Isı ve sıcaklık

Konu 'Fizik Ders Notları' bölümünde Moderatör Taner tarafından paylaşıldı.

Konu Durumu:
Mesaj gönderimine kapalı.
  1. Moderatör Taner

    Moderatör Taner Özel Üye Özel Üye

    Katılım:
    12 Ocak 2009
    Mesajlar:
    3.361
    Beğenileri:
    3.519
    Ödül Puanları:
    113
    Yer:
    Ankara

    ISI VE SICAKLIK

    Maddeyi oluşturan atom yada moleküller sürekli hareket halindedir
    Bu hareket katı maddede denge konumu etrafındaki titreşimler , sıvı ve gaz
    larda ise hem titreşim hem de bir çok çarpışmalar sonucu kırık çizgiler hali
    nde öteleme hareketleri şeklindedir. Bu nedenle maddenin her atom veya molekülünün kinetik enerjisi vardır.

    Bir maddenin sıcaklığı denilince , maddeyi oluşturan atom ya da mole
    küllerin sadece bir tanesinin ortalama kinetik enerjisi ile orantılı tanecilik
    anlaşılır.
    Bir maddenin ısısı denilince , maddeyi oluşturan tüm taneciklerin kin
    etik ve potansiyel enerjilerinin toplamıdır.^^Q^^ ile gösterilir.

    Bir maddenin ısısı tanımlanırken aşağıdaki sonuçlar dikkate alınmalı
    dır.
    1-)Bir maddenin sıcaklığı kütleye bağlı değilken ısı kütle ile doğru orantılıdır. Örneğin bir bardak kaynar suyun sıcaklığı ile bir tencere kaynar suyun sıcaklığı aynı fakat kütlesi fazla olan bir tencere suyun ısısı
    daha fazladır.
    2-)Sıcaklık enerji değil , ısı bir enerji türüdür.
    3-)Sıcaklık termometre ile ölçülebilir. Isı her hangi bir araçla ölçülmez , ancak kütlesi ve sıcaklığına bağlı olarak hesaplanabilir.


    TERMOMETRELER

    Cisimlerin sıcaklıklarını ölçen araçlara termometre denir.
    Yaygın olarak sıvı (civalı veya alkollü) termometre kullanılır. Katı ve sıvıların genleşme katsayılarının farklı oluşundan yararlanılarak yapılır.
    İyi bir sıvılı termometrede sıvı haznesinin büyük , kılcal borusunun çok ince , genleşmesinin az olması , kullanılan sıvının genleşmesinin büyük olması gerekir.
    Termometreler bölmelendirilirken , suyun donma ve kaynama sıcaklıkları (1 ATM basıncı altında) esas alınmıştır.

    1-)CELCİUS:Suyun donma sıcaklığını 0C ,kaynama sıcaklığını 100
    C olarak kabul eder. Bu iki sıcaklık arası 100 eşit bölmeye ayrılmış ve her bir bölmeye 1C denilmiştir.
    2-)FAHRENHAYT:Suyun donma sıcaklığını 32F , kaynama sıcaklı-
    ğını 212F olarak kabul eder. Bu iki sıcaklık arası 180 eşit bölmeye ayrılmış
    tır ve her bir bölmeye 1F denmiştir.
    3-)REOMÖR:Suyun donma sıcaklığını 0R , kaynama sıcaklığını 80 olarak kabul eder. 80 eşit bölmeye ayrılmıştır. Her bir bölmeye 1R denir.
    4-)KELVİN:Saf suyun 273K donduğunu 373K kaynadığını kabul eden termometreye denir. Bu termometrede bütün sıcaklıklar pozitif sayılarla ifade edilir.
    5-)HERHANGİ BİR TERMOMETRE (X):Saf suyun donma noktasın
    AX , kaynama noktası da BX olarak ölçmüş olsun. Bunlara göre bütün termometrelerin şeması aşağıdaki gibi olur.

    C R F-32 T-273 X-A
    ----- = --------= ---------= ---------- = ------------
    100 80 180 100 B-A



    MADDELERİN ISI ALIŞ-VERİŞİ(CALORİMETRE) YASALARI

    Enerjinin korunum yasasından yararlanılarak kalorimetre yasaları aşağıdaki gibi özetlenebilir.

    1-Isı alış verişi sırasında bir olayın gerçekleşmesi için harcanan ısı enerjisi,bu olayın tersi gerçekleşirken ortamdan alınan ısı enerjisine eşittir.
    2-Sıcaklıkları farklı maddeler bir araya getirilirse sıcaklıkları eşitleninceye kadar aralarında ısı alış verişi yaparlar.

    Isıca yalıtılmış kapalı bir sistemde alınana ısı , verilen ısıya eşittir. Ya da ısıca yalıtılmış kapalı ortamlarda ısı değişimleri toplamı sıfırdır.
    Kütlesi m1 , özısısı C1 , sıcaklığı t1 ve kütlesi m2 , özısısı C2 , sıcaklığı t2
    Olan iki madde ısıca yalıtılmış bir ortamda bir araya getirilsin. Maddeler için t1  t2 ve denge sıcaklığı t ise

    Q(alınan)=Q(verilen)

    m1 C1 (t-t1) + m2 C2 (t-t2) = O dır.

    NOT:Isı alış verişi yapan maddelerin ısı sığaları eşit ise , denge sıcaklığı maddenin ilk sıcaklıklarının aritmetik ortalamasıdır.
    M1 C1 = m2 C2 = t = t1+t2

    2
    ISI MİKTARI VE HESAPLANMASI (CALORİMETRE)

    Bir maddenin ısı enerjisindeki değişme ya sıcaklık ya da maddenin hal değişmesine neden olur. Isısı değiştirilen madde hal değişmiyorsa , ısı değişimi ile doğru orantılı olarak sıcaklık değişimi olur.
    ÖZGÜL ISI (ISINMA ISISI) :Bir maddenin 1 gramının sıcaklığını 1C değiştiren ısı miktarıdır.^^C^^ ile gösterilir. Birimi Calori /C‘ dir.

