TERMODİNAMİK. Genel Tanımlar Isı ve Sıcaklık

Benzer belgeler
ISI VE SICAKLIK. 1 cal = 4,18 j

Termodinamik İdeal Gazlar Isı ve Termodinamiğin 1. Yasası

Maddeye dışarıdan ısı verilir yada alınırsa maddenin sıcaklığı değişir. Dışarıdan ısı alan maddenin Kinetik Enerjisi dolayısıyla taneciklerinin

ENERJİ DENKLİKLERİ 1

E = U + KE + KP = (kj) U = iç enerji, KE = kinetik enerji, KP = potansiyel enerji, m = kütle, V = hız, g = yerçekimi ivmesi, z = yükseklik

FİZK Ders 1. Termodinamik: Sıcaklık ve Isı. Dr. Ali ÖVGÜN. DAÜ Fizik Bölümü.

Termal Genleşme İdeal Gazlar Isı Termodinamiğin 1. Yasası Entropi ve Termodinamiğin 2. Yasası

Katı ve Sıvıların Isıl Genleşmesi

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

Sıcaklık (Temperature):

O )molekül ağırlığı 18 g/mol ve 1g suyun kapladığı hacimde

BÖLÜM 1: TEMEL KAVRAMLAR

1. HAFTA Giriş ve Temel Kavramlar

Sıcaklık: Newton un ikinci hareket yasasına göre; Hareket eden bir cismin kinetik enerjisi, cismin kütlesi ve hızına bağlıdır.

Enerji iş yapabilme kapasitesidir. Kimyacı işi bir süreçten kaynaklanan enerji deyişimi olarak tanımlar.

C = F-32 = K-273 = X-A B-A. ( Cx1,8)+32= F

6. Kütlesi 600 g ve öz ısısı c=0,3 cal/g.c olan cismin sıcaklığı 45 C den 75 C ye çıkarmak için gerekli ısı nedir?

7. Bölüm: Termokimya

Bölüm 2. Sıcaklık ve Gazların Kinetik Teorisi. Prof. Dr. Bahadır BOYACIOĞLU

Termodinamik Termodinamik Süreçlerde İŞ ve ISI

Termodinamik Isı ve Sıcaklık

ASİSTAN ARŞ. GÖR. GÜL DAYAN

SICAKLIK NEDİR? Sıcaklık termometre

ÖĞRENME ALANI : FİZİKSEL OLAYLAR ÜNİTE 2 : KUVVET VE HAREKET

Isı ve Sıcaklık. Test 1'in Çözümleri

Enerji var veya yok edilemez sadece biçim değiştirebilir (1.yasa)

KİM-118 TEMEL KİMYA Prof. Dr. Zeliha HAYVALI Ankara Üniversitesi Kimya Bölümü

5 kilolitre=..lt. 100 desilitre=.dekalitre. 150 gram=..dag g= mg. 0,2 ton =..gram. 20 dam =.m. 2 km =.cm. 3,5 h = dakika. 20 m 3 =.

ISI SICAKLIK GENLEŞME

KİNETİK GAZ KURAMI. Doç. Dr. Faruk GÖKMEŞE Kimya Bölümü Hitit Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi 1

KİMYA VE ENERJİ SİSTEM VE ÇEVRE

Fizik 203. Ders 6 Kütle Çekimi-Isı, Sıcaklık ve Termodinamiğe Giriş Ali Övgün

İnstagram:kimyaci_glcn_hoca GAZLAR-1.

