Sıcaklıkla Hal Değişimi Arasındaki İlişki Nedir? Sıcaklıkla İlgili Hal Değişimi Nedir

Sıcaklıkla Hal değişimi Arasındaki İlişki Nedir? Sıcaklıkla İlgili Hal Değişimi Nedir
Sıcaklıkla Hal değişimi Arasındaki İlişki Nedir? Sıcaklıkla İlgili Hal Değişimi Nedir
Bilindiği gibi maddeler doğada katı, sıvı veya gaz hallerinden birinde bulunurlar Bir maddenin
bu hallerden birinde bulunması sıcaklık ve basınca bağlıdır Örneğin su, 1 atmosfer
basınç altında, O°C den düşük sıcaklıklarda katı halde (buz), O°C ile 100°C arasında
sıvı ve 100°C nin üzerinde de gaz halinde bulunur
Katı haldeki maddelerin belirli bir hacim ve biçimleri varken, sıvıların hacimleri belirli
olup biçimleri bulundukları kaba göre değişir Oysa gazların ne hacimleri ne de biçimleri
belirli olmayıp, bulundukları kabın hacim ve biçimini alırlar
Yerküre üzerinde soluk alıp veren her canlı, dünyayı çepeçevre saran ve ismine atmosfer
dediğimiz, yerden yaklaşık 1000 kilometre yüksekliğe kadar çıkan bir gaz okyanusu
içinde yaşamaktadır Bu gaz okyanusunu oluşturan hava bir gaz karışımıdır Öte yandan
spreylerde, balonlarda, araçların lastiklerinde ve frenleme düzenlerinde, mutfaklardaki
tüpgazlarda vb gazlar insanlarca uzun zamandır kullanılagelmektedir Maddenin gaz halinin
yaşamı-mızda önemli bir yeri vardır Bu ünitenin konusunu da genel özellikleriyle gazlar
oluşturmaktadır

Hal Değiştirme

Bir maddenin katı, sıvı ve gaz halleri arasında geçişler yapmasına hal değiştirme denir
Erime: Bir maddenin katı halden sıvı hale geçmesine erime, erimenin meydana geldiği sıcaklığa erime sıcaklığı denir

Donma: Bir maddenin sıvı halden katı hale geçmesine donma, donmanın meydana geldiği sıcaklığa donma sıcaklığı denir

Kaynama: Bir maddenin sıvı halden gaz hale geçmesine kaynama, kaynamanın meydana geldiği sıcaklığa kaynama sıcaklığı denir Kaynama ile buharlaşma aynı şey değildir Buharlaşma her sıcaklıkta olurken kaynama belirli bir sıcaklıkta olur Kaynama buharlaşmanın en yoğun olduğu andır

Yoğunlaşma: Bir maddenin gaz halden sıvı hale geçmesine yoğunlaşma, yoğunlaşmanın meydana geldiği sıcaklığa yoğunlaşma sıcaklığı denir

Süblimleşme: bir katının sıvı hale geçmeden gaz hale geçmesine süblimleşme denir Naftalin ve tuvaletlerde kullanılan katı koku gidericiler buna örnektir
Hal değiştirme ısısı:: 1gram maddeyi bir halden başka bir hale geçirmek için ona verilmesi veya ondan alınması gereken ısıdır

Eğer madde eriyorsa erime ısısı(Le), kaynıyorsa kaynama ısısı(Lk) adını alırÖzısı(c): 1 maddenin 1gramının sıcaklığını 1°C değiştirmek için ona verilmesi veya ondan alınması gereken ısıdır

Hal değişimi sırasında erime ve kaynama noktalarında bir süre sıcaklık değişmez alınan ısı moleküllerin arasındaki bağları çözmek için harcanır Bu noktalarda harcanan enerji aşağıdaki gibi hesaplanır

Q = mL

Q = ısı
m = kütle
L = Bu harlaşma yada erime erime ısı

Hal değişiminde yukarıda anlatılan süre dışında harcanan ısı enerjisi miktarı aşağıdaki formül ile hesaplanır
Q=mcΔt