    1 CALORİ ="1 gram">1 gramsaf suyun sıcaklığını 1C değiştirmek için gereken ısı miktarıdır.
    ISI SIĞASI : m gram maddenin sıcaklığını 1C değiştirmek için gerekli ısı miktarıdır. Birimi Cal / C ‘ dir.

    Isı sığası : m.C

    Öz ısı tanımını kullanarak m gram maddenin sıcaklığını tC  değiştirmek için gerekli ısı miktarını Q2 = m C  t bağıntısı ile buluruz.
    BİRİMLER : Q : Calori (cal)
    M : gram
    t : tson – tilk (C)
    C : Cal / g  C
    1 Cal : 4,18 joule

    Maddeye aktarılan ısı maddenin yalnız sıcaklığını değiştiriyorsa bu değişim doğru orantılıdır.
    Grafiğin eğimi : tg = t



    MADDELERİN FİZİKSEL HAL DEĞİŞTİRMELERİ

    Hal değişimine uğramayan bir maddeye ısı enerjisi verilirse ;
    Q = m.c.t bağıntısına göre cismin sıcaklığı artar.
    Madde katı ise belli bir sıcaklık derecesine kadar sıcaklığı yükselir, daha sonra sıvı hale geçer. Madde sıvı ise belli bir sıcaklıktan sonra kaynamaya başlar. Katı sıvılaşırken ( erirken ) , erime bitinceye kadar , sıvı buharlaşırken sıvı bitinceye kadar daima sıcaklık sabit kalır. Yani madde hal değiştirirken sıcaklık ve kütle değişmez. O anda verilen ısı enerjisi hal değişimin sağlar. Yani maddenin molekülleri arasındaki bağları çözmeye harcanır.

    ERİME : Bir katı maddenin ısı enerjisi alarak katı halden sıvı hale geçmesi olayıdır.

    ERİME NOKTASI (DONMA NOKTASI ) : Belirli bir basınç altında katı maddenin erimeye başladığı sıcaklık derecesine denir.^^te^^ ile gösterilir. Buz için 0C dir.

    ERİME ISISI ( Le ) : 1 atmosfer basınç altında ve erime noktasında bulunan katı haldeki arı maddeyi aynı sıcaklıkta sıvı haline dönüştüren ısı miktarına o maddenin erime ısısı denir. 0C deki buz için
    Le = 80 calori / Gram


    DONMA : Bir sıvı maddenin ısı kaybederek sıvı halden katı hale geçmesi olayıdır.
     saf bir maddenin erime noktası , donma noktasına , erime ısısı donma ısısına eşittir.
    M gram maddenin erimesi için gerekli ısı Q = m . Le ile bulunur.
    Madde hal değiştirirken hacmi değişir hacimleri değişir. Bazılarının hacimleri küçülür. Bazılarınınki büyür. Örneğin : Buz eriyince hacmi küçülür. Su donunca hacmi büyür.

    Erime ve Katılaşmada Basıncın Etkisi : Erime sırasında cismin hacmi küçülüyorsa bunun üzerine etki eden basınç arttırılırsa erime noktası düşer. Erimede cismin hacmi büyürse basınç artarsa erime noktası yükselir.

    Aşırı Erime Veya Donmadaki Gecikme : Bir sıvının donma noktasından daha düşük sıcaklığa kadar soğutulduğu halde donmaması olayına denir. Donmadaki gecikme , sıvının moleküllerine bağlı bir olay anormal bir durumdur. Bu durumdaki bir sıvıya sıvısının kristalinden küçük bir parça atılırsa veya sarsılırsa , sıvının bir kısmı hemen donar sıcaklığı da donma noktasına yükselir.
    Eğer su aşırı ergirmiş ise ; kristali atılınca donacak suyun kütlesi (x)

    X = m .t bağıntısından bulunur. Burada ;
    L +c .t
    M = aşırı erimiş suyun kütlesi ; L = Buzun erime ısısı ( 80 cal / gr. )
    C = buzun ısınma ısısı ( C buz = 0,5 cal / gr - C ) , t = aşırı erimiş suyun sıcaklığı ( - ) olduğu halde bunun mutlak değeri alınır.

    ERİME KANUNLARI :

    1-) Plastik maddeler hariç olmak üzere kristal yapılı her katı maddenin sabit bir basınç altında bir erime noktası vardır.
    2-) Erime süresinde maddenin sıcaklığı sabit kalır. Şimdi bir katı maddenin erimesi olayını sıcaklığının zaman göre değişim grafiği ile gösterelim.
    Katı maddenin ilk sıcaklığını ( t1 ) , erime sıcaklığı te ise ;
    Grafiğin 1. bölgesinde katı erime sıcaklığına kadar
    ısınmıştır. Madde katı haldedir.
    2. Bölgede verilen ısı katı maddenin molekülleri arasında
    ki bağı çözmek için harcamış olup ; madde katı-sıvı karışımı
    haldedir.
    3. Bölgede ise maddenin erimesi bitmiştir , madde tama
    men sıvı haldedir.

    DONMA KANUNLARI :

    1-)Katısı kristal yapılı olan her sıvını basınç altında belli bir donma noktası vardır.
    2-)Katılaşma süresince maddenin sıcaklığı değişmez.

    İlk sıcaklığı t1 , donma noktası td olan bir sıvı maddenin
    donma grafiği.
    Bu iki grafiğin zaman ekseni , aynı zamanda maddenin
    aldığı verdiği ısının , sıcaklığa bağlı değişim eksenidir.
    Bu grafiklerin bölgelerine göre , cismi verilen gereken
    Isı miktarını hesaplayalım.

    BUHARLAŞMA :

    Bir sıvı maddenin ısı enerjisi alarak sıvı halden gaz hale geçmesidir. Erime belli bir sıcaklık derecesinde olduğu halde buharlaşma her sıcaklık derecesinde olur. Eğer böyle olmasaydı ıslanan bir cisim suyun kaynama noktasına kadar ısıtılırdı.