Gazların Özellikler Barometre Basıncı Basit Gaz Yasaları

MADDENİN TANECİKLİ YAPISI VE ISI

SAKARYA ÜNİVERSİTESİ SAKARYA MESLEK YÜKSEKOKULU

TEOG Hazırlık Föyü Isı ve Sıcaklık

5. SINIF KİMYA KONULARI

ÖĞRETĐM TEKNOLOJĐLERĐ VE MATERYAL GELĐŞTĐRME DERSĐ GAZLAR KONU ANLATIMI

NOT: Toplam 5 soru çözünüz, sınav süresi 90 dakikadır. SORULAR VE ÇÖZÜMLER

3)Maddenin Tanecikli Yapısı ve Isı

Sıvılar ve Katılar. Maddenin Halleri. Sıvıların Özellikleri. MÜHENDİSLİK KİMYASI DERS NOTLARI Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN

İÇİNDEKİLER ÖNSÖZ Bölüm 1 DAİRESEL HAREKET Bölüm 2 İŞ, GÜÇ, ENERJİ ve MOMENTUM

MADDENİN TANECİKLİ YAPISI VE ISI. Maddenin Sınıflandırılması

Buna göre bir işlemde transfer edilen q ısısı, sistemde A dan B ye giderken yapılan adyabatik iş ile nonadyabatik bir iş arasındaki farka eşittir.

a) Isı Enerjisi Birimleri : Kalori (cal) Kilo Kalori (kcal)

9. SINIF FİZİK YAZ TATİLİ ÖDEV KİTAPÇIĞI. MEV Koleji Özel Ankara Okulları

Isı Cisimleri Hareket Ettirir

> > 2. Kaplardaki sıvıların sıcaklığı 70 o C ye getirilirse sahip oldukları ısı miktarlarını sıralayınız.

Zeus tarafından yazıldı. Cumartesi, 09 Ekim :27 - Son Güncelleme Cumartesi, 09 Ekim :53

GENEL KİMYA. 10. Hafta.

TERMODİNAMİK / HAL DEĞİŞİMİ

5.SINIF FEN VE TEKNOLOJİ KİMYA KONULARI MADDENİN DEĞİŞMESİ VE TANINMASI

KİNETİK GAZ KURAMI. Doç. Dr. Faruk GÖKMEŞE Kimya Bölümü Hitit Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi 1

MOLEKÜL HAREKETİ SICAKLIĞIN DEĞİŞMESİNE YOL AÇAR.

SAKARYA ÜNİVERSİTESİ SAKARYA MESLEK YÜKSEKOKULU

Gazların sıcaklık,basınç ve enerji gibi makro özelliklerini molekül kütlesi, hızı ve sayısı gibi mikroskopik özelliklerine bağlar.

FİZ304 İSTATİSTİK FİZİK. Mikrokopik Teori ve Makroskopik Ölçümler I. Prof.Dr. Orhan ÇAKIR Ankara Üniversitesi, Fizik Bölümü 2017

Gaz hali genel olarak molekül ve atomların birbirinden uzak olduğu ve çok hızlı hareket ettiği bir haldir.

DENEY 3. MADDENİN ÜÇ HALİ: NİTEL VE NİCEL GÖZLEMLER Sıcaklık ilişkileri

8.333 İstatistiksel Mekanik I: Parçacıkların İstatistiksel Mekaniği

GAZLAR GAZ KARIŞIMLARI

Gazların fiziksel davranışlarını 4 özellik belirler.

İdeal gaz Moleküllerin özhacimlerinin moleküllerin serbestçe dolaştıkları tüm hacim oranı çok küçük olan (yani tüm hacim yanında ihmal edilebilecek

MADDENİN AYIRT EDİCİ ÖZELLİKLERİ ERİME VE DONMA NOKTASI

Çözüm: m 1 = m 2 = 1g, G = 6.66 x 10-8 cm 3 /s.g, r = 1 cm. m m 1 2 F = G r 2 1 x 1. F = 6.66 x F = 6.66 x 10-8 din (= g.

TEMEL KAVRAMLAR. Öğr. Gör. Adem ÇALIŞKAN

Bilgi İletişim ve Teknoloji

Serüveni 4.ÜNİTE MADDENİN HALLERİ ORTAK VE AYIRDEDİCİ ÖZELLİKLER

5/31/2011. Termometrelerdeki sıcaklık değerlerini birbirine dönüştürmek için,eşitlikleri kullanılabilir.

