Isıölçüm

ISIÖLÇÜM a Çeşitli olayların oluşumuna katılan ısı miktarlarını ölçme

—ansikl Isıölçüm aşağıdaki ilkelere dayanır:

1 Ters dönüşümler ilkesi: ters yönde gerçekleşen iki dönüşüm sırasında bir sistemin aldığı ısı miktarları birbirine eşit ve ters işaretlidir

2 Isı alışverişlerinin eşitliği ilkesi: ısıl bakımdan yalıtılmış bir sistemin iki bölümünün birbirine etkisi yalnız sıcaklıklarının farkından kaynaklanıyorsa, bölümlerden birinin aldığı ısı miktarı ötekinin verdiği ısı miktarına eşittir

Isıölçümde karşılaşılan temel güçlük, sistemle çevre arasında ışıma, iletim ya da taşınım sonucu oluşan parazit ısı alışverişlerinden kaynaklanır Bu alışverişler yansıtıcı çeperler ve yalıtkan destekler kullanarak sınırlandırılır; olanak varsa vakumda çalışılır ve dış kap sistemle aynı sıcaklıkta tutulur (adiyabatik ısıölçüm)
Temel ısıölçüm yöntemleri üç grupta toplanabilir

BİRİNCİ GRUP

—Sıcaklık değişimleri yöntemi Evrim geçiren sistem bir ısıölçüm maddesiyle çevrilir; bu madde genellikle kütlesi M, özgül ısısı c ve başlangıç sıcaklığı f, olan sudan oluşur Dolayısıyla Q'yü bulmak için su kütlesindeki sıcaklık değişimini ölçmek gerekir Su yerine ısıölçüm maddesi olarak özgül ısısı bilinen, daha az uçucu bir sıvı (yağ) ya da iletken bir katı kullanılabilir

Isıölçümde kullanılan aygıta ısıölçer denir Berthelot ısıölçeri'nde ana bölüm M, su kütlesidir; suyun içine bir sıcaklıkölçer ile sıcaklığı kısa sürede düzgün olarak dağıtma işlevi gören bir karıştırıcı daldırılmıştır; sistemin tümü parlak metal bir kap içinde yer alır Metal ısıölçerler'de ısı yalıtımı Dewar kabı'yla sağlanır Metal blok (bakır, alüminyum) ölçülecek ısı miktarını alır; bloğun sıcaklığındaki değişme termoelektrik çiftle ölçülür
İKİNCİ GRUR

—Faz geçişlerini kullanan ısıölçüm yöntemleri Ölçülecek ısı miktarı yukarıdaki yöntemlerde anlatıldığı gibi ısıölçüm maddesinin sıcaklık değişimi yerine kütlesi bilinen bir arı maddenin değişmez sıcaklıkta hal değişimine başvurur (örneğin buz kütlesinin erimesi, sıvı kütlesinin buharlaşması)

Isı miktarı faz değişimine uğrayan kütleyle orantılıdır Bu büyüklük yani faz değişimine uğrayan kütle ya da onunla orantılı bir başka büyüklük ölçülerek sözkonusu ısı miktarı bulunabilir Faz değişimine uğrayan kütleyi belirlemede kullanılan yöntemlerden biri de değişmez basınçta sistemin tümünün (buz + sıvı, sıvı + buhar) hacminde doğan değişmeyi ölçmeye dayanır

ÜÇÜNCÜ GRUR -Elektriksel ısıölçüm yöntemleri Q ısı miktarı belirli bir dönüşüme yol açar Aynı dönüşüm yalnızca bir W elektrik enerjisi harcayarak gerçekleştirilebilir; bu enerji belirlenecek ısı miktarına eşittir

Elektrik enerjisi genellikle bir reziztans-tan akım geçirerek elde edilir Elektrik enerjisi miktarı reziztansa paralel bağlanan ve uçları arasındaki V gerilimini veren bir gerilimölçer ile reziztansa seri bağlanan ve I akım şiddetini veren bir ampera) Bir katının özgül ısısını ölçme Aşağıdaki yöntem çok düşük sıoaklıklardaki özgül ısıları ölçmede kullanılır: kütesi m olan metal blok içine açılmış bir yuvaya hem ısıtıcı hem de sıcaklıkölçer işlevi gören platin bir rezistans yerleştirilir; bu blok akımın rezistansa giriş ve çıkış tellerine asılarak bir vakum kabına yerleştirilir; sıvılaştırılmış bir gazdan (hidrojen ya da helyum) oluşmuş bir termostat başlangıçta bloğa çok düşük bir sıcaklık sağlar

Bir x zamanı boyunca rezistansa akım verilir ve harcanan W elektrik enerjisi ölçülür Platin telin akım geçişinden önce ve sonraki direnci ölçülerek blokun i, başlangıç sıcaklığı ile f2 son sıcaklığı bulunur Böylece c özgül ısısı, mc(t2 -f,) = W eşitliğiyle elde edilir

b) Bir akışkanın özgül ısısını ölçme İçi boş bir alanda bulunan metal bir tüp içinde akışkan, m kğ/sn gibi değişmez bir debiyle akar Akışkanla doğrudan temas halindeki bir rezistanstan elektrik akımı geçirilerek P elektrik gücü serbest bırakılır Akışkanın f, giriş sıcaklığı ile t2 çıkış sıcaklığının sabit kaldığı sürekli bir rejim oluşur Bu sıcaklıklar rezistanslı sıcaklıkölçerlerle ölçülür Böylece c özgül ısısı, mc(t2 -f,) = P formülüyle bulunur

c) Bir sıvının buharlaşma gizli ısısını ölçme Sıvı, üst bölümünden eksenel bir tüp taşıyan bir kaba daldırılmış bir rezistanstan geçirilen elektrik akımıyla kaynar halde tutulur Su buharı eksenel tüpten çıkar ve aynı yapay atmosferle bağlantılı C, ya da C2 kondansörüne ulaşır; bu atmosferin basıncı kaynama sıcaklığını belirler Kaynama başlangıcında buhar C, kon-dansöründe yoğuşur; sürekli rejim kurulduğunda, buhar bir muslukla C2'ye gönderilir Sürekli rejimde belli bir süre boyunca rezistansta harcanan W elektrik enerjisi ölçülür ve C2'de yoğuşan su alınarak tartılır Sıvının kütlesi m ve buharlaşma gizli ısısı L ile gösterilirse, mL = W bağıntısı elde edilir

d) Peltier etkisini kullanan elektriksel ısıölçüm iki metalin kaynak noktasından akım geçirilirse, işareti akım yönüne bağlı ve büyüklüğü akım yeğinliğiyle (Peltier etkisi) orantılı bir enerji oluşur Dolayısıyla işareti ne olursa olsun ısı miktarı eşdeğer enerjiden yararlanarak Peltier etkisiyle dengelenebilir ve ölçülebilir Akımın yeğinliğinin karesiyle orantılı olan Joule etkisinin, Peltier etkisini örtmemesi için akımın yeğinliğini düşük tutmak gerekir Nitekim bu yöntemde ancak düşük miktarda ısı dengelenebilir Demek ki Peltier etkisi ısıyı ancak mikroısıölçüm düzeyinde (organik kimyada tepkime sıcaklıkları, biyolojide ısıl olaylar vb) değerlendirmede kullanılabilir