    BUHARLAŞMA ISISI (Lb) : 1 atmosfer basınç altında belli bir sıcaklıkta sıvıyı aynı sıcaklıkta buhar haline dönüştüren ısı miktarına
    buharlaşma ısısı denir.
    100C de su için Lb = 540 cal/g
    Buharlaşma ısısı ; sıvının buharlaştığı sıcaklık derecesine bağlıdır. Yani sıvını sıcaklığı artarsa Lb küçülür.
    Kütlesi M olan maddeyi sıvı halden gaz haline getirmek için Q = M . Lb enerjisi verilmelidir.

    UYARI : Buharlaşan sıvı çevresinden ısı alır. Onun için elimize kolonya dökünce serinlik hissederiz. Ayrıca terimiz veya ıslak çamaşırlarımız üzerimizde kurursa hasta oluruz. Bunun da sebebi vücudumuzun ısı kaybetmesidir.

    YOĞUNLAŞMA : Gaz (buhar) halinde bulunan bir maddenin ısı vererek sıvı hale geçme olayına denir. Sıvı madde buharlaşırken aldığı ısıyı, yoğunlaşırken aynen geri verir. Bir sıvının belli bir
    sıcaklık derecesinde buharlaşma ısısı, yoğunlaşma ısısına eşittir.

    KAYNAMA : Isıtılan bir sıvının iç buhar basıncının dış basınca eşit olduğu anına kaynama denir. Kaynamanın oluştuğu sıcaklık derecesine kaynama noktası denir.

    Kaynama Kanunları:
    1)Her sıvı maddenin sabit bir basınç altında kaynama sıcaklığı (Kaynama Noktası) vardır.
    2)Sabit bir basınçta kaynama süresince sıvının sıcaklığı değişmez.

    UYARILAR:
    1)Bir sıvının içine yabancı maddeler katılırsa kaynama noktası yükselir.
    2)Kaynama noktası basınç ile doğru orantılıdır. Yani basınç artarsa kaynama noktası da artar. Basınç düşerse kaynama noktası da düşer.
    Saf su deniz seviyesinde100C kaynadığı halde denizden yüksekte olan Ankara’da 87-98C de kaynar.

    SÜBLİMLEŞME: Bir katı maddenin ısı enerjisi alarak sıvı hale gelmeden doğrudan doğruya buhar haline geçmesi olayına denir.
    Şimdi bir katı maddenin belli bir sıcaklıktan itibaren gaz haline gelinceye kadar , hal değişim grafiğini çizelim.
    Bu grafik kütlesi M , ısınma ısısı ( Ck ) ,
    erime ısısı ( Le ) , buharlaşma ısısı ( Lb ) olan
    bir maddeye ait olsun. Her aralık için ısı
    denklemlerini yazalım.
    1. ARALIK : Cismin sıcaklığını t1C den
    erime noktasına kadar arttırmak için verilen ısı:
    Q1 = M . CK . ( te – t1 )
    2. ARALIK : Maddenin katı-halden , sıvı hale geçtiği aralık olup ,
    Q = Q2 - Q1 = M . Le ısısını almıştır.
    3. ARALIK : Sıvılaşan katı maddenin kaynama noktasına kadar ısıtıldığı aralık olup , verilen ısı Q3 – Q2 = M . Csıvı ( tk – te ) ile bulunur.
    4. ARALIK : Kaynama noktasına kadar ısınan sıvının tamamen gaz
    haline geçebilmesi için ısıtıldığı aralık olup Q = Q4 – Q3 =M . Lb ısısını almıştır.

    AÇIK HAVADA BUHARLAŞMA HIZINA ETKİ EDEN FAKTÖRLER
    1-)Açık havada buharlaşma hızı , havanın sıcaklığı ile doğru orantılıdır. Sıcak havada buharlaşma hızlı olur.
    2-)Buharlaşma hızı buharlaşacak sıvının havaya açık yüzeyinin büyüklüğü ile doğru orantılıdır. Yüzey geniş ise buharlaşma hızlı olur.
    3-)Buharlaşma hızı , buharlaşacak sıvının havadaki buharları ile ters orantılıdır. Buharlar havada çok ise buharlaşma yavaş olur.
    4-)Buharlaşma hızı rüzgarlı havada hızlı olur.
    5-)Buharlaşma hızı basınç ile ters orantılıdır.
    6-)Buharlaşma hızı sıvının cinsine bağlıdır.

    ISININ YAYILMASI:
    1-)ISININ İLETKENLİK (İLETİM) YOLU İLE YAYILMASI : Sıcaklıkları farklı cisimler birbirlerine dokundurulduklarında ısı alış-verişi yaparlar. Bu alış-veriş (atomlar) tanecikler arasında olur. Her elementin ısı iletkenliği farklıdır. Onun içi ısı iletkenliği maddenin ayırt edici özelliklerinden biridir. En iyi ısı iletkenleri metallerdir. Metallerden sonra diğer katılar , sıvılar ve gazlar sıralanır.
    2-)KONVEKSİYON YOLU İLE ISI YAYILMASI : Isı enerjisinin maddesel bir ortam yardımı ile yayılmasına denir. Isı enerjisi maddelerin moleküllerinin hareketi ile iletilir. Sıvı ve gazlarda görülür. Bir kaptaki suyu ısıtırken önce alttaki moleküller ısınır. Isınan molekülün hacmi büyür ve yoğunluğu küçülür. Küçük yoğunluklu moleküller yüzeye doğru harekete geçerler , bu durumda soğuk moleküllerde dibe çöker. Bu hareketler sıvı içinde bir molekül akımı oluştururlar. Aynı olay bir odanın ısınmasında hava moleküllerinin hareketinde de görülür.
    3-)IŞIMA YOLU İLE ISI YAYILMASI : Bütün ısı kaynakları , boşlukta ve maddesel ortamlarda yayılma özelliğine sahip ısı ve ışık dalgaları yayarlar. Bu olaya ışıma denir.