MADDENİN HALLERİ VE ISI

MADDENİN TANECİKLİ YAPISI MADDENİN TANECİKLİ YAPISI VE ISI. ısı b)isı Enerjisi Birimlerinin Dönüşümü. a) Isı Enerjisi Birimleri

METEOROLOJİ SICAKLIK. Havacılık Meteorolojisi Şube Müdürlüğü. İbrahim ÇAMALAN Meteoroloji Mühendisi

Maddelerin ortak özellikleri

METEOROLOJİ. III. Hafta: Sıcaklık

Bölüm 2: Akışkanların özellikleri. Doç. Dr. Tahsin Engin Sakarya Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü

MADDENİN YAPISI VE ÖZELLİKLERİ

Maddenin Halleri. Katı

Akışkanlar Mekaniği Yoğunluk ve Basınç: Bir maddenin yoğunluğu, birim hacminin kütlesi olarak tanımlanır.

MADDENİN HALLERİ VE ISI ALIŞ-VERİŞİ

TERMODİNAMİĞİN BİRİNCİ YASASI

FİZ304 İSTATİSTİK FİZİK VE TERMODİNAMİK. Mikrokopik Teori ve Makroskopik Ölçümler I. Prof.Dr. Orhan ÇAKIR Ankara Üniversitesi, FizikBölümü 2017

AKIŞKAN STATİĞİNİN TEMEL PRENSİPLERİ

SICAKLIK NEDİR? Sıcaklık termometre

DERS ÖĞRETĐM TEKNOLOJĐLERĐ VE MATERYAL GELĐŞTĐRME KONU ÇALIŞMA YAPRAĞI HAZIRLAMA (MADDELERĐN AYIRT EDĐCĐ ÖZELLĐKLERĐ)

MADDE NEDİR? Çevremize baktığımızda gördüğümüz her şey örneğin, dağlar, denizler, ağaçlar, bitkiler, hayvanlar ve hava birer maddedir.

SIVILAR VE ÖZELLİKLERİ

Akım ve Direnç. Bölüm 27. Elektrik Akımı Direnç ve Ohm Kanunu Direnç ve Sıcaklık Elektrik Enerjisi ve Güç

BÖLÜM 19 KİMYASAL TERMODİNAMİK ENTROPİ VE SERBEST ENERJİ Öğrenme Hedefleri ve Anahtar Kavramlar: Kendiliğinden, tersinir, tersinmez ve izotermal

Bölüm 3. Maddenin Isıl Özellikleri ve TERMODİNAMİK. Prof. Dr. Bahadır BOYACIOĞLU

Bölüm 3 SAF MADDENİN ÖZELLİKLERİ

Maddenin ısı ile etkileşimi

TermoKimya (Thermochemistry)

c harfi ile gösterilir. Birimi J/g C dir. 1 g suyun sıcaklığını 1 C arttırmak için 4,18J ısı vermek gerekir

Soru No Program Çıktısı 3, ,10 8,10

Bir katı malzeme ısıtıldığında, sıcaklığının artması, malzemenin bir miktar ısı enerjisini absorbe ettiğini gösterir. Isı kapasitesi, bir malzemenin

MADDENİN AYIRT EDİCİ ÖZELLİKLERİ. Nazife ALTIN Bayburt Üniversitesi, Eğitim Fakültesi

Malzeme Bilgisi. Madde ve Özellikleri

Maddenin Fiziksel Özellikleri

Transkript:

TERMODİNAMİK Genel Tanımlar Isı ve Sıcaklık Termodinamik Nedir? Termodinamik, Yunanca da ısı manasına gelen Thermo-Termo ile kuvvet uygulanmış cisimlerin davranışı olarak kullanılan Dynamic-Dinamik isimlerin birleştirilmesinden meydana gelmektedir.buna göre, Termodinamik,Fiziğin ısı ile enerji arasındaki bağıntılarını inceleyen ve enerjinin şekil değiştirmesi ile uğraşan kolu olarak tanımlanır.termodinamikte bir maddeye iş veya ısı uyguladığımız zaman maddenin hal değiştirmesi için,maddeye ne kadarlık iş veya ısı verilmesi veya çıkarılması gerektiği hesaplanır.termodinamikte diğer bir hedef de ısının işe çevrilmesi metotları ve soğuk bir kaynaktan sıcak bir kaynağa ısı nakletmek için ne kadarlık bir iş verilmesi gerektiğini tespit etmektir. Enerji alış-verişi sonunda değişikliğe uğrayan maddelerin fiziksel özelliklerinin incelenmesi de Termodinamiğin konusu içine girmektedir. Klasik anlamda, mekaniğin kuvvet, yer, zaman kavramları ile Termodinamik sistemlerin iç enerji, sıcaklık, entropi, özgül ısı gibi koordinatları arasında bağıntı kurulabilir. 1

