısı vererek gerçekleşen olaylara denir
Erime Isısı ( Le ) : Erime sıcaklığındaki katı bir maddenin birim kütlesinin ( 1 gr ) sıvı hale geçmesi için gereken ısı miktarıdır
Erime ısısı Le ile gösterilir Birimi Cal / g dır Q = m Le
Örnek : Erime sıcaklığındaki 10 g buzun tamamen erimesi için ne kadar ısı gerekir ( Le( buz ) = 80 cal/gC)
Çözüm :
Q = m Le = 10 80 = 800 cal

Kaynama , Buharlaşma ve Süblimleşme

Buharlaşma : Sıvı bir maddenin ısı alarak gaz haline geçmesine buharlaşma denir
Buharlaşma sıvının yüzeyinde gerçekleşir ve genelde her sıcaklıkta olur
Yoğunlaşma : Gaz halindeki bir maddenin ısı vererek sıvı hale geçmesine yoğunlaşma denir
Kaynama : Sıvı bir maddenin kabarcıklar çıkararak gaz haline geçmesine kaynama denir
Kaynama Sıcaklığı : Her sıvının belli bir basınç altında kaynadığı sıcaklığa kaynama noktası veya kaynama sıcaklığı denir Ör : Su 100ºC de kaynar
Kaynama sıcaklığı maddeler için ayırt edici özelliktir Saf bir sıvı belli bir basınçta belirli bir sıcaklıkta kaynarSıvının kaynaması süresince sıcaklık sabit kalır Kaynama sıcaklığındaki sıvının buhar basıncı sıvı üzerine etkiyen dış basınca eşittir
Buharlaşma Isısı ( Lb ) : Kaynama sıcaklığındaki bir sıvının birim kütlesinin (1 g) tamamen gaz haline geçmesi için gereken ısıya buharlaşma ısısı denir
Buharlaşma ısısı Lb ile gösterilir Birimi Cal / g dır Q = m Lb
Örnek :Kaynama sıcaklığındaki 10 g suyun tamamen gaz haline geçmesi için ne kadar ısı gerekir (Lb(buhar)=540)
Çözüm :
Q = m Lb = 10 540 =5400 cal

Erime ve buharlaşma ısılarına hal değiştirme ısısı denir Hal değiştirme ısıları ayırt edici özelliktir Erime ve kaynama noktaları maddelerin türüne , saf yada karışım halinde olmasına ortamın açık hava basıncına bağlıdır Saf maddelerin erime ve kaynamaları süresince sıcaklık sabit kalırken karışımların erime ve kaynamaları süresince sıcaklık değişimi devam eder
Saf sıvılar üzerine etkiyen dış basınç azaldıkça kaynama noktası düşer Dış basınç artıkça da kaynama noktası yükselir
Bir sıvının donma noktası üzerine etkiyen basınçla değişir Donma sırasında büzülen veya sıkışan sıvılar için basıncın artması donma noktasını yükseltir Su gibi donma sırasında genleşen sıvılar için basıncın artması donma noktasını düşürür
Buharlaşan su üzerinde hava vardır Havada bulunan gazların molekülleri su üzerine basınç yapar Bu arada suyun buharlaşarak gaz haline geçen molekülleri de hava ile birlikte sıvı üzerine azda olsa basınç yapar
Buhar Basıncı : gaz halinde bulunan su moleküllerinin su üzerine yaptığı basınca buhar basıncı denir
Açık Hava Basıncı : Hava tabakasını yaptığı basınca açık hava basıncı denir
Süblimleşme : Katı bir maddenin sıvı hale geçmeksizin doğrudan doğruya gaz haline geçmesine süblimleşme denir Ör : naftalin

ÖRNEKLER
Örnek1S AKÇAY : - 50ºC deki 10 gr buzun sıcaklığını 70ºC ye çıkarmak için ne kadar ısı gerekir ( cbuz =0,5 cal / gºC
csu=1 cal / gºC Le(buz) =80 cal/g )
Çözüm :
Q1=m cbuz Δt =10 0,5 [ 0 – (- 50 )] =5 50 =250 cal
( -50 ve 0ºC için sıcaklık değişimi )
Q2 = m Le =10 80 =800 cal (0ºC de hal değişimi)
Q3 = m csu Δt =101 (70 – 0) =10 70 =700 cal
( 0ºC ve 70ºC için sıcaklık değişimi )
toplam ısı = QT
QT = Q1 + Q2 + Q3 = 250 + 800 + 700 = 1750 cal