    Isı enerjisi taşıyan dalgaları soğuran maddeler onların enerjilerini alarak ısınırlar.

    Güneşin dünyamızı ısıtması ışıma yolu ile ısının yayılması sonucu gerçekleşir.



    « Son Düzenleme: 23 Kasım 2007, 21:37:48 Gönderen: admin » Logged
    admin
    Administrator
    Portal Profesörü


    Teşekkür Sayısı: 330
    Mesaj Sayısı: 1640






    Isı ve Sıcaklık
    « Yanıtla #1 : 23 Ocak 2008, 13:31:06 »
    Bir buz kalıbını güneş ışınlarının geldiği yere koyduğumuzda eridiği, yazın elektrik tellerinin sarktığı, yeterince ısı alan suyun kaynadı?
    ?ı, kışın ise bazı yerlerde suların donduğu görülür. Yani kısaca ısı bazı kimyasal ve fiziksel olayların gerçekleşmesine neden olur. Isı ve sıcaklık kavramları birbirine bağlı olarak değişen kavramlardır.
    Sıcaklık
    Bir maddenin belli bir ölçüye göre, soğukluğunu veya ılıklığını gösteren nicelik, sıcaklık olarak bilinir.
    Bir maddedeki her molekülün kinetik enerjisi farklı farklıdır. Bütün moleküllerin kinetik enerjilerinin toplamı, toplam molekül sayısına bölünürse, ortalama kinetik enerjisi bulunur. Bu ortalama kinetik enerji sıcaklığın bir ölçüsüdür. Bu değerin yüksek olduğu madde daha sıcak, düşük olduğu maddenin sıcaklığı ise daha düşük demektir.
    Bir maddenin ortalama kinetik enerjisi ile orantılı olan büyüklüğe sıcaklık denir. Bir maddenin sıcaklığı değişiyorsa, çevresine ısı veriyor ya da çevresinden ısı alıyordur.
    Isı
    Sıcaklıkları farklı olan maddeler bir araya konulduğunda aralarında enerji alış verişi olur. Alınan ya da verilen enerji ısı enerjisi denir.
    Isı ve sıcaklık ölçülebilir büyüklüklerdir.
    Isı enerji çeşididir,sıcaklık enerji değildir.
    Isı kalorimetre ile,sıcaklık ise termometre ile ölçülür.
    Isı birimi calori veya Joule'dür Sıcaklık birimi ise sadece Derece'dir.
    Isı madde miktarına bağlıdır.Sıcaklık ise madde miktarına bağlı değildir.
    Sıcaklığın **çülmesi (Termometreler)
    Sıcaklık ölçmek için kullanılan araçlara termometre denir. Maddelerin boyutlarında meydana gelen değişim, sıcaklıktaki değişim olarak kabul edilebilir. Termometreler bu esasa göre düzenlenmişlerdir.
    Termometrelerde 76 cm-Hg basıncında sabit iki sıcaklık değeri seçilir. Birisi suyun donma sıcaklığı diğeri ise suyun kaynama sıcaklığıdır.
    Sıcaklık T ile sembolize edilir.
    Celcius (Santigrad °C) termometrelerinde, suyun donma sıcaklığı 0 °C , kaynama sıcaklığı 100 °C alınarak, 100 eşit bölme yapılmıştır.
    Kelvin suyun donma sıcaklığını 273 °K, kaynama sıcaklığını ise 373 °K alarak 100 eşit bölme yapmıştır.
    Herhangi bir X termometresinde ise, suyun donma sıcaklığı – 10 °X, kaynama sıcaklığı ise 70 °X alınarak, 80 eşit bölme yapılmıştır.
    tuubie bunu beğendi.
  2. Moderatör Taner

    Moderatör Taner Özel Üye Özel Üye

    Katılım:
    12 Ocak 2009
    Mesajlar:
    3.361
    Beğenileri:
    3.519
    Ödül Puanları:
    113
    Yer:
    Ankara