Q = ısı
m = kütle
c = öz ısı
Δt = sıcaklık değişimi

Hal Değiştirme İle İlgili Özellikler:

1 Hal değiştirme süresince sıcaklık sabit kalır

2 Bir madde için ;
erime sıcaklığı=donma sıcaklığı
kaynama sıcaklığı=yoğunlaşma sıcaklığı
erime ısısı=donma ısısı
kaynama ısısı=yoğunlaşma ısısı’dır

3 Her maddenin belirli bir basınç altında belirli bir erime noktası vardır Erime sırasında hacmi artan maddeler de donma noktası basıncın artmasıyla artar Erime sırasında hacmi azalan maddelerin donma noktası basıncın artmasıyla azalır, yani daha düşük sıcaklıklarda donar Buzun üzerine basıldığında 0°C den daha düşük sıcaklıklarda da erimesi buna örnektir

4 Her sıvının belirli bir basınç altında belirli bir kaynama noktası vardır Basınç azaldıkça kaynama noktası düşer Çünkü kaynama buhar basıncı ile dış ortam basıncın eşitlendiği anda başlar Yükseklere çıkıldıkça atmosfer basıncı azaldığından kaynama noktası düşer

5 Isı çoğaldıkça buharlaşma kolaylaşır

6 Hava akımı buharlaşmayı kolaylaştırır

7 Sıvı yüzeyi genişledikçe buharlaşma kolaylaşır

8 Basınç azaldıkça buharlaşma kolaylaşır

9 Erime, donma, kaynama, yoğunlaşma sıcaklıkları, özısı, hal değiştirme ısıları maddenin ayırt edici özelliklerindendir

Isınan Maddelerde Genleşme

Genleşme genişleme anlamından gelir Sıcaklığı artırılan bir cismin uzunluk ya da hacminin değişmesi olayıdır Katıları, sıvıları ya da gazları oluşturan
tanecikler, ortalama konumları çevresinde sürekli çalkalanma halindedirler Bu cisimlerden birine ısı biçiminde enerji verilirse, bu enerji kinetik enerji ye dönüşür; dolayısıyla, kinetik enerjisi artan tanecikler daha şiddetle çalkalanır ve daha geniş alana yayılmaya çalışırlar; yani sıcaklığı yükselen cisim (katı,sıvı, gaz) aynı zamanda genleşir

KATILARDA GENLEŞME

Dışarıdan ısı alan maddenin taneciklerinin kinetik enerjisi, dolayısıyla taneciklerin titreşim hızı artar Tanecikler birbirinden uzaklaşmaya başlar Bu olay genleşme adı ile anılır Tersine olarak madde dışarıya ısı verdiğinde (madde soğutulduğunda) maddenin taneciklerinin kinetik enerjisi, dolayısıyla taneciklerin titreşim hızı azalır ve maddenin hacmi küçülür

Maddelerin genleşmesi ya da tersine büzülmesi sırasında büyük kuvvetlerin ortaya çıkması, tren raylarında, köprü gibi yapılarda hasarlara neden olmaktadır Bu yüzden tren yaylarının eklenti yerlerinde boşluklar bırakılır, köprüler demir makaralar üzerine oturtulur Çevremizdeki bu tür yapıları gözlemleyerek genleşme ile ilgili bir çok örnekler bulabiliriz
BOYCA UZAMA Bir metal çubuğun ısıtılmadan önceki ilk boyu, l0 olsun Bu metal çubuğu ısıttığımızda boyu uzayarak son boyu l olur Boyca uzama miktarı (Δl);

ΔL =l-l0 = L0λΔt bağıntısıyla bulunur

Burada, l0 :Metalin ilk boyu
λ:Metalin boyca genleşme katsayısı
Δt = tson-tilk:Metalin ısıtılmadan önceki sıcaklığı ile ısıtıldıktan sonraki sıcaklığının farkıdır

YÜZEYCE GENLEŞME Bir metal levhanın ısıtılmadan önceki ilk yüzeyi S0 olsun Bu metal levhayı ısıttığımızda, yüzey artarak son yüzeyi S olur

