60 C. Şekil 5.2: Kütlesi aym, sıcaklıkları farklı aym maddeler arasındaki ısı alışverişi

Transkript

1 5.2 ISI ALIŞ VERİŞİ VE SICAKLIK DEĞİŞİMİ Isı, sıcaklıkları farklı iki maddenin birbirine teması sonucunda, sıcaklığı yüksek olan maddeden sıcaklığı düşük olatı maddeye aktarılan enerjidir. Isı aktanm olayında, sıcaklığı yüksek olan tanecikler daha hızlı, sıcaklığı düşük olan tanecikler ise daha yavaş hareket eder. Hızlı hareket eden tanecikler yavaş hareket eden taneciklerle çarpışır. Taneciklerin çarpışmaları sırasında ısı alış verişi gerçekleşir. Çarpışmadan sonra hızlı hareket eden tanecikler yavaşlarken, yavaş hareket eden taneciklerin hızı artar. Bu ısı alış verişi taneciklerin hızlan eşit oluncaya kadar devam eder. Taneciklerin hızı eşitlendiğinde maddelerin sıcaklığı her yerinde eşitlenmiş olur. 60 C Şekil 5.2: Kütlesi aym, sıcaklıkları farklı aym maddeler arasındaki ısı alışverişi Su miktarları aym, sıcaldıklan 40 C ve 80 C olan 1. ve 2. kaplardaki sular ayn bir kapta kanştınlıyor ve suyun sıcaklığı 60 C olarak ölçülüyor. Bu da bize sıcaklıklan farklı maddeler arasında ısı alış verişi olduğunu gösterir. Sıcaklığı yüksek olan