    Termometrelerdeki sıcaklık değerlerini birbirine dönüştürmek için,


    eşitlikleri kullanılabilir.
    Buradan çıkan sonuca göre, Celcius termometresindeki sıcaklık değeri 1 bölme yükselirse, Fahrenhait’te; 1,8 bölme, Kelvin’de 1 bölme; X termometresinde ise; 0,8 bölme yükselir.
    Örneğin hava sıcaklığı 10 °C iken, Fahrenhait termometresi
    F = 18 + 32 = 50 °F değerini gösterir.
    Termometrenin Duyarlılığı
    Küçük sıcaklık değişimlerinden etkilenen termometrelerin duyarlılığı daha fazladır. Bunun için termometrenin haznesinde daha fazla sıvı ve sıcaklıkla daha çok genleşen sıvı olmalıdır. Cıvanın tercih edilmesi bundan dolayıdır. Ayrıca kılcal boru dar olmalı ki genleşen sıvının hareketi rahat gözlenebilsin.
    Yerçekim kuvvetinin sıfır olduğu bir yerde termometre çalışır. Çünkü genleşme yerçekimine bağlı değildir.
    Isı Enerjisi
    Maddenin sıcaklığını artırmak için verilmesi gereken enerji çeşidine ısı enerjisi denir. Q ile gösterilir. Isı bir enerji çeşidi olduğundan enerji birimleri ısı birimleri olarak alınabilir. Uluslararası birim (SI) sistemine göre enerji birimi Joule (Jul)dür.
    1 cal = 4,18 Joule dür.
    Sıcaklık Değişimi
    Elimizle bir maddeye dokunduğumuzda sıcaklık hissediyorsak madde elimize ısı veriyordur. Dokunduğumuzda soğukluk hissediyorsak elimiz maddeye ısı veriyordur.
    Buna göre, sıcaklıkları farklı olan iki madde karıştırıldığında ya da birbirine değecek şekilde yan yana konulduğunda aralarında ısı alış verişi olur. Sıcak olan madde ısı verip sıcaklığı azalırken, sıcaklığı düşük olan madde ısı alarak sıcaklığı artar ve sonuçta ısıl denge sağlanır.
    Isı akışı her zaman sıcak maddelerden soğuk maddelere doğru olur. Sıcaklıkları eşit olan maddelerde ısı alış verişi olmaz.
    Öz ısı
    Yalnız sıcaklık değişimine bakılarak bir maddenin aldığı ya da verdiği ısı miktarı bulunamaz. Çünkü sıcaklık değişimi maddenin cinsine ve miktarına bağlıdır. Bir maddenin cinsinin ısınmaya etkisi öz ısı olarak ifade edilir. Bir maddenin birim kütlesinin sıcaklığını 1 °C değiştirmek için gerekli ısı miktarına öz ısı denir. c ile gösterilir.
    Her saf maddenin aynı şartlardaki öz ısısı farklıdır. Dolayısıyla öz ısı maddeler için ayırt edici bir özelliktir. Ayırt edici özellikler madde miktarına bağlı değildir.
    Bir cismin m gramının sıcaklığını DT kadar değiştirmek için verilmesi ya da alınması gereken ısı miktarı
    Q=m.c.Dt
    bağıntısı ile bulunur.
    Bu bağıntıya göre, eşit kütleli maddelere eşit miktar ısı verildiğinde, öz ısısı küçük olan maddenin sıcaklık değişimi, öz ısısı büyük olanınkine göre daha fazla olur.
    Isı Sığası
    Bir maddenin kütlesi ile öz ısısının çarpımına (m.c) ısı sığası denir. Isı sığası madde miktarına bağlıdır. Dolayısıyla ayırt edici bir özellik değildir.
    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.
    Qalınan = Qverilen
    m1 . c1 . DT1 = m2 . c2 . DT2
    İki madde arasında hal değişimi yok ise, yukarıdaki eşitlik geçerlidir. Isıl denge sağlandığında iki maddenin son sıcaklığı kesinlikle eşit olur.
    Sıcaklıkları T1 °C ve T2 °C olan aynı cins sıvıdan eşit kütleli karışım yapılırsa, karışımın son sıcaklığı