Örnek2 : 60ºC deki 10 g suyun sıcaklığını 130ºC ye çıkarmak için ne kadar ısı gerekir ( csu =1 cal /g ºC
cbuhar=0,46  0,5 cal /g ºC Lb(buhar) = 540 cal / g )
Çözüm :
Q1 =m csu Δt=10 1 (100 – 60) =400cal (sıcaklık değişimi)
Q2 =mLb(buhar) =10 540=5400cal (Hal değişimi )
Q3=mcbuhar Δt=10 0,5 (130 – 100) =5 30 =150 cal
(Sıcaklık değişimi )
Toplam ısı = QT

QT = Q1 + Q2 + Q3 =400 + 5400 + 150 = 5950 kalori

Örnek3 : -50ºC deki 10 g buzun sıcaklığını 130ºC ye çıkarmak için ne kadar ısı gerekir (cbuz =0,5 cal / gºC
Le(buz) =80 cal/g csu=1 cal / gºC cbuhar=0,46  0,5 cal /g ºC Lb(buhar) = 540 cal / g )
Çözüm :

1) -50ºC 0ºC buz için sıcaklık değişimi
2) 0ºC de hal değişimi katıdan sıvıya
3) 0ºC den 100ºC ye sıcaklık değişimi
4) 100ºC de hal değişimi sıvıdan gaz haline
5) 100ºC den 130ºC ye sıcaklık değişimi

Q1 = m cbuz Δt = 10 0,5 [ 0 – ( - 50 )] = 5 50 = 250 kalori
Q2 = m Le (buz ) = 10 80 = 800 kalori
Q3 = m csu Δt = 10 1 ( 100 – 0 ) = 10 100 =1000 kalori
Q4 = m Lb (buhar ) = 10 540 = 5400 kalori
Q5 = mcbuhar Δt = 10 0,5 ( 130 – 100 ) = 5 30 = 150 kalori
QT = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 = 250 + 800 + 1000 + 5400 + 150 = 7600 kalori

Örnek4 : Erime sıcaklığındaki (0ºC deki ) buz parçası 80ºC deki 220 gr su içine bırakılıyor Buz tamamen
eriyince denge sıcaklığı 30ºC olarak ölçüldüğüne göre başlangıçtaki buzun kütlesi kaç gramdır
( Le(buz) =80 cal/g csu=1 cal / gºC )
Çözüm :
QAlınan = QVerilen
mbuz Le(buz) + mbuz csu ( 30 – 0 ) = msu csu ( 80 – 30 )
mbuz 80 + mbuz 1 30 = 220 1 50
mbuz 110 = 11000 mbuz = 11000 / 110 = 100 gram

Örnek5 : 300 gr demire 150 cal ısı verildiğinde sıcaklığında ne kadar değişme olur ( cdemir= 0,10 Cal/g oC )

Çözüm :
Δt = Q = 150 = 150 / 30 =5oC
m c 3000,10

Örnek6 : 10ºC deki 5 gr su ile 80ºC deki 20 gr su karıştırılırsa karışımın son sıcaklığı karışımın son sıcaklığı
kaç ºC olur ( csu = 1 )
Çözüm :
QAlınan = QVerilen
m1 csu ( t – t1 ) =m2 csu ( t2 – t )
5 1 ( t – 10 ) = 20 1 ( 80 – t )
5 t – 50 = 1600 – 20 t
5 t + 20 t =1600 + 50 25 t =1650 den t = 1650 / 25 = 66ºC

Örnek7 : A ve B gibi iki termometre şekilde görüldüğü gibi bölmelere ayrılmıştır
a) Sıcaklık A termometresinde 70ºA olarak okunuyorsa B termometresinde kaç okunur
b) Sıcaklık B termometresinde 0ºB olarak okunuyorsa A termometresinde kaç okunur
Çözüm :
a) A - 50 = B – ( - 20) 70 – 50 = B + 20 20 = B + 20
100 50 100 50 100 50
50 20 = 100 (B + 20 ) 1000 =100 (B + 20) den B = 30 bulunur

b) A - 50 = B – ( - 20) A – 50 = 0 – (- 20 ) A – 50 = 0 + 20
100 50 100 50 100 50
50 ( A – 50 ) = 100 20 50 ( A – 50 ) = 2000
50 A – 2500 = 2000 50 A = 4500 A= 4500 / 50 den
A = 90 bulunur