Özellikle, bir denge durumundan diğer bir denge durumuna geçişteki enerji değişimleri ve denge durumundaki madde özellikleri araştırılmaktadır. Örneğin, verilen bir reaksiyonun istenilen yönde gerçekleşip, gerçekleşmeyeceği ve hangi şartlarda gerçekleşeceği önceden söylenebilir. Verilmiş olan bir reaksiyon başlangıcında ve sıcaklığında elde edilebilecek olan maksimim ürün miktarı hesaplanır. Buhar ve Gaz Türbinleri, Benzin ve Diesel Motorları, Soğutma Makineleri gibi tüm termik makinelerin çalışma prensiplerinin incelenmesi, Termodinamiğin konuları içine girer. Dolayısıyla, Termodinamiğin konularını; Enerji, Enerjinin şekil değiştirmesi ve kullanılması ile fiziksel ve kimyasal etkilerin cisimler üzerindeki özelliklerinde meydana getireceği değişikliklerin incelenip, araştırılması oluşturur. Kısaca, Termodinamik enerjinin farklı durumları arasındaki iç değişmelerle ilgili olup, anahtar özellik sıcaklıktır. Sistem nedir? Herhangi bir olayı incelemek için göz önüne alınan cisimler topluluğunu bir yüzey yardımıyla diğer cisimlerden ayırarak ele alınan bölgeye Termodinamik Sistem denir. 2

Sistem ile çevresi arasında kütle alış-verişi olmayıp sadece enerji alış-verişi varsa böyle sistemlere Kapalı Sistem denir. Çevresi ile enerji alış-verişinde bulunmayan kapalı sisteme İzole Sistem denir. Sistem ile çevresi arasında kütle alış-verişi varsa böyle sistemlere Açık Sistem denir. Sistem ve çevresi arasında sıcaklık farkına bağlı ısı enerjisi alış-verişi oluyorsa Diatermik (Diathermic) sistem; ısı alış-verişi yoksa Adyabatik (Adiabatic) sistem denir. Diatermik sistem : a) Endotermik b) Ekzotermik Adyabatik sistem : a) Sıcaklık düşmesi b) Sıcaklık artması Sistemin kimyasal yapısı ve fiziksel özellikleri her noktada aynı ise böyle sistemlere Homojen; bu şartları sağlamayan sistemlere Heterojen Sistem denir. Bir sitemin homojen olan her bölgesine bir Faz adı verilir. Bir sistemin özelliklerinden en az birisinin değişmesi ile sistem hal değiştirir. Enerji Türleri Bir sistemi oluşturan moleküllerin kinetik ve potansiyel enerjilerinin toplamına o sitemin İç Enerjisi denir. Bir sistemin moleküllerini oluşturan atomlarını bir arada tutan kuvvetler nedeniyle sistemde depo edilen enerji Kimyasal Enerjidir. Sistemin elektrik yükü nedeniyle içerdiği enerji Elektriksel Enerjidir. Atomlardaki elektronların hareketleri nedeniyle manyetik momentlerinden dolayı sahip oldukları enerji Manyetik Enerjidir. Atom çekirdeğini oluşturan proton ve nötronları bir arada tutan kuvvetler nedeni ile sistemde depo edilen enerji Nükleer Enerjidir. 3