    karışımın son sıcaklığı, karışan sıvıların sıcaklıkları arasında bir değerdir. T2 > T1 ise, T2 > Tson > T1 olur.
    ERİME ve DONMA
    Maddelerin içinde bulunduğu sıcaklığa göre, katı, sıvı ve gaz halinde bulundukları biliniyor. Maddeler ısı alarak ya da ısı vererek bir halden diğer bir hale geçiş yapabilirler. Maddelerin bir halden başka bir hale geçmesine hal değiştirme denir.
    Maddelerin katı halden sıvı hale geçmesine erime, sıvı halden katı hale geçmesine de donma denir.
    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.
    Hal değişim sırasında maddelerin hacminde de değişme olur.
    Erime Sıcaklığı
    Sabit atmosfer basıncı altında bütün katı maddelerin katı halden sıvı hale geçtiği sabit bir sıcaklık değeri vardır. Bu sıcaklık değerine erime sıcaklığı ya da erime sıcaklık noktası denir.
    Sabit atmosfer basıncı altında her maddenin erime sıcaklığı farklı olduğu için maddeler için ayırt edici bir özelliktir. Örneğin deniz düzeyinde buzun erime sıcaklığı 0 °C dir.
    Erime Isısı
    Erime sıcaklığındaki bir katının 1 gramının yine aynı sıcaklıkta sıvı hale gelmesi için verilmesi gerekli ısıya erime ısısı denir. Erime ısısı da ayırt edici bir özelliktir. Kütlesi m olan, erime sıcaklığındaki bir katıyı eritmek için verilmesi gereken ısı miktarı,
    Q=m. Le
    bağıntısı ile bulunur.
    Örneğin, buzun erime ısısı Le = 80 cal/g dır.
    Sıvı bir maddenin ısı vererek katı haline geçmesine donma denir. Sabit atmosfer basıncı altında bütün sıvı maddelerin katı hale geçtiği sabit bir sıcaklık değeri vardır. Bu değere donma sıcaklığı ya da donma sıcaklık noktası denir.
    Erime ile donma birbirinin tersidir. Bundan dolayı bir maddenin erime sıcaklığı, donma sıcaklığına eşittir. Erime ısısı da donma ısısına eşittir. Örneğin deniz düzeyinde 0 °C deki su donarken dışarı 80 cal/g lık ısı verir.
    Madde hal değiştirirken sıcaklığı değişmez.
    Bir maddenin erime sıcaklıkları ile donma sıcaklığı eşittir.
    Erime sıcaklığı ve erime ısısı,maddenin ayırt edici özelliklerindendir.
    Erime ve Donmaya Etki Eden Faktörler
    Erime ve donma sıcaklığı normal şartlarda sabittir. Eğer basınç ve maddenin saflığı değiştirilirse, maddelerin erime ve donma sıcaklığıda değişir.
    1. 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.
    Buz erirken hacmi küçülür. Dolayısıyla basıncın artması, hacmin küçülmesine yardımcı olduğu için erime sıcaklığı azalır. Buz için yani erirken hacmi küçülen maddeler için basıncın azalması erime sıcaklığını yükseltir.
    Deniz düzeyinde, normal basınçta 0 °C de eriyen buz, basınç artırılmasıyla sıfırın altındaki bir sıcaklıkta da eriyebilir.
    Yüksek dağların zirvesindeki karların yaz mevsiminde de erimemesinin nedenlerinden birisi de açık hava basıncının yükseklere çıkıldıkça azalması ve karın erime noktasının yükselmesidir.
    2. 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.
    Arabaların soğutucu suyunun içine antifriz denen maddenin karıştırılması suyun donma noktasını
    – 20 °C, – 25 °C gibi sıcaklıklara indirmektedir.
    Kışın hava sıcaklığının 0 °C nin altında olduğu durumlarda, yollardaki buzu eritmek için, tuz dökülür. Tuz, buzun erime noktasını düşürür ve (–) değerli sıcaklıklarda da buz eriyebilir.
    KAYNAMA, BUHARLAŞMA ve SÜBLİMLEŞME
    Buharlaşma
    Sıvı bir maddenin ısı olarak gaz haline geçmesi olayına buharlaşma denir. Buharlaşma olayı sıvı yüzeyinde olur. Isı alan sıvı moleküllerinden bazıları sıvı yüzeyinde,moleküller arası çekim kuvvetini ve sıvının yüzey gerilimini yenerek gaz fazına geçer.
    Buharlaşmaya basınç ve diğer fiziksel şartların etkisi çoktur.
    · Buharlaşma her sıcaklıkta olabilir.
    · Maddeler dışarıdan ısı alarak buharlaşırlar. Dolayısıyla buharlaşmanın olduğu yerde serinleme olur.
    · Sıcaklığın artması buharlaşmayı hızlandırır.
    · Açık hava basıncının azalması buharlaşmayı artırır.
    · Sıvının açık yüzey alanı arttıkça buharlaşma daha fazla olur.
    · Rüzgarlı havada buharlaşma fazla olduğundan çamaşırlar daha çabuk kurur.
    Kaynama
    Bir kapta bulunan sıvı ısıtılırsa sıcaklığı yükselir ve buharlaşma artar. Sıvının sıcaklığının yükselmesiyle meydana gelen buhar basıncı, sıvının yüzeyine etki eden basınca eşit olduğu an, sıvı kaynamaya başlar. Kaynama sırasında sıvının sıcaklığı değişmez.
    Kaynama Sıcaklığı
    Sabit atmosfer basıncı altında bütün sıvı maddelerin, sıvı halden gaz hale geçtiği sabit bir sıcaklık değeri vardır. Bu sıcaklık değerine kaynama noktası denir. Kaynama sıcaklığı maddeler için ayırt edici bir özelliktir.
    Buharlaşma Isısı
    Kaynama noktasına gelmiş 1 gram sıvı maddenin tamamının aynı sıcaklıkta gaz haline gelmesi için verilmesi gereken ısıya buharlaşma ısısı denir. Buharlaşma ısısı Lb ile gösterilir. Kaynama sıcaklığındaki m gramlık maddeyi gaz haline getirmek için verilmesi gereken ısı miktarı
    Q=m.Lb
    bağıntısı ile bulunur. Suyun buharlaşma ısısı
    Lb = 540 cal/g dır. Buharlaşma ısısı maddeler için ayırt edici bir özelliktir.
    Gaz halindeki bir maddenin ısı vererek sıvı hale geçmesine yoğunlaşma denir. Erime ve donmada olduğu gibi, yoğunlaşma da, kaynamanın tersidir. Dolayısıyla bir maddenin kaynama sıcaklığı ile yoğunlaşma sıcaklığı eşittir. Buharlaşma ısısı ile yoğunlaşma ısısı da eşittir.
    Kaynama ve yoğunlaşma anında maddenin sıcaklığı değişmez.
    Bir maddenin kaynama sıcaklığı ile yoğunlaşma ısısı eşittir
    Bir maddenin buharlaşma ısısı ile yoğunlaşma ısısı eşittir.
    Kaynama sıcaklığı ile buharlaşma ısıs ayırt edici özelliklerdendir.
    Süblimleşme
    Bazı katı maddeler ısıtılınca sıvı hâle geçmeden doğrudan gaz hâle geçerler. Bu olaya süblimleşme denir. Naftalin, ernet ve bazı koku yayan maddelerin zamanla azaldığı görülür. Fakat hiç sıvılaştığı görülmez. Bu tür maddelerde süblimleşme olur.
    Kaynama ve Yoğunlaşmaya Etki Eden Faktörler
    Yine erime ve donmada olduğu gibi, kaynama ve yoğunlaşmaya etki eden faktörler vardır. Basınç ve maddenin saflığının değiştirilmesi, kaynama sıcaklığını etkiler.
    · Kaynama olayının gerçekleşmesi için, buhar basıncının atmosfer basıncına eşit olması gerekir. Atmosfer basıncı artarsa, ağzı açık kaptaki sıvının kaynaması zorlaşır. Atmosfer basıncının azalması ise kaynamayı kolaylaştırır. Dolayısıyla sıvı daha düşük sıcaklıkta kaynar.
    Deniz düzeyinde 100 °C de kaynayan saf su, Ankara’da 96 °C de, Erzurum’da ise 94 °C de kaynar.
    Düdüklü tencerede basıncın artmasıyla sıvının kaynama sıcaklığı artırılır, dolayısıyla yemekler daha çabuk pişer.
    · Saf sıvı içine karıştırılan farklı maddeler sıvının saflığını bozar. Saflığı bozulan sıvının kaynama noktası değişir. Örneğin suyun içine tuz karıştırılırsa, kaynama noktası yükselir.
    Suyun Hal Değişim Grafiği
    Bir parça buz ısıtıldığında önce sıcaklığı artar. Erime sıcaklığına geldiğinde hal değiştirmeye başlar ve buzun tamamı eriyinceye kadar sıcaklığı değişmez. Isı enerjisi verilmeye devam edildiğinde, suyun sıcaklığı artar ve 100 °C de kaynamaya başlar. Sıvının tamamı bitinceye kadar sıcaklık değişmez. Bu açıklamaya göre buzun sıcaklık-aldığı ısı enerjisi grafiği şekildeki gibi olur.


