Isı ve sıcaklık arasındaki fark : Isı ve sıcaklık birbiriyle bağlantılı fakat aynı olmayan iki kavramdır.

Transkript

1 MADDE VE ISI Madde : Belli bir kütlesi, hacmi ve tanecikli yapısı olan her şeye madde denir. Maddeler ısıtıldıkları zaman tanecikleri arasındaki mesafe, hacmi ve hareket enerjisi artar, soğutulduklarında ise azalır. Isı ve sıcaklık arasındaki fark : Isı ve sıcaklık birbiriyle bağlantılı fakat aynı olmayan iki kavramdır. - Isı bir enerji birimidir ve farklı sıcaklıklardaki iki maddenin birinden diğerine enerji geçişini ifade eder. Sıcaklık ise bir maddenin moleküllerinin hareketlenme miktarı ile ilgilidir, bir enerji çeşidi değildir. -Isı kalorimetre cihazı ile ölçülür ve kalori ile ifade edilir (örnek besinleri yakınca 200 kalori enerji harcadım gibi). Sıcaklık ise termometre ile ölçülür ve santigrat derece ile ifade edilir (örneğin suyun sıcaklığı C). 1

2 1 kalori = 1 gram saf suyun sıcaklığını 1 0 C artırabilen ısı miktarı dır = 4,18 joule - Isı madde miktarına bağlıdır, sıcaklık ise madde miktarına bağlı değildir. (örneğin C sıcaklıktaki 100 gram su ile 1 ton suyun ısıları birbirinden farklıdır. Bir ton su 100 gram suya göre daha fazla ısı enerjisi içerir. Çünkü 1 ton sıcak su ortamı 100 gram sudan daha fazla ısıtır) Önemli not : Isı alışverişi yapan maddelerde ısı alışverişi alınan ısı = verilen ısı şeklinde olur. Isı alıp veren maddelerde meydana gelen fiziksel değişmeler şunlardır : - Sıcaklık değişimi - Hal değişimi (katı sıvı gaz) - Genleşme 2

3 Sıcaklık değişimi : Sıcaklık değişimi meydana gelirken bir maddenin sıcaklığı değişirken aldığı veya verdiği ısı aşağıdakilere bağlıdır. a. Maddenin kütlesine (m) : Örneğin 1 g suyun sıcaklığını 1 0 C artırmak için 1 kalori ısı gerekiyorsa, 2 g suyun sıcaklığını 1 0 C artırmak için 2 kalori ısı gerekir. Bu yüzden alınan ya da verilen ısı ile kütle arasında doğru orantı vardır. b. Maddenin cinsine (özısısına) : Bazı maddeler çok kolay ısıtılıp soğutulabilirken bazıları çok zor ısıtılıp çok zor soğutulabilirler. Her maddenin farklı bir ısı alıp verebilm e özelliği vardır. Bir gram maddenin sıcaklığını 1 0 C artırabilmek için gerekli olan ısı miktarına o maddenin özısısı denir. Özısısı az olan maddeler kolay ısıtılıp soğutulabilirken, özısısı fazla olan maddeler zor ısıtılıp zor soğutulurlar. Örneğin alüminyum bir tencere kolay ısınıp kolay soğuyabiliyorken, çelik bir tencere zor ısınıp zor soğur. Bu yüzden alınan ya da verilen ısı ile özısı arasında doğru orantı vardır. 3

4 c. Sıcaklık değişimine ( t) : Örneğin 1 gram suyun sıcaklığını 1 0 C artırabilmek için 1 kalori ısı gerekiyorsa, 1 gram suyun sıcaklığını 2 0 C artırabilmek için 2 kalori ısı gerekir. Bu yüzden alınan ya da verilen ısı ile sıcaklık değişimi arasında doğru orantı vardır. Maddelerin ısı alışverişi bu üç faktörle (kütle, özısı ve sıcaklık değişimi) de doğru orantılı olduğu için ; bağıntısıyla ifade edilir. Örnek : 1 gram suyun sıcaklığını 15 0 C den 45 0 C ye kadar artırmak için gerekli olan ısı miktarı kaç kaloridir? (C su =1 kal/g. 0 C) Örnek : 200 gram suyun sıcaklığını 15 0 C den 16 0 C ye kadar artırmak için gerekli olan ısı miktarı kaç kaloridir? (C su =1 kal/g. 0 C) Örnek : 200 gram suyun sıcaklığını 15 0 C den 45 0 C ye kadar artırmak için gerekli olan ısı miktarı kaç kaloridir? (C su = 1 kal/g. 0 C) Örnek : 200 gram alüminyumun sıcaklığını 15 0 C den 45 0 C ye çıkarmak için gerekli olan ısı miktarı kaç kaloridir? (C alüminyum = 0,2 kal/g. 0 C) 4