Isı ve Sıcaklık Mekanik kütle, kuvvet, enerji Termal fizik sıcaklık, ısı, iç enerji Termodinamik: Makroskobik açıdan ısı transferi Sıcaklık: Gaz, sıvı ya da katı atom ve moleküllerinin bireysel hareketlerinin standart bir ölçüsü Isı: Sıcaklıkları farklı cisimlerin birinden diğerine enerji transferi Isı transferi iş iç enerji Termal Fizik Sicimler ısıtıldığında, soğutulduğunda, sıkıştırıldığında, basınç vb etkilere maruz bırakıldığında ne olur? Makroskobik anlamda; sıcaklık, basınç, hacim gibi özellikler gaz difüzyonu moleküllerin hızı mikroskobik tanımlama Overview sıcaklık basınç moleküler etkileşme Kinetik teori temel postulalar ideal gaz yasası makroskobik tanımlama sıcaklık, ısı & iç enerji Charles yasası Gas Kanunları Maddenin sıcaklık ve Termal özellikleri Celsius ölçeği Gay-Lussac's yasası Boyle's yasası Termometrenin Sıfırıncı Yasası Termometreler & Termometre ölçeklerii Fahrenheit ölçeği suyun davranışındaki anomalous range conversion Kelvin ölçeği Termal Genleşme Lineer (boyca) genleşme hacim genleşmesi yüzey genleşmesi 4

Termodinamiğin sıfırıncı kanunu Termal temas: İki cisim arasında makroskobik iş yapılmaksızın enerji alış-verişi olmasıdır. W=0, E 0 Termal denge: Termal temastaki iki cisim arasında enerji alış-verişinin sona ermiş olmasıdır. Sıfırıncı kanun: Eğer A ve B cisimleri ayrı ayrı C ile termal dengede ise, birbirleri ile de termal dengede dengededirler. A C T=95 B C T=95 A B Termometreler ve sıcaklık ölçekleri Bütün termometreler bazı fiziksel parametrelerin sıcaklıkla değişmesini kullanırlar. Parametreler: Bir sıvının hacminin değişmesi Bir katının uzunluğunun değişmesi Sabit hacimdeki bir gazın basıncının değişmesi Sabit basınçtaki bir gazın hacminin değişmesi Bir iletkenin elektrik direncinin değişmesi Çok sıcak cisimlerin renklerinin değişmesi 5

Celsius sıcaklık ölçeğinde, suyun donma noktası 0 0 C ve kaynama noktası 100 0 C Fahrenheit sıcaklık ölçeğinde, suyun donma noktası 32 0 F ve kaynama noktası 212 0 F İki ölçek arasındaki dönüşüm: 9 T F T 5 C 32 0 F Kelvin sıcaklık ölçeği Sabit hacimli bir gazın sıcaklık ve basıncı ölçüldüğünde, gazın sıcaklığı ne kadar artarsa basıncı da aynı oranda artar. Sıcaklık ele alınan gazdan bağımsızdır ve maddelerin özelliklerinden bağımsız sıcaklık ölçeği Kelvin ölçeğidir (T, K). Bu ölçekte mutlak sıfır noktası - 273.15 o C dir. T=aP+b b yi sıfır yapan değer, suyun üçlü noktasında T=0.01 P=0.61 KPa. Alçak basınç, yüksek sıcaklık limitinde, gerçek gazlar ideal gaz gibi davranır. İdeal gaz sıcaklığı: T 273.16 K lim 0 P b 0 P P b, V sbt P -273.15 0 T C =T K - 273.15 1. Gaz 2. Gaz 3. Gaz T ( o C) 6

Sıcaklık ölçekleri Problemler 1. Aşağıdaki sıcaklık ölçek çiftleri hangi sıcaklıklarda aynı değeri gösterirler? a) Fahrenheit ve Celsius b) Fahrenheit ve Kelvin c) Celsius ve Kelvin 2. a) Güneşin yüzey sıcaklığı yaklaşık 6000 K dir. Bu değerin Fahrenheit ölçeğindeki karşılığı nedir? b) Amerika da en yüksek ve en düşük sıcaklıklar 134 0 F ve -70 0 F dir. Bu sıcaklıkların Celsius ölçeğindeki karşılıklarını hesaplayınız. c) Oksijenin normal kaynama noktası -83 o C dir. Bu değerin Fahrenheit ölçeğindeki karşılığı nedir? 7