    Buzun erime ısısı Le = 80 cal/g, buharlaşma ısısı
    Lb = 540 cal/g dır. Dolayısıyla 0 °C deki 1 gram buzu eritmek için 80 calorilik ısı gerekirken, 100 °C deki 1 gram suyu gaz haline geçirmek için 540 calori gerekir. Bundan dolayı DQ1 < DQ2 dir.
    Madde ısı hızı sabit olan ocakla ısıtılıyorsa, ısı ekseni yerine zaman ekseni alınabilir.
    GENLEŞME
    Isı alan cisimlerin moleküllerinin hareketi artar. Bu da moleküller arası uzaklığın artmasına neden olur. Bunun sonucunda da cismin hacmi artar yani genleşir.
    Isıtılan cisimlerin hacminde meydana gelen artışa genleşme, azalmaya ise büzülme denir.
    Genleşme ve büzülmelerin sonucunda elektrik tellerinin yazın sarkık, kışın ise gergin durduğu görülür. Tren raylarının birleşme yerlerinde genleşmeden dolayı boşluk bırakılır.
    Katılarda Genleşme
    Katı madde, çubuk şeklinde ise boyca uzama, levha şeklinde ise yüzeyce genleşme, küre ve silindir gibi cisimlerde ise hacimce genleşme olarak incelenir.
    Boyca Uzama
    Katı bir çubuk, ısıtılıp sıcaklığı artırıldığında boyunun uzadığı gözlenir. Boyu uzayan bir çubuğun genişliği de artar. Fakat boyundaki artışın yanında genişliğindeki artış ihmal edilecek kadar küçüktür. Bundan dolayı metalin tek boyutta genleştiği kabul edilir ve buna boyca uzama denir.

    İlk boyu l0 olan bir çubuğun sıcaklığı DT kadar artırılırsa, boyundaki Dl uzama miktarı,
    Dt=l0.a.DT
    bağıntısı ile hesaplanır. Buradaki a katsayısı, maddenin cinsine bağlı olup boyca uzama katsayısı olarak ifade edilir.
    Birim uzunluktaki bir çubuğun sıcaklığı 1 °C artırıldığında boyundaki uzama miktarı boyca uzama katsayısına eşittir.
    Uzama katsayısı katı maddeler için ayırt edici bir özelliktir.
    Çubuk şeklindeki maddelerin boyca uzaması kesit alanına bağlı değildir.Aynı maddeden yapılmış, ilk boyları eeşit olan çubukların sıcaklıkları eşit oalrak artırılırsa ,kalın olan çubukla ince olan çubuğun boyları eşit miktarda artar.
    Genleşmenin terzi büzülmedir.Bir çubuk sıcaklığı artırıldığında ne kadar uzuyorsa ,ilk duruma göre sıcaklığı eşit miktar azaltılırsa , eşit miktar kısalır.
    a uzama katsayısı büyük olan çubuk, ısıtıldığında fazla uzar soğutulduğunda ise fazla kısalır.
    İlk boyları eşit olan X ve Y metal çubuklarından X in uzama katsayısı Y ninkinden büyük olsun (aX > aY).d
    Bu çubukların sıcaklığı eşit miktar artırılırsa, X in boyu daha fazla uzar. Eğer sıcaklıkları eşit miktar azaltılırsa X in boyu daha fazla kısalır.
    Fakat bu çubuklar birbirinden ayrılmayacak şekilde perçinlenmiş iseler, ısıtıldıklarında ya da soğutulduklarında bükülme meydana gelir.

    X in uzama katsayısı Y ninkinden büyük olduğundan, ısıtılma sonucu X çubuğu daha fazla uzayacağı için Y nin üzerine doğru bükülür. Soğutulma sonucunda ise X daha fazla kısalacağı için Y çubuğu X in üzerine doğru bükülür.

    Yüzeyce Genleşme
    İnce levha şeklindeki katı maddelerin kalınlığındaki genleşme, yüzeyindeki genleşmenin yanında çok küçük kaldığı için dikkate alınmaz. Dolayısıyla böyle bir levhadaki genleşmeye yüzeyce genleşme denir.
    Yüzey alanı S0 olan ince metal bir levha ısıtıldığında yüzey alanı artar. Yüzey alanındaki DS artış miktarı




    DS=So.2a.DT
    bağıntısı ile hesaplanır. İki boyutta genleşme olduğu için a uzama katsayısı 2a olarak alınmıştır. Benzer şekilde soğutulan levhanın yüzey alanındaki azalma da aynı bağıntı ile hesaplanır.
    Şekildeki levhanın içindenr yarıçaplı bir parça çıkarılıp atılıyor.
    a. Levha ısıtıldığında genleşme olur. Genleşme sonucu levhanın yüzey alanı artar. İçteki boşluğun alanı da artar. Yani r yarıçapı büyür. Isıtılan bu levha içe doğru genleşmez hep dışa doğru genleşir. Fotokopik büyütme gibi olur. Dolayısıyla a, b ve r uzunluklarından üçüde artar.
    b. Levha soğutulduğunda, levhanın yüzey alanı azalır. Dolayısıyla a, b ve r uzunlukları küçülür. Yine fotokopik küçülmeye benzetebiliriz.

    Hacimce Genleşme
    Bütün maddeler hacimce genleşir. Fakat bazı doğrultulardaki genleşmeler ihmal edilecek kadar küçük olduğunda, boyca uzama ve yüzeyce genleşme durumları olur.
    İlk hacmi V0 olan küresel bir cismin sıcaklığı DT kadar değiştirildiğinde hacmindeki değişme miktarı olan DV,
    bağıntısı ile bulunur.
    Buradaki a değerine hacimce genleşme katsayısı denir. Hacimce genleşme üç boyutta olduğu için
    a = 3a diyebiliriz.

