NİTE 6. MADDE ve ISI. Işıma. Konveksiyon. Katılarda. İletim. Metal Çiftleri ISI. Katılarda. Kat. Büzülme. Hal Değişimi. Sıvı. Sıvılarda. Genleşme.

Transkript

1 NİTE 6 MADDE ve ISI Işıma yayılır Konveksiyon yayılır yayılır İletim Teknolijide kullanımı Katılarda Metal Çiftleri ISI Kat haldir Katılarda Sıvı haldir Hal Değişimi neden olur Büzülme Genleşme Sıvılarda Gaz haldir uğrar Gazlarda MADDE İşlenmiş şeklidir Cisim

2 6 Giriş Etkinlikleri Tren rayları döşenirken, raylar arasında belirli boşluklar bırakılır bunun nedeni sizce ne olabilir? Yanıtlarınızı arkadaşlarınız ve öğretmeninizle tartışarak defterinize not ediniz. Ünite sonunda yanıtlarınızı yeniden değerlendiriniz. Dünya için en önemli Isı Enerjisi kaynağı nedir? Bu kaynaktan ısı bize nasıl ulaşır? Y a n ı t l a r ı n ı z ı arkadaşlarınız ve öğretmeninizle tartışarak defterinize not ediniz. Ünite sonunda yanıtlarınızı yeniden değerlendiriniz. 88

3 Madde ve Isı MADDE ve ISI Kütle, hacim, sıcaklığın maddelerin ortak özelikleri, öz kütle, donma ve kaynama noktasının ise maddelerin ayırt edici özelikleri olduğunu öğrenmiştik. Birçok madde ortak özelikler gösterdiği için birbirine oldukça benzerler. Bu tür maddeleri tanımak için hassas ölçümler yaparak, öz kütle gibi ayırt edici özeliklerini bulmak gerekir. Cisimlerin özeliklerini bilmemiz, onları gruplamamız için çok önemlidir. Gruplanan cisimler, özeliklerine göre ihtiyaç duyulduğu alanda rahatlıkla kullanılır; yüksek sıcaklıklarda kullanmak Odun maddedir için tasarlanan cisimler, erime noktası yüksek metal maddelerden üretilir. Camdan yapılan cisimler kırılgandır, o halde bu tür cisimleri kullanırken dikkatli davranmalıyız. Dikkat edilmesi gereken bir unsur da, cisim ve madde kavramlarını birbirlerine karıştırmamaktır. Madde, uzayda yer kaplayan ve kütlesi olan varlıklara denir. Cisim ise katı maddelerin şekil almış halidir. Tahta bir maddedir ama tahtadan yapılmış bir sandalye cisimdir. Cam, maddedir ama cam bardak bir cisimdir. Bu örnekleri artırmak mümkündür. Maddeler üzerinde fiziksel değişiklikler yapan en önemli olaylardan birisi Isı Enerjisi'dir. Isı Enerjisi alan ya da veren maddede değişimler, hal değiştirme veya genleşme olarak oraya çıkar. Maddeler katı, sıvı ve gaz olarak üç halde bulunurlar. Isı Enerjisi alan katı maddelerin erimesi veya sıvı maddelerin buharlaşması hal değişimidir. Günlük yaşantımızda üç halini de sıklıkla kullandığımız suyun katı haline buz, sıvı haline su ve gaz haline de su buharı denir. Madde, Isı Enerjisi aldığında sıcaklığı artar, Isı Enerjisi verdiğinde ise sıcaklığı düşer. Sandalye cisimdir 1. Madde ve cisim kavramlarını en az 2'şer örnek vererek açıklayınız. 2. Maddelerin kaç hali vardır? Her bir haldeki madde için en az 1 örnek yazınız. 3. Madde, Isı Enerjisi aldığında ve verdiğinde ne gibi değişikliklere uğrar? Kıt kaynakları değerlendirmek için geri dönüşümlü maddelerden yapılan cisimleri kullanınız. Biliyor muydunuz? Depremler, volkanlar, sel baskınları gibi doğal olaylar maddeyi değiştiren etkenler arasındadır. 89