5 Hal değişimi : Maddeler ısı aldıkları ya da verdikleri zaman bulundukları katı-sıvı ve gaz halleri değişebilir. Maddeler bir halden diğer başka bir hale geçtiğinde sıcaklıkları değişmez (Örneğin suyun kaynama ve yoğunlaşma sıcaklık noktası C, erime ve donma sıcaklık noktası 0 0 C dir). Erime ve donma : Katı bir maddenin ısı alarak sıvı hale geçmesine erime, sıvı bir maddenin ısı vererek(soğuyarak) katı hale geçmesine ise donma denir. Aynı tür maddelerin erime ve donma sıcaklık noktaları birbirine eşittir. Örneğin su 0 0 C de donar ve buz 0 0 C de erir. Erime ve donma sıcaklık noktasındayken 1 gram katı maddeyi 1 gram sıvı maddeye dönüştürebilmek için gerekli ısı miktarına erime ısısı, 1 gram sıvı maddeyi 1 gram katı maddeye dönüştürebilmek için gerekli ısı miktarına ise donma ısısı denir. Erime ve donma ısıları birbirine eşittir. (L erime = L donma ) Kaynama ve yoğunlaşma : Sıvı bir maddenin ısı alıp hızlı bir şekilde gaz haline geçerek buharlaşmasına kaynama, gaz halindeki bir madenin de ısı vererek (soğuyarak) sıvı hale geçmesine yoğunlaşma denir. Kaynama sıcaklık noktasındayken 1 gram sıvı maddeyi tamamen gaz haline dönüştürebilmek için verilmesi gereken ısı miktarına buharlaşma ısısı, 1 gram gaz halindeki bir maddenin soğuyarak sıvı hale geçebilmesi için ortama verilen ısı miktarına ise yoğunlaşma ısısı denir. Buharlaşma ve yoğunlaşma ısıları birbirine eşittir (L kaynama =L yoğunlaşma ). Örnek : 0 0 C de buzun erime ısısı 80 kal/ g dır. Buna göre 4 gram buzu eritebilmek için kaç kalori ısı gereklidir? Örnek : 0 0 C de 5 gram suyun donması için ortamdan kaç kalori ısı alınması gerekir? Örnek : C deki 5 gram buzun 0 0 C de su (sıvı) haline gelebilmesi için gerekli ısı miktarı kaç kaloridir? (C buz =0,5 kal/g 0 C, L erime =80 kal/g) 5

6 Örnek : C deki 40 g buzun C de su buharı haline gelebilmesi için verilmesi gereken ısı miktarı kaç kaloridir?(c buz =0,5 kal/g. 0 C, L erime = 80 kal/g, L buharlaşma =540 kal/g, C su =1 kal /g. 0 C). Örnek : C de 5 g su buharı C de su haline geçerken kaç kalorilik ısıyı dışarı verir?(l yoğunlaşma = 540 kal/g, C buhar =0,5 kal/g. 0 C) Genleşme : Maddelerin ısı aldıklarında boyutlarının büyümesine genleşme denir. - Katı maddeler boyca, yüzeyce ve hacimce genleşir. - Sıvı ve gaz halindeki maddeler akışkan oldukları için ise sadece hacimce genleşir. - Katı ve sıvı haldeki maddelerin eşit ısı karşısında genleşme miktarları maddenin cinsine göre değişiklik gösterir. (örneğin aynı ısı karşısında demirin genleşme miktarı ile alüminyumun genleşme miktarı birbirinden farklıdır.) Gaz halindeki bütün maddelerin ise eşit ısı karşısında genleşme miktarları aynıdır. (örneğin aynı ısı karşısında oksijen gazı ile karbondioksit gazının genleşme miktarı aynıdır). Katıların genleşmesi : - Katı maddeler ısıtıldığında genleşme katsayısı büyük olan madde küçük olan maddeye göre daha fazla uzar. - Katı maddeler soğutulduklarında genleşme katsayısı büyük olan madde küçük olan maddeye göre daha fazla küçülür (kısalır ya da büzülür). Örnek : Isının iletim ve konveksiyon yoluyla yayılması için bir madde gerekli olduğu halde ışıma yoluyla yayılması için herhangi bir madde gerekli değildir. 6