Örnek8 : Hangi sıcaklık derecesinde Fahrenheit termometresinde okunan sayı Celsius termometresinde okunan
sayının iki katından 10 fazla olur
Çözüm : Celsius termometresinde okunan sayı X olursa Fahrenheitte okunan sayı 2X + 10 olur

C = F – 32 X = (2X + 10) - 32 X = 2X – 22 100 ( 2X – 22 ) = 180 X
100 180 100 180 100 180

200 X – 2200 = 180 X 200X – 180X = 2200 20X = 2200 X = 2200 / 20 = 110ºC

Örnek9 : Isınma ısısı 0,2 Cal/goC olan bir maddeden yapılmış 200 gramlık bir kapta ısınma ısısı 0,6 Cal/goC
olan bir sıvıdan 100 gram bulunmaktadır Bu kaba 2 Kkalori ısı verildiğinde sıcaklığında ne kadar
değişme olur
Çözüm :
Q = Qsıvı + Qkap
2000 =100 0,6 Δt + 200 0,2 Δt 2000= 60 Δt + 40 Δt 2000 =100 Δt Δt =2000/100= 20ºC

Örnek10 : Kütlesi 300 gr öz ısısı 0,3 cal /g ºC olan 20ºC deki bir sıvı ile kütlesi 50 gr öz ısısı 1,2 cal /gºC
olan sıcak bir sıvı karıştırıldığında karışımın denge sıcaklığı 30ºC olduğuna göre sıcak sıvının
karışımdan önceki sıcaklığı kaç ºC dir
Çözüm : Alınan ısı = Verilen ısı
300 0,3 (30 – 20 ) = 50 1,2 ( t2 – 30 )
90 10 = 60 (t2 – 30 ) 15 = t2 – 30 15 + 45 = t2 t2 = 45oC

Örnek11 : Isıca yalıtılmış kaba bağlı musluklar birim zamanda eşit miktarda su akıtmaktadır A musluğundan
gelen suyun sıcaklığı 60ºC , B den geleninki de 20ºC dir İki musluk da açılarak kabın yarısı
doldurulduktan sonra A musluğu kapatılıyor Kap tümüyle dolup içinde denge sağlanınca sıcaklık kaç ºC olur
Çözüm : m1 = m2 = m alınsın (kabın yarısı dolunca )
Alınan ısı = Verilen ısı
m c (tY – tB ) = m c (tA - tY )
m c ( tY – 20 ) = m c ( 60 – tY ) tY – 20 = 60 – tY 2 tY = 80 tY = 80 / 2 tY = 40ºC olur

m1 + m2 = m3 = m olsun ( Kabın tamamı dolunca )
Alınan ısı = Verilen ısı
m3 c ( tT – tB ) = (m1 + m2 ) c (tY – tT )
m3 c ( tT - 20 ) = (m1 + m2 ) c ( 40 – tT ) tT – 20 = 40 – tT 2 tT = 60 tT = 60 / 2 tT = 30ºC olur
Örnek12 : Öz ısısı 0,2 cal /g ºC olan maddeden yapılmış 2 kg’lık bir kapta ısınma öz ısısı 0,6 cal /g ºC olan
1,5 kg’lık bir sıvı bulunmaktadır Kaba 26 kCal ısı verildiğinde sıcaklığındaki değişme ne kadar
olur ?
Çözüm :
Q = Qsıvı + Qkap
26000 = 1500 0,6 Δt + 2000 0,2 Δt
26000 = 900 Δt + 400 Δt 26000 = 1300 Δt Δt = 26000 / 1300 = 20ºC

Örnek13 : 18ºC deki su ile 70ºC deki sıvı karıştırıldığında karışımın denge sıcaklığı 30ºC oluyor Sıvının
öz ısısı 0,6 Cal / gºC olduğuna göre suyun kütlesinin sıvının kütlesine oranı nedir ?
Çözüm :
Q1 = Q2
msu csu ( t – tsu ) = msıvı csıvı ( tsıvı – t )
msu 1 (30 – 18 ) = msıvı 0,6 ( 70 – 30 )
12 msu = 24 msıvı msu / msıvı = 24 / 12 = 2