4 6 6.1 A- Isı mı? Sıcaklık mı? Yanan bir kibritin sıcaklığı, kaloriferden daha fazladır fakat yanan kibrit, odaya kalorifer kadar ısı veremez. Örnekten de anlaşılacağı gibi ısı ile sıcaklık farklı anlamları ifade eden iki ayrı kavramdır. Bilim insanları, bir maddedeki moleküllerin kinetik enerjilerinin toplamına ısı, maddenin tek bir molekülünün sahip olduğu kinetik enerjiye de sıcaklık diyorlar. Mollekülleri aynı hızlarla hareket ediyorsa, herhangi bir bardaktaki suyun sıcaklığı ile denizdeki suyun sıcaklığı aynı olabilir. Ancak denizdeki suyun ısısı, bardaktakinden kıyaslanmayacak ölçüde büyüktür. Deniz suyunun kütlesinin yani moleküllerinin daha çok olması, toplam enerjisinin çok büyük olmasına neden olur. Isı Nasıl Yayılır? Isı Enerjisi, kaynağından ya da sıcak cisimden, iletim, konveksiyon ve ışıma olmak üzere 3 değişik yolla yayılır. 1.İletim Yoluyla Yayılma : Isıtılan bir maddenin moleküllerinin kazandığı kinetik enerjiyi, titreşim yoluyla birinden diğerine aktarması şeklinde gerçekleşen yayılma türüdür. İletim yoluyla yayılma en iyi katılarda, katılar içinde ise en iyi metallerdedir. Boşlukta ısı, iletim yoluyla yayılamaz. Kahve yaparken ısınan metal kaşığın elimizi yakması, iletim yoluyla yayılmanın gerçekleşmesinden kaynaklanmaktadır. 2.Konveksiyon Yoluyla Yayılma : Isınan maddenin molekülleri birbiriyle yer değişerek yayılmayı gerçekleştirir. Bu yolla yayılma sadece sıvı ve gazlarda olur. Bacaların çekmesi, denizlerdeki sıcak su akıntıları, köşede yanan sobanın tüm odayı ısıtması konveksiyon yoluyla yayılmaya en güzel örneklerdir. 3.Işıma Yoluyla Yayılma : Isının, ışık ışınları ile taşınmasıdır. Madde üzerine düşen ışınlar emilirse madde çok ısınır, yansıtılırsa az ısınır. Üzerilerine düşen ışınları, siyah cisimler soğururken, beyaz cisimler yansıtır. Bu nedenle kışın koyu renkli, yazın ise açık renkli giysileri tercih etmemiz doğru bir davranış olur. Güneş dünyamızı bu yolla ısıtmaktadır. Biliyor muydunuz? 1. Isıyı ve sıcaklığı örnekler vererek açıklayınız. 2. Isı, boşlukta hangi tür yayılmayı kolaylıkla gerçekleştirebilir? Sıcaklığı termometre, Isı Enerjisi'ni ise kalorimetre kabı ile ölçeriz. 90

5 Madde ve Isı 6.1 B- Isı Alış-Verişi ve Hal Değişimi Sıcaklıkları farklı iki madde birbirlerine temas ettirildiğinde ya da karıştırıldığında sıcaklığı büyük olandan küçük olana doğru bir ısı akışı meydana gelir. Akış, sıcaklıklar eşit oluncaya kadar devam eder. İki madde arasındaki denge sıcaklık kurulduğu zaman, maddeler arasında verilen ısı miktarı ile alınan ısı miktarı birbirine eşittir. buhar (gaz) tencere (katı) su (sıvı) Maddelerin koşulları değiştikçe fiziksel durumları da değişir. En önemli koşul sıcaklıktır. Sıcaklık arttıkça, maddenin yapısında bulunan taneciklerin de hareketi artar. Sıcaklık, tanecikleri bir arada tutan kuvvetlerin yenilmesine yol açar, böylelikle tanecikler birbirinden uzaklaşmaya başlar. Uzaklaşma çoğaldıkça katı bir cisim önce sıvı, sonra gaz haline geçer. Bilim insanları, sıcaklık artışı ile maddede meydana gelen bu değişimlere hal değişimi diyorlar. Hal değişimi sırasında alınan ya da verilen ısı, bu amaçla kullanıldığı için maddenin sıcaklığında değişiklik görülmez. 1. Farklı sıcaklıklardaki iki madde birbirine temas ettiğinde; a) Isı enerjisi akışı nasıl meydana gelir? b) Isı enerjisi akışı ne zaman sonlanır? 2. Katı, sıvı ve gaz hallerinde bulunan maddelere ikişer örnek veriniz. 3. Araştırma: Maddelerin fiziksel durumlarını değiştiren sıcaklık dışındaki koşullar nelerdir? Biliyor muydunuz? Naftalin gibi bazı katı maddeler sıvı hale geçmeden doğrudan gaz haline geçerler. Bu olaya süblimleşme denir. 91

