Fizik projesi

ISI

Isı ve Sıcaklık Kapsamlı Konu Anlatımı yazımıza önce Isı kavramını tanıyarak başlayalım. Aslında ısı tanımlaması zor bir kavramdır. Isıyla ilgili bilmemiz gereken şey bir enerji çeşidi olmasıdır. Bu enerji hem diğer enerjilere dönüşebilir hem de diğer enerji türlerinin dönüşmesiyle ortaya çıkabilir.

Termodinamiğin en önemli kavramlarından biri de ısıdır. Isı, belirli sıcaklıktaki bir cismin, daha düşük sıcaklıktaki bir cisme, sıcaklık farkı nedeniyle aktarılan enerjidir. Isı da iş gibi bir enerji aktarım biçimidir. Isı ve iş hiçbir cisimde depo edilemez, ancak sistem sınırlarında ve geçiş halinde iken belirlenebilir. Bir başka deyişle, ısı ve iş geçiş halindeki enerjilerdir.

Isı birimi iş birimi ile aynıdır, yani joule (J) dür. Eski bir alışkanlık olarak calorie (cal) de kullanılmaktadır. 1 calorie, 1gram suyun sıcaklığını 14,5°C ‘den 15,5°C ‘ye yükseltmek için gerekli olan ısı miktarıdır. 1 calorie = 4,187 joule dür.

Isı türetilmiş bir büyüklüktür ve skalerdir, Q simgesiyle gösterilir.

Enerjinin aktarılma sürecidir. Enerji değişiminden bahsedebiliriz ama ısı değişiminden bahsedemeyiz.

Isı doğrudan ölçülemez, ama kalorimetre kabıyla yapılan ölçümlerle hesaplanır.

İç enerji: Maddeyi meydana getiren moleküllerin titreşimlerinden kaynaklanan kinetik enerjinin ve moleküler arası çekim kuvvetleri dolayısıyla sahip oldukları potansiyel enerjileri toplamına iç enerji denir.

Öz ısı (özgül ısı): Bir maddenin özgül ısısı, o maddenin 1 kg ‘lık kütlesinin sıcaklığını 1 K artırmak için gerekli ısıdır. Ya da 1gr’lık kütlenin sıcaklığını 1C’e artırmak için gerekli olan ısıdır.

SICAKLIK

Çokça kullanılan bir kavram olduğu halde, sıcaklığın tam bir tanımını yapmak oldukça güçtür. Bir cismin ya da ortamın moleküllerinin sahip olduğu ortalama kinetik enerjinin ölçüsüdür. Bu sıcaklığın en bilinen tanımıdır.

Temel bir büyüklüktür. T harfi ile gösterilir. Birimi Kelvindir.

Sıcaklık termometre denilen aletlerle ölçülür. Birçok termometre çeşidi vardır. Ancak bunlara girmeden sıcaklığın ölçüm mekanizmasını anlamak gerekir.

Moleküllerin kinetik enerjisinin 0 olması durumunda hareket ve yaşam durur. Bu noktaya bilim insanları mutlak sıfır demişlerdir. Mutlak sıfırın ölçüsüne de 0 Kelvin (K) denmiştir.

Moleküller hareket etmeye başladıklarında Kelvin değeri yavaş yavaş yukarı çıkmaktadır. Ancak 0 Kelvin aşarı soğuk bir nokta olduğu için burada ölçüm yapmak zordur. Bu nedenle bilim adamları kullanım kolaylığı sağlamak açısından başka termometreler de geliştirmişlerdir.

Isı ve Sıcaklık Arasındaki Farklar

Isı bir enerji türüdür. Sıcaklık ise bir ölçümdür.

Sıcaklık temel bir büyüklük, ısı ise türetilmiş büyüklüktür.

Isının birimi joule, sıcaklığın ise Kelvin’dir.

Isı moleküllerin toplam enerjisiyle ilişkidir. Sıcaklık ise ortalama kinetik enerji demektir.

Isı, madde miktarına bağlıdır, sıcaklık ise madde miktarında bağlı değildir.

CIVALI TERMOMETRE

Cıvalı termometre de vücut ısımızı ölçer ancak dijital termometrenin ölçtüğü süreden daha fazla sürede bu işi görmektedir en fazla beş ya da on dakikada ölçer ama dijital termometre ise bir ya da iki dakikada ölçebilir Aynı zamanda vücut termometresi şeklinde de söylenmektedir.