Katı ve sıvıların termal genleşmesi Normal sıcaklıkta, atomlar denge konumu etrafında 10-11 m, 10 13 Hz frekansla titreşirler. Atomlar arası mesafe ort. 10-10 m dir. Sıcaklık arttığında titreşim artar ve genleşme meydana gelir. Genelde, bir cismin sıcaklığı arttığında hacmi de artar, bu Genleşme olarak bilinir. Genleşme, cismin başlangıç boyutlarına göre küçük ise boyuttaki değişimler sıcaklık değişimi ile doğru orantılıdır. Katı cisim, bir boyutlu (çizgisel, lineer), katı ve sıvılar,iki boyutlu (yüzeysel) ve üç boyutlu (hacimsel) genleşme yapar. 0 L L T lineer genleşme katsayısıdır ve birimi ( o C) -1 dir. ) 0 0 A ( A A A T yüzeysel genleşme katsayısıdır. V V T 0 2 3 hacimsel genleşme katsayısıdır. 8

Bazı materyallerin genleşme katsayıları Suyun farklı davranışı Normal olarak sıvılar ısıtıldığında genleşir, ancak su 0-4 0 C arasında aksine davranış sergiler. 4 0 C suyun yoğunluk sınırı için tepe noktası olup, buz fazından daha yoğun olduğundan su yüzeyden buz tutar. 9

Suyun 4 0 C ye göre davranışı 10

Problemler 1. Oda sıcaklığında (20 0 C), çelik bir metre kullanılarak bir çubuğun boyu 20 cm olarak ölçülmektedir. Hem çubuk hem de çelik metre 270 0 C sıcaklıkta bir fırına koyulduğunda çubuğun boyu, 20.1 cm olarak ölçülüyor. Çubuğun yapıldığı maddenin ısısal genleşme katsayısını hesaplayınız. ( çelik =11x10-6 0 C -1 ) 2. Çelik bir çubuğun 25 0 C sıcaklıkta çapı 3.000 cm dir. Pirinç bir yüzüğün iç çapı ise 25 0 C sıcaklıkta 2.992 cm dir. Hangi sıcaklıkta yüzük çelik çubuğa tam olarak uyar? ( çelik =11x10-6 0 C -1, pirinç =19x10-6 0 C -1 ) 3. 0.1 lt kapasiteli alüminyum bir kap 12 0 C sıcaklıkta ağzına kadar civa ile doldurulmuş bulunmaktadır. Sıcaklık 18 0 C ye yükseltildiğinde ne kadar civa yere dökülür? ( Al =23x10-6 0 C -1, civa =1.8x10-4 0 C -1 ) 4. Çapı 10.00 cm olan pirinç bir yüzük 20 0 C ye kadar ısıtılarak, 20 0 C deki çapı 10.01 cm olan Al bir çubuğa geçiriliyor. Lineer genleşme katsayılarını sabit kabul ederek, a) Yüzük ve çubuğun ayrışabilmesi için hangi sıcaklığa kadar soğutulması gerekir? Bu mümkün müdür? b) Al çapı 10.02 cm olsaydı mümkün olur muydu? İdeal bir gazın makroskobik tanımı Düşük yoğunluklarda gazların basınç (P), hacim (V) ve sıcaklık (T) gibi termodinamik büyüklükleri arasındaki bağıntı hal denklemi olarak bilinir. Aynı basit bağıntıyı tüm sıcaklık ve basınç değerleri için sağlayan gaz ideal gaz diye bilinir ve atmosfer basıncında ve oda sıcaklığında gazların çoğu ideal gaz gibi davranır. Belirli bir kütle için: PV sbt. T Belirli bir hacimdeki gaz miktarını belirlemek için, gazın m kütlesi ile ilgili n mol sayısı niceliği tanımlanır. m Molar kütle M: g/mol n molar kütle Avogadro sayısı: Herhangi bir mol gaz aynı sayıda parçacık içerir. N A 23 6.02 10 particles/mole 11