6 6 6.2 A- Genleşme Yandaki şekilde ağzına balon geçirilmiş cam şişelerin biri soğuk, diğeri sıcak su içerisine konulmuştur. Sıcak su içerisindeki şişeye takılan balonun hava ile dolmuş olduğun görülüyor. Bunun nedeni ne olabilir? Isınan maddelerin hacimlerinde artış olduğunu daha önce öğrenmiştik. Bu deneyde de gerçekleşen ilke aynıdır. Sıcak su içerisindeki şişede bulunan hava ısınmış, dolayısla hacmi artmış ve balonu şişirmiştir. Katıları, sıvıları ya da gazları oluşturan tanecikler, sürekli titreşim halindedirler. cisimlerden birine ısı enerji verilirse, enerji kinetik enerjiye dönüşür; dolayısıyla, kinetik enerjisi artan tanecikler daha şiddetle titreşir ve daha geniş alana yayılmaya çalışırlar. Kısaca sıcaklığı artan cisimler genleşir. Genleşme genişleme anlamından gelir. Sıcaklığı artırılan bir cismin boy, yüzey ya da hacminin artmasına genleşme, sıcaklığı azalan cisimlerin boy, yüzey ya da hacimlerinin azalmasına büzülme denir. Katılarda Genleşme Maddelerin genleşmesi ya da büzülmesi sırasında büyük kuvvetlerin ortaya çıkması, tren raylarında, köprü gibi yapılarda hasarlara neden olmaktadır. Bu yüzden tren raylarının eklenti yerlerinde boşluklar bırakılır, köprüler hareket edebilen demir makaralar üzerine oturtulur. Çevremizdeki bu tür yapıları gözlemleyerek genleşme ile ilgili bir çok örnekler bulabiliriz. Biliyor muydunuz? Açmakta zorlandığınız kavanoz kapaklarını sıcak su altına tutarsanız, metal olan kapak daha fazla genleşeceğinden kavanozu rahatlıkla açabilirsiniz. 92

7 Madde ve Isı 6.2 B- Metal Çiftleri Farklı metallerden yapılmış eşit uzunluktaki iki çubuk birbirine perçinlenerek metal çifti yapılabilir. İki çubuk, perçinli olduklarından, ısıtıldıklarında bağımsız olarak hareket edemezler. Uzama katsayıları birbirinden farklı olduğu 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 alettir. Elektrikli şofben, elektrikli ütü, klima, evlerdeki radyatör türü ısıtıcılar termostatlı aletlerdir. Termostatlı aletlerde sıcaklık arttığında metal çifti bükülür ve devreyi keser. Bir süre soğuyunca metal çifti soğuyarak eski durumuna gelir ve devreyi tamamlar, ısıtıcı çalışmaya başlar. Böylece aletin sabit sıcaklıkta kalması sağlanır. bakır demir bakır daha fazla uzadı demir zil ısı enerjisi almadan önce ısı enerjisi aldıktan sonra bağlantı bakır demir Yangın alarmlarında sıcaklık arttığında metal çifti yukarı bükülerek elektrik devresini kapatır ve zil çalar. Metal termometreler ve flaşörler de metal çiftleri kullanılarak yapılan araçlardır. pil kontrol düğmesi bakır demir giriş ısı enerjisi çıkış Biliyor muydunuz? 1. Termostat ne demektir? Nerelerde kullanıldığını örneklerle açıklayınız. 2. Etkinlik : Öğretmeninizin yardımıyla ısınan metaller genleşir ilkesiyle çalışan bir elektrik devresi kurunuz. Ütü, sıcak su kaynatıcısı, şofben, çamaşır makinesi, bulaşık makinesi, elektrikli fırın gibi ısı enerjisi kullanan hemen hemen tüm cihazlarda termostat vardır. 93

8 6 6.2 C- Sıvı ve Gazlarda Genleşme Ağzına kadar dolu çaydanlık ısıtılınca, su neden taşar? Termometrelerde civa veya alkol seviyesi sıcaklık değişimlerinde neden yükselip alçalır? Yukarıdaki gibi sorulara, bilimsel alarak daha iyi yanıtlar verebilmemiz için, sıvıların davranışlarını incelememiz gerekir. Sıvıların ısıtılırken gösterdikleri davranışlarını, katılardaki gibi inceleyemeyiz. Sıvıları katılar gibi şekillendirmek, örneğin boru haline getirmek imkansızdır. Bu yüzden sıvıların, bir kap içinde incelenmeleri gerekir. Sıvılı termometrelerde, sıcak su kazanlarında, termosifonlarda ve kalorifer sistemlerinde sıvıların genleşme ilkesinden yararlanılır. Sıvılar sadece hacimce genleşir. Sıvıların genleşme katsayısı, katılara göre daha büyüktür. Sıvı ile tamamen dolu bir kap ısı aldığında hem kap hem sıvı genleşir, ancak sıvı genleşme katsayısı daha büyük olduğu için taşar. Suyun Genleşmesi Su ile tamamen doldurulmuş ve sıkıca kapatılmış cam bir şişeyi derin dondurucuya koyar, yeteri kadar beklersek, donan suyun kabına sığmadığını ve şişeyi kırdığını görebiliriz. Bu olay genleşme ilkeleriyle çelişir gibi görülüyor. Isı veren bir maddenin büzülmesi gerekekirken, tam tersi olmuştur. Su, genleşmede diğer tüm maddelerden farklı özelikler gösterir. Su, hem ısı enerjisi aldığında, hem de verdiğinde genleşir. Başka bir deyişle hem sıcaklığı arttığında hem de azaldığında suyun hacmi 0 artar. Suyun hacminin en küçük olduğu sıcaklık +4 C'tır. Cisimler katı, sıvı, gaz hallerinin tümünde genleşebilirler. Sıvıların genleşme katsayıları katılardan, gazlarınki sıvılardan daha büyüktür. Katı ve sıvılarda genleşme katsayısı ayırt edici bir özelik iken, gazlarda değildir. Tüm gazlar aynı şartlarda eşit miktarda genleşir. Biliyor muydunuz? 1. Cisimlerin sıcaklıklarındaki değişiklikler hangi fiziksel değişimleri ortaya çıkarır? 2. Araştırma : Çok uzun çelik köprülerde genleşme ya da büzülme sonucu oluşabilecek sorunların giderilmesi için hangi yöntemler kullanılır? Yolcu balonlarının genleşme ilkesine göre hareket eder. Balonun ağzında bulunun bir ısı kaynağı yardımıyla içindeki havanın ısıtılarak genleşmesi ya da soğutularak büzüşmesi sağlanır. 94