Örnek14 : Isı sığası 400 cal/ ºC olan bir kapta 20ºC de 600 gram su bulunmaktadır Suyun sıcaklığını 50ºC ye
çıkarmak için kaba verilmesi gereken ısıyı bulun ( csu =1 )
Çözüm :
Q = Qsu + Qkap
Q = 600 1 ( 50 – 20 ) + 400 ( 50 – 20 )
Q = 18000 + 12000 = 30000 = 3 104 cal

Örnek15 :
Katı bir cismin sıcaklık – ısı grafiği şekildeki gibidir Tamamen sıvı hale dönüşen bu maddenin erime ısısı 20 cal / g olduğuna göre öz ısısı ne kadardır

Çözüm : 300 – 200 = 100 cal 100 = m Le
100 = m 20 den m = 100 / 20 = 5 gram

200 = m c Δt 200 = 5 c [ 80 – ( - 20) ]
200 = 5 c 100 c = 200 / 500 = 2 / 5 = 0,4 cal/gºC

Örnek16 : 10 gram suyun sıcaklığını 50oF den 140oF ye çıkarmak için ne kadar ısı gerekir( csu = 1 Cal /goC )

Çözüm :
F1 = 1,8 C1 + 32 den 50 = 1,8C1 + 32 50 – 32 = 1,8 C1 C1 = 18 /1,8 = 10
F2 = 1,8 C2 + 32 den 140 = 1,8 C2 + 32 140 – 32 = 1,8 C2 C2= 108 / 1,8 = 60
t1 = 10 t2 = 60 Q = mc Δt =10 1 ( 60 – 10 ) =10 50 = 500 cal

Örnek17 : Bir X termometresinde su 100oX de erimekte ve 20oC yi de 140oX olarak göstermektedir Bu X termometresinde suyun kaynama noktası ne kadardır

Çözüm :
C = X – X1 20 /100 = 140 -100 1/ 5 = 40 / X2 – 100 den X2 = 300 olur
100 X2 – X1 X2 - 100

Örnek18S AKÇAY : Öz ısısı 0,3 Cal/goC olan 200 gramlık bir kabın içerisinde 0oC de 100 g buz vardır Buzun sıcaklığını 30oC ye çıkarmak için kaba verilmesi gereken ısıyı bulun ( cSu = 1 Le(Buz) = 80 )
Çözüm :
Q = Qkap + QSu + QHal = mkap ckapΔt + mSucSu Δt + mbuz Le(buz)
Q = 2000,3 ( 30 – 0 ) + 1001 ( 30 – 0) + 100 80 =60 30 + 100 30 + 800 =12800 cal

Örnek19 : Boş bir kabı 10oC de su akıtan A musluğu 2 dakikada doldurabiliyor Aynı boş kabı 80oC de su akıtan B musluğu ise 8 dakikada doldurabiliyor Her iki musluk aynı anda açılıp kap tamamen dolunca denge sıcaklığı kaç oC olur ( dsu = 1 , csu = 1 )
Çözüm : Her iki musluk aynı anda açıldığında
1 / 2 + 1 / 8 = 1 / X 5 / 8 = 1 / X ten X = 8 / 5 dakikada doldurur
Kabın hacmi V olsun :
A musluğu 2 dakikada V hacmini doldurursa
" " 8/5 " X " "

X = 4 / 5 V olur yani VA = 4 / 5 V olur

B musluğu 8 dakikada V hacmini doldurursa
" " 8/5 " X " "

X = 1 / 5 V olur VB = 1 / 5 V olur

mA = VA dsu = 4/5 V 1 = 4 / 5 V
mB = VB dsu = 1/5 V1 = 1 / 5 V

karışımın sıcaklığı t olsun A musluğundaki suyun sıcaklığı tA B ninkide tB olsun
Alınan ısı = Verilen ısı
mA csu ( t – tA ) = mB csu ( tB – t )
4/5 V 1 ( t – 10 ) = 1/5 V 1 ( 80 – t )
4 ( t – 10 ) = 80 – t
4t – 40 = 80 – t
5t = 120 den t = 120 / 5 t = 24 oC olur

Örnek20 : Bir X termometresinde su - 50oX de donmakta ve 150oX de ise kaynamaktadır Bir Y termometresinde su 100oY de donmakta ve 30oX yi 220oY olarak göstermektedir Buna göre Y termometresinde suyun kaynama sıcaklığı kaç oY dir
Çözüm :
X – X1 = Y – Y1 30 – ( -50) = 220 – 100 80 = 120
X2 –X1 Y2 – Y1 150 – ( -50) Y2 – 100 200 Y2- 100

Y2 = 400oY olur