METAL TERMOMETRE

Cıvalı ve alkollü termometrelerin ölçemediği yüksek sıcaklıkları ölçmede kullanılır. Fırın ve fabrikalarda 1600 °C ye kadar olan yüksek sıcaklıkları ölçebilir.

SIVILI TERMOMETRE

Sıvılı termometreler cıva ve renklendirilmiş alkol kullanılarak yapılan termometrelerdir. Termometrelerin ölçüm yapabilecekleri sıcaklık aralıkları vardır. Bu sıcaklık aralığı termometrede kullanılan Sıvının donma ve kaynama sıcaklıkları arasıdır. Sıvılı bir termometre yapılırken şunlara dikkat edilmelidir.

Kullanılan kılcal borunun kesit alanı: Boru ne kadar dar olursa sıvı o kadar rahat yükselir. Böylece daha hassas ölçümler yapılabilir.

Sıvının cinsi: Genleşme katsayısı yüksek olan sıvı küçük sıcaklık değişimlerine duyarlıdır. Hassas ölçümler için cıvanın tercih edilmesinin nedeni budur.

Sıvının konulduğu haznenin büyüklüğü: Hazne ne kadar büyük olursa o kadar çok sıvı konulabilir. Böylece daha duyarlı ölçüm yapılabilir.

Bölme sayısı: Termometrenin bölmeleri artırılarak ondalıklı 11,2 °C gibi sıcaklıklar ölçülebilir.

Yer çekimi sıvıların genleşmesini etkilemez, bu nedenle sıcaklık ölçümünün duyarlılığıyla ilgisi yoktur. Sıvılı termometreler uzayda da çalışır.

GAZLI TERMOMETRE

Gazlar, sıvılara göre, sıvılarda da katı maddelere göre sıcaklığa karşı daha duyarlıdır. Bu nedenle gazlı termometreler çok hassas sıcaklık ölçümlerinde kullanılır

Termometrelerde Kullanılan Birimler

Sıcaklık ölçmeye yarayan alet olarak ifade edebiliriz. Termometreler suyun donma ve kaynama noktaları esas alınarak ölçeklendirilirler.

Normal atmosfer basıncında bu iki nokta arasındaki mesafe Celsius termometresinde 100 eşit parçaya bölünür. Bunların her biri bir Centigrad’ı (1 °C) gösterir.

Fahrenheit ölçüsündeyse bu 180 eşit parçaya bölünür. Bunların her biriyse Fahrenheit’i (1 °F) gösterir. Bu ölçümde, suyun donma ve kaynama noktası sırayla 32 °F ve 212 °F olarak belirlenir.

Réaumur ölçümündeyse bu noktalar 0°R ve 80°R olarak isimlendirilir. Ara da 80 parçaya bölünür. Cıva -39 °C’de donduğu için çok düşük sıcaklıkların ölçümü için uygun değildir. Bu tür olanlar donma noktası düşük olan renkli alkolle doldurulmuştur.

Ulaşılabilecek en düşük sıcaklık mutlak sıfır olup, -273,16 °C’dir. Mutlak sıfırdan başlayan bir ölçü de Kelvin’dir, yani -273,16 °C = 0K’dır.

Isının Hesaplanması

Isıyı kalorimetre kabı ile ölçüyorduk bunun yanında formüller kullanarak da hesabını yapabiliriz. Bu formülleri kullanırken maddenin hal değiştirip değiştirmediğine bakmamız gerekir. Hal değişimi yok ise  Q=m.c.∆T hal değişimi var ise Q=m.l formülleri kullanılarak hesaplanabilir.

Öz ısı(c): saf bir maddenin 1 gramının sıcaklığını 1˚C değiştirmek için gerekli olan ısı miktarı.

Isı sığası(m.c): maddenin sıcaklığını 1˚C değiştiren ısı miktarına denir.

Isı Alış Verişi

Isıca yalıtılmış bir ortamda bir araya konulan sıcaklıkları farklı maddeler arasında ısı alış verişi olur. Daha öncede açıklandığı gibi yalnız cisimler arasında ısı alış verişi var ise, alınan ısı verilen ısıya eşittir. Isı akışı sıcak cisimden soğuk cisme doğru olur.

