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 saf 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 1 gram 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 1 gram 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.