7 Isının iletim yoluyla yayılması : Maddelerin bir ucundan diğer ucuna ısı aktarımı ilk önce ısınan taneciklerin (atomların) yan komşusu olan taneciklere (atomlara) çarpmasıyla olur. Atomlar ısındığında daha fazla titreşir ve komşusu olanları da titreştirir. Maddeleri oluşturan atomların ısıtıldıktan sonra birbirine çarparak ısının aktarılmasına ısının iletim yoluyla yayılması denir. - Demir, bakır ve alüminyum gibi metal maddelerin tanecikleri düzenli ve sıkı yapıda oldukları için elektrik akımı gibi ısıyı da çok iyi iletirler. Isıyı iyi ileten maddelere ısı iletkeni adı verilir. - Tahta, plâstik, köpük (strafor), ahşap, volkan tüfleri, katran, fosfat, cam yünü, silikon yünü, beton, cam yünü, asbest, bakalit ve hava gibi maddelerin tanecikleri arasındaki boşluk fazla olduğu için ısıyı iyi iletmezler. Isıyı iyi iletmeyen maddelere ısı yalıtkanı denir. Kaynar suda ısı iletkeni olan metal kaşık ısınır, ısı yalıtkanı olan tahta kaşık ise ısınmaz. 7

8 8

9 Isının ışıma (radyasyon) yoluyla yayılması : Isının ışınlar yoluyla yayılmasıdır. Güneş, şömine, fırın, elektrikli ısıtıcı ve lambadan ısı ışıma yoluyla yayılır. Isı havasız bir ortamda da ışıma yoluyla yayılabilir. Koyu renkli yüzeyler parlak renkli yüzeylere göre ısıyı daha iyi tutar (absorblar = soğurur). Güneş Şömine Fırın Elektrikli ısıtıcı lamba 9

10 Güneş ışınlarını emen levhalar üzerinden geçen su ısınır Termosun yansıtıcı dış yüzeyi sayesinde soğuk sıvılar soğuk, yansıtıcı iç yüzeyi sayesinde de sıcak sıvılar soğuk olarak uzun süre saklanabilir. 10

11 Sera etkisi : Atmosferin üst katmanlarında bulunan karbondioksit gazının güneşten gelen ışınları tutarak dünyanın soğumasını engeller. Bu olaya sera etkisi denir. Soğuk mevsimlerde yazın büyüyebilen sebze ve meyvelerin sera içerisinde yetiştirilebilmesi seranın içerisindeki gazların benzer etkiyi göstermesiyle olur. Gelişmiş ülkelerde bulunan ve sayıları giderek artan fabrika ve sanayi tesislerinden çıkan fazla miktarda karbondioksit gazı sera etkisini artırıp küresel ısınmaya neden olmaktadır. Isının konveksiyon (madde akımı) yoluyla yayılması : Konveksiyon yoluyla yayılma, tanecikli yapıları hareketli olan sıvı ve gaz halindeki maddelerde görülür. Isınan taneciklerin ısınmayan taneciklerle yer değiştirmesi ile gerçekleşir. Tanecikli yapıları hareketsiz olan katı maddelerde ise tanecikler birbiriyle yer değiştiremediği için katı maddelerde konveksiyon gözükmez. Isının iletim yoluyla yayılmasında olduğu gibi konveksiyonla yayılmada da ısı sıcaktan soğuğa doğru hareket eder. Isınan sıvı ya da gaz halindeki maddenin yoğunluğu azaldığı için soğuk olan ile yer değiştirir ve ısınan sıvı ya da gaz yukarıya doğru hareket eder. 11

12 12

13 Odanın içinde ısınan hava genleşir. Genleşen havanın yoğunluğu azalır. Yoğunluğu azalan hava yükselir. Soğuk havanın ise yoğunluğu sıcak havadan fazla olduğu için soğuk hava ise alta iner. Bu yüzden ısınan bir odanın tavan kısmı taban kısmına göre daha sıcak olur. Bu şekilde konveksiyon yoluyla odanın içi ısınır. Isıtılan bir suyun dibine bırakılan mürekkep damlacığı su ısındıkça yukarı çıkar. Isınan suyla beraber mürekkep damlacığının da yukarıya doğru hareket etmesi ısının konveksiyon akımıyla yukarıya doğru hareket ettiğini gösterir. Isı, diğer tüm yayılma yollarında olduğu gibi konveksiyon yoluyla yayılırken de sıcaktan soğuğa doğru hareket eder. Benzer etki deney talaş parçaları ile tekrarlandığında da gözlenir. Talaş parçalarının dipten yukarı doğru hareketlenmesi ısının konveksiyonla yayıldığını gösterir. 13