9 Madde ve Isı TEST 6 1. Aşağıda verilen maddeleri içeren, ikişer cisim adını belirtilen yerlere yazınız. Cam Plastik Tahta İpek Aşağıda verilenler ısının hangi yayılma yolunu içerdiğini belirtiniz. a) Metal kaşıkla yemek pişirirken elimizin yanması b) Güneşin dünyamızı ısıtması c) Sobanın odayı ısıtması d) Kızgın tavada kızartma yapmak e) Denizlerdeki sıcak su akıntıları f) Çalışan bir ampülün ısı yayması Aşağıdaki soruları yanıtlayınız. a) Genleşme ve büzülme ne demektir? c) Katı, sıvı ve gazlarda genleşme katsayıları nasıl sıralanır? d) Metal çifti ne demektir? Teknolojideki kullanım alanlar nelerdir? 4. Aynı boy ve kalınlıktaki X, Y, Z metalleri üzerilerine aşağıdaki işlemler uygulanıyor. Bu metallerin genleşme katsayılarını sıralayınız. a) X ve Y metali eşit miktar sıcaklık farkında ısıtıldığında X'in boyu Y'den uzun oluyor. b) X ve Z metali eşit miktarda sıcaklık farkında soğutulduğunda Z'nin boyu X'ten daha kısa oluyor. 5. Aşağıdaki eşit boy ve kalınlıktaki metallerin genleşme katsayılarının büyükten küçüğe doğru sıralanışı çelik, demir, bakır, aleminyum şeklindedir. Verilen metal çiftleri üzerine belirtilen işlemler yapılırsa metallerin alacakları yeni şeklini çiziniz. Demir Aleminyum Bakır Sıcaklığı artırılıyor Çelik Sıcaklığı azaltılıyor 95

10 6 Çoklu Zeka Etkinlikleri Isı enerjisinin yayılmasını anlatan bir bülten hazırlayınız. Bir hafta boyunca evinizde kullandığınız ve Isı Enerjisi açığa çıkaran cihazları not ediniz. (Şekil1) (Şekil2) (Şekil3) Aşağıda belirtilen mekan, tarih ve kahramanları kullanarak bir hikaye yazınız. Mekan : Ev Tarih : 2007 yılı Kahramanlar : Su ısıtıcısı, ütü, çamaşır makinesi, bulaşık makinesi ( Hikayenin adı ) (Yazarın Adı ) ) Sizce madde ve ısı konusu size neden öğretilmiştir? Çünkü :_ 2) Sizce genleşme ve büzülme hakkındaki bilgiler size neden öğretilmiştir? Çünkü :_ 3) Sizce termostatın kullanım alanları size neden öğretilmiştir? Çünkü :_ 96

11 Madde ve Isı Çoklu Zeka Etkinlikleri Aşağıdaki kavramların her birini anlatan dans figürleri geliştiriniz. Genleşme Büzülme Işıma Termostat Aşağıda verilen kavram haritasını tamamlayınız ve ünitede öğrendiklerinizle ilgili yeni bir kavram haritasını siz oluşturunuz. ISI neden olur uğrar MADDE Aşağıda verilen kavramları renklerle sembolize ederek kutucukları belirttiğiniz renklere boyayınız. Aşağıda verilen kavramların her biri için birer ritim oluşturunuz. Sınıf arkadaşlarınıza bu ritimleri çalarak anlattığınız kavramı bulmasını isteyiniz. Genleşme Büzülme Sıcak Genleşme Büzülme Işıma Termostat Soğuk İletim Işıma 97

12 NOTLAR