Her bir atom kütlesi İdeal gazın hal denklemi Burada R evrensel gaz sabiti olup, R=8.31 J/(mol K) dir. Eğer gazın mol sayısı sabit kalıyorsa P, V ve T arasında Boyle Kanunu bağıntısı vardır. Toplam atom sayısı ve Avogadro sayısı arasında mol sayısı cindinden bağıntısı vardır. molar kütle m atom N A PV nrt PV PV i i f f T T i n N N A f Böylece, ildeal gaz için alternatif olarak, PV nrt N N A RT Burada, k B =R/N A, olup, Boltzmann sabiti (k B =1.38x10-23 J/K) dir. PV Nk B T Gerçekte ideal gaz yoktur. Gerçek gazlar düşük basınç altında ideal gaz gibi davranırlar. 12

Problemler 1. Bir şişede atmosfer basıncında (, 1 atm=1.01x10 5 Pa=101 kpa) hacmi 30 cm 3 ve sıcaklığı 27 0 C olan hava vardır. Bu şişe bir ateşin içine atılıyor. a) Şişedeki havanın sıcaklığı 200 0 C a yükseldiğinde basıncı ne olur? b) Eğer şişenin hacimce genleşme katsayısı 23x10-6 0 C -1 isei camın hacmindeki değişim nedir? 2. Oksijen dolu bir tankta 40 atm basınçta 12 kg oksijen vardır. Eğer tankın basıncı 25 atm okunuyorsa, tanktan ne kadarlık bir oksijen eksilmiştir. Tankın sıcaklığı sabit kalmaktadır. Isı; genel kavramlar 13

Isı Birimleri Isı transfer edilen enerjidir ve enerji birimleri ile ölçülür. SI biriminde joule (J), ya da Newton-metre (Nm). Tarihsel olarak ısı, suyun sıcaklığını artırma yeteneği olarak, sıcaklık değişimi ile tanımlanıyordu.(kalori) Kalori: 1 gram suyun sıcaklığını 1 C 0 (14.5 0 C den 15.5 0 C ye) artırmak için gerekli ısı miktarı. Kilokalori (kcal): 1 kilogram suyun sıcaklığını 1 C 0 (14.5 0 C den 15.5 0 C ye) artırmak için gerekli ısı miktarı. Endüstride, British thermal unit (Btu) birimi de kullanılır: 1 lb lik suyun sıcaklığını 1 F 0 (63 0 F den 64 0 F e) artırmak için gerekli ısı miktarı. Isının mekanik eşdeğeri Joule, mekanik iş yapılarak suyun ısıtıldığını ve aradaki bağıntıyı belirledi: Yapılan her 4186 J lük iş, kg başına suyun sıcaklığını 1C 0 artırır. 1 cal = 10-3 kcal = 3.969 x 10-3 Btu = 4.186 J 1 kcal=4186 J 1 cal = 4.186 J 1 J=0.239 cal=9.478 x 10-4 Btu 1 Btu=1055 J=252 cal 14

Isı kapasitesi ve özgül ısı Hissedilebilir ısı sıcaklık değişimi ile ilgilidir. Aynı miktarda faklı maddelerin, moleküler konfigürasyonları farklı olduğundan sıcaklıklarını 1 0 C artırmak için gereken enerji miktarı farklıdır. Ör: 1 g H 2 O 1 0 C artırmak için Q=4186 J 1 g Cu 1 0 C artırmak için Q=387 J gereklidir. Isı kapasitesi, C: Bir cismin sıcaklığını 1 0 C artırmak için gerekli miktarı. Q=CΔT Spesifik ısı kapasitesi (özgül ısı), c: 1 (mol) gr/kg başına sıcaklığı 1 0 C (1 K 0 ) artırmak için gerekli c=c/m [J/kg 0 C, J/g 0 C] Q=mcΔT Molar ısı kapasitesi: C/n [J/mol 0 C] c ölçümleri, deney şartlarına göre değişir, sbt basınç ve sbt hacim de yapılan ölçümler maddeden maddeye değişir. Isı kapasitesi (ısı sığası, özgül ısı) kalorimetre kullanılarak ölçülür. Spesifik ısı örnekleri Madde c: J/(kg-C) Alüminyum 902 Bakır 385 Demir 452 Kurşun 128 İnsan vücudu 3500 Su 4186 Buz 2000 15