ΔS = S-S02 λΔt bağıntısıyla hesap edilir

Burada;
S0:Metalin ilk yüzü
2λ:Yüzeyce genleşme katsayısı (Boyca genleşmenin iki katıdır)
Δt = tson-tilk : sıcaklık farkıdır

HACİMCE GENLEŞME Metal bir kürenin ısıtılmadan önceki ilk hacmi V0 olsunBu metal küreyi ısıttığımızda son hacmi V olur Hacimce genleşme miktarı ΔV,

ΔV = V-V0 =V03λΔt bağıntısıyla hesap edilirBurada;
V0:Metal kürenin ilk hacmi
3λ:Hacimce genleşme katsayısı (Dikkat edilirse boyca genleşme katsayısının üç katıdır)
Δt = tson-tilk : Sıcaklık farkıdır

SIVILARDA GENLEŞME

Katı maddelerin genleşmelerini gördük, benim aklıma şu soru geldi, peki sıvı maddelerde de genleşme olur mu? Tabi ki olur şimdi birlikte bu konuyu işleyelim Öncelikle şu sorulara cevap bulmaya çalışalım Ağzına kadar dolu bir çaydanlık ısıtıldıkça neden taşar?

Termometrelerde cıva veya alkol seviyesi sıcaklık değişmelerinde neden yükselip alçalır?

Bu ve bunun gibi sorulara, bilimsel alarak daha iyi cevaplar verebilmemiz için, sıvıların davranışlarını incelememiz gerekir Ama bir sorunumuz var Sıvıların ısıtılmadaki davranışlarını, katılarda olduğu gibi inceleyemeyiz Çünkü, sıvıları katılar gibi şekillendirmek, örneğin boru haline getirmek imkansızdır Bu yüzden, sıvıların, bir kap içinde incelenmeleri gerekir

Sıvıların genleşmesinden sıvılı termometrelerde, sıcak su kazanlarında, termosifonlarda ve kalorifer sistemlerinde yararlanılır Sıvıların genleşme miktarı aşağıdaki bağıntı ile hesaplanır

ΔV = V a Δt

Bağıntıda ΔV sıvının hacimce genleşme miktarı, V sıvının ilk hacmi, a sıvının hacimce genleşme katsayısıdır GAZLARDA GENLEŞME

Şimdi de gazların ısı etkisiyle genleşmelerini ele alalım Şu soruları cevaplamaya çalışalım Soba üzerinde tutulan şişirilmiş bir balon niçin büyür ve hatta patlar? 1783 yılında Montgolfier kardeşler, balonlarını uçurabilmek için, balonun açık alt kısmında ateş yakmışlardır Niçin? Bu sorulara bulacağımız cevaplar bize, gazlarda da hacmin, katı ve sıvılarda olduğu gibi sıcaklıkla arttığı kanısını vermekte
Sıcaklıkla genleşme, gazdan gaza değişmemektedir

METAL ÇİFTİ

Farklı metallerden yapılmış eşit uzunluktaki iki çubuk bir birine perçinlenerek metal çifti yapılabilir Bu iki çubuk, perçinli oldukları için ısıtıldıklarında bağımsız olarak hareket edemezler Fakat uzama katsayıları bir birinden farklı oldukları için biri diğeri üzerine bükülür

Metal çiftlerinin birçok kullanım alanları vardır Bunların en önemlisi elektrik termostatlarıdır Termostat sıcaklığı kontrol altına alarak sabit bir değerde tutmaya yarayan bir alettir Elektrikli şofben, elektrikli ütü, evlerdeki radyatör türü ısıtıcılar termostatlı aletlerdir

Bu aletlerde sıcaklık arttığında metal çifti bükülür ve devreyi keser Bir süre soğuyunca metal çifti soğuyarak eski durumuna gelir ve devreyi tamamlar Isıtıcı çalışmaya başlar Böylece aletin sabit sıcaklıkta çalışması sağlanır

Yangın alarmlarında sıcaklık arttığında metal çifti yukarı bükülerek elektrik devresini kapatır ve zil çalar Aynı zamanda metal termometrelerde ve flaşörlerde metal çiftleri kullanılarak yapılan araçlardır