    Sıvılarda Genleşme
    Sıvılar içinde bulundukları kabın şeklini alır. Isıtılan bir sıvı, hacimce genleşir. İçi su dolu bir kap ısıtıldığında sıvının taşması, genleştiğini gösterir. Burada sıvı genleşirken kapta genleşir. Fakat sıvıların genleşme katsayısı katılarınkinden büyük olduğu için sıvı, kaptan daha fazla genleşir ve taşma olur. Eğer kap ile sıvı eşit miktar genleşse idi sıvı taşmazdı.
    Bu bağıntıya göre, aynı cins sıvıların sıcaklığı eşit miktar artırılırsa, hacmi büyük olan sıvı daha fazla genleşir. Su diğer sıvılardan farklı şekilde genleşir.
    +4 °C de hacmi en küçük değerini alır. +4 °C den itibaren hacmi artar ve 0 °C deki hacmi ile +8 °C deki hacmi eşit olur. Buna göre suyun hacim – sıcaklık ve özkütle – sıcaklık grafiği aşağıdaki gibi olur.

    +4 °C de hacmin minimum olduğu yerde özkütle maksimum değerini alır. Özkütlesi büyük olan sıvı altta olduğu için, su birikintilerinin, göllerin ve denizlerin, dip kısımlarındaki sıcaklık +4 °C civarındadır.
    Şekilde kesit alanı veri len K, L, M kaplardaki aynı cins sıvıların sıcaklıkları eşit miktar artırıldığında, L ve M kaplarındaki sıvılar eşit miktar genleşir.
    r
    DV = V0 . a . DT bağıntısına göre, a ve DT eşit iken ilk hacmi büyük olan sıvı daha çok genleşir. K deki sıvı ise bunlara göre daha az genleşir.
    Fakat genleşen sıvıların kaplardaki yükselme miktarlarına bakılırsa, durum değişir. M kabının üst kısmı daha dar olduğu için sıvı burada daha fazla yükselir. L deki sıvı hacmi K dekinin iki katı olduğu için, DVL = 2DVK olur.
    Fakat L nin kesit alanı da K nin kesit alanının iki katı olduğundan K ve L deki sıvı yükselmeleri eşit olur.
    ISI İLETİMİ VE YALITIMI
    Isı enerjisi bir yerden başka bir yere üç yolla yayılır.
    1. İletim yoluyla
    2. Konveksiyon (madde akımı) yoluyla
    3. Işıma yoluyla
    1. İletim
    Isının iletim yoluyla yayılması katılarda olur. Katıların molekül yapısı sıkı olduğu için ısı alan bir molekül aldığı ısının bir kısmını çevresindeki moleküllere aktararak onlarında sıcaklığının artmasına neden olur. O moleküllerde ısısını komşu moleküllere aktarır ve böylece bir ucu ısıtılan katı maddenin iletim yoluyla diğer ucu da ısınır.
    Katı maddelerde ısı yüzde yüz olarak iletilmez. İletme durumu bazı maddelerde hızlı, bazılarında ise yavaştır. Bundan dolayı ısı iletkenliği katı maddeler için ayırt edici bir özelliktir.
    En iyi iletkenler saf metaller ve bunlar içinde de altındır.
    X, Y çubuklarının uçlarından eşit uzaklığa konulan mumlardan önce hangisi düşerse, o çubuğun ısı iletkenliği daha fazla demektir.

    Sıvı ve gaz molekülleri arasındaki uzaklık katılarınkine göre fazla olduğu için iletim yoluyla ısı iletemez.
    2. Konveksiyon (Madde Akımı)
    Sıvı ve gazlar akışkan olduklarından kolay hareket edebilirler. Isınan maddeler genleşerek hacmi artar ve özkütlesi azalır. Özkütlesi azalan akışkan yukarı çıkarken, özkütlesi büyük olan akışkan aşağı iner ve bir sirkülasyon (sıvı dolaşımı) meydana getirir.
    Örneğin kalorifer yandığında, çevresindeki hava moleküllerini ısıtır ve ısınan hava genleşerek odanın diğer taraflarına gider ve oraları da ısıtır.
    Bir sıvı alttan ısıtıldığında ısınan sıvı genleşir ve özkütlesi azalır. Özkütlesi azalan sıvı yukarı, yukarıdaki daha soğuk ve özkütlesi büyük olan sıvı aşağı iner ve sıvı içinde bir sirkülasyon olur. Dolayısıyla kabın alt tarafı ısınmakla sıvının üst kısmı da madde akımı yoluyla ısınmış olur.
    3. Işıma
    Sıcak cisimler ışıma yaparlar. Etrafa elektromanyetik dalga gönderirler. Bu dalgalar enerji paketcikleridir (foton). Bu enerji dalgalarını soğuran yüzeyler ısınırlar. Enerji dalgaları yayan cisim ise enerji kaybettiği için soğur.
    Güneşin dünyayı ısıtması ışıma yoluyla olur. Güneşten yayılan ışık dalgalarını soğuran yüzeyler ısınırlar. Koyu renkli yüzeyler ışığı daha çok soğurduğu için daha çok ısınırlar. Açık renkli yüzeyler ise daha çok yansıttıkları için az ısınırlar.
    Termosların iç yüzeyinin parlak olması ısının ışıma yoluyla kaçmasını engellemek içindir. Termosun dış yüzeyi parlak ise, dışardan içeriye ısının girmesini azaltmak içindir.
    Sıcak bir metal parçası zemine bırakıldığında zamanla soğur. Bu cismin soğuması yani ısı kaybı, iletim, konveksiyon ve ışıma yoluyla olur. Zemine temas ettiği için iletimle ısının bir kısmını zemine aktarır. Havadaki moleküller cisme çarparak ondan ısı alırlar. Ayrıca sıcak cisimler gözlerimizle göremediğimiz kızıl ötesi ışınlar yayarlar. Yani ışıma yoluyla da ısının bir kısmını verir ve zamanla soğurlar.

    Binalardaki çift cam, tuğlalar arasına konulan köpük, bodrum katlardaki strofor, çatılardaki izocam, su saatleri üzerine dökülen odun talaşı, oda zeminlerinin parke ile döşenmesi ısı yalıtımına birer örnektir.
    fulya_ ve NuR4y bunu beğendi.
Konu Durumu:
Mesaj gönderimine kapalı.

Sayfayı Paylaş