Q_alınan = Q_verilen

Hal Değişimi

Katılar ısıtılınca molekülleri hızlanır, aralarındaki bağlar gevşer ve sıvılaşır. Sıvı molekülleri arasındaki bağlar ise koparak serbest hale gelir yani gaz haline geçer. Bu olayların tersi de meydana gelir. Gaz halindeki bir maddeden ısı alınırsa molekülleri birbirine bağlanmaya başlar ve dolayısıyla sıvılaşmaya geçerler. Sıvı halindeki bir maddeden de yeteri kadar ısı alınırsa molekülleri arasındaki mesafe azalır ve bağ kuvvetlenir. Bu olaylara hal değişimi denir. Hal değişimi olaylarında kinetik enerji değişmemekle beraber potansiyel enerji değişir.

Eğer bir maddeye ısı verildiği halde sıcaklığı değişmiyorsa madde hal değiştiriyor demektir. Madde hal değiştirirken sıcaklığı değişmez, verilen ısı enerjisi maddenin moleküller arasındaki bağları kopararak hal değiştirmesinde harcanır.

Resimde maddenin üç halini göstermiş bulunmaktayız. maddenin dördüncü hali olan plazma haline geçiş ise şöyledir: gazdan plazma haline geçiş iyonizasyon, plazma halinden gaz haline geçiş ise deiyonizasyon olarak isimlendirilir

Hal değişim sırasında maddelerin hacminde de değişme olur.

Hal değişimi esnasında maddenin sıcaklığı değişmez.

Erime ve Donma

Maddelerin katı halden sıvı hale geçmesine erime, sıvı halden katı hale geçmesine de donma denir.

Katı haldeki bir maddeye ısı verildiğinde sıcaklığı artar. Sıcaklığındaki artış miktarı Q = m.c. ∆T bağıntısı ile bulunur. Cisme ısı vermeye devam edildiğinde sıcaklık öyle bir noktaya gelir ki ısı verilmesine rağmen sıcaklığı değişmez. Bunun nedeni şöyle açıklanabilir: Isıtılan katıların molekülleri önce hızlanır. Yani kinetik enerjileri artar. Bu ise sıcaklığın artışı demektir. Isı vermeye devam ettiğimizde moleküllerin hızı öyle yükselir ki birbirlerinden uzaklaşmaya başlar. Yani erime olayı olur ve moleküller artık hızlanmazlar. Aldıkları enerjiyi birbirinden uzaklaşmak için kullanır.

Erime Isısı: Erime sıcaklığına gelmiş bir katının 1 gramının sıvı hale gelmesi için gerekli ısıya denir.

Donma Isısı: Donma sıcaklığına gelmiş bir sıvının 1 gramının donması için dışarıya vermesi gereken ısıya denir.

Alınan ya da verilen ısı, Q = m.L ifadesinden bulunur. Burada L maddenin cinsine bağlı büyüklük olup adına ‘hal değiştirme ısısı’ denir.

Erime ısısı da ayırt edici bir özelliktir. Bir maddenin erime sıcaklıkları ile donma sıcaklığı eşittir.

Erime ve Donmaya Etki Eden Faktörler

Erime ve donma sıcaklığı normal

şartlarda sabittir. Eğer basınç ve maddenin saflığı değiştirilirse, maddelerin erime ve donma sıcaklığı da değişir.

Basıncın Erime ve Donmaya Etkisi

Basınç, birim yüzeye etkiyen dik kuvvet olduğundan, maddenin moleküllerini bir arada tutarak dağılmasını önleme yönünde etki eder. Erirken hacmi artan maddeler için, basıncın artması erimeyi zorlaştırdığı için erime noktası yükselir. Basıncın azalması ise, erime noktasını düşürür. Basıncın artması, hacmin küçülmesine yardımcı olduğu için erime sıcaklığı azalır. Erirken hacmi küçülen maddeler için basıncın azalması erime sıcaklığını yükseltir.

Safsızlığın Erime ve Donmaya Etkisi

Saf bir maddenin içine başka bir madde karıştırılırsa, maddenin saflığı bozulur. Saf olmayan bu karışımın, saf maddeye göre erime ve donma sıcaklığı değişir.

KAYNAKÇA:https://www.ourboox.com/create-edit-book/?book_ID=1127020&action=edit&updated=true