T: denge sıcaklığı Kaybedilen ısı (Q v ) =kazanılan ısı (Q a ) Suyun kazandığı ısı (Q s )= m s c s (T-T s ) Maddenin kaybettiği ısı (Q m )= -m x c x (T-T x ) m s c s (T-T s )= -m x c x (T-T x ) böylece; Katı ve sıvıların özgül ısılarının ölçümünde, sıcaklığı bilinen bir kaptaki belirli miktar suyun içine yine sıcaklığı bilinen bir madde atılır ve dengeye ulaştıklarında tekrar suyun sıcaklığı ölçülür. Bu işlemde yapılan mekanik iş ihmal edilebilir olduğundan sıcak maddenin verdiği ısı, suya verilen ısıya eşittir (Enerji Korunumu) Bu ölçüm Kalorimetre adı verilen bir cihazla yapılır. c x T x T s Qs = -Qm msc m x s T T T T x T T s Hal değiştirme ısısı (Latent heat) ve faz değişimi Bazı durumlarda, bir cismin ısı aracılığı ile transfer edilen enerjisi sıcaklığının artması ile sonuçlanmaz. Bu durumda Faz Değişimi olur. Cisim katı fazdan sıvı ya da gaz fazına geçer. Cismin faz değişimi için gerekli enerji: Q ml İle tanımlıdır. Burada m cismin kütlesi ve L cismin hal değiştirme (gizli) [latent heat] ısısıdır. + ya da işareti; enerjinin akış yönü ile belirlenir ( + katı sıvı (L e ) ve - sıvı katı (L b ) ). 1 atm su için; L e =3.33x10 5 J/kg L b =2.26x10 6 J/kg 16

120 100 80 60 40 20 0-20 -40 T ( o C) Su + Buz Su Su + Buhar Buhar 62.7 396 815 3080 Gerekli enerji (J) (gm başına) Maddenin fazları Faz değişimi için gerekli ısı: Buharlaşma: sıvı buhar Erime: sıvı katı Süblimleşme (Sublimation): katı buhar Faz değişimi ile serbest kalan ısı: Yoğunlaşma: buhar sıvı Donma: sıvı katı Dibe çökme (Deposition): buhar katı 17

Suyun faz dönüşümü Suyun faz diyagramı Erime (Fusion) eğrisi: katısıvı sınırı basınç Buharlaşma (Vaporization) eğrisi: sıvı-gaz sınırı Süblimleşme (Sublimation) eğrisi: katı-gaz sınırı sıvı su katı buhar sıcaklık 18

Problemler 1. 0.5 kg lık bir metal parçası 200 0 C ye kadar ısıtıldıktan sonra bir cam kaptaki ilk sıcaklığı 20 0 C olan 0.4 g lık suyun içine atılıyor. Karışımın denge sıcaklığı 22.4 0 C olduğuna göre metal parçasının özgül ısısını hesaplayınız. (C s =4186 J/kg 0 C) 2. 10 0 C sıcaklıkta 300 g lık bir alüminyum kapta 200 g su vardır. Bu kaba 100 0 C de 100 g su eklenirse sistemin son denge sıcaklığı ne olur? (C Al =0.215 cal/g 0 C, c s =1 cal/g 0 C) 3. 20 0 C de 20 g alüminyumun tamamını eritebilmek için ne kadarlık ısı verilmelidir? (L Al =94.8 cal/j, Al un ergime sıcaklığı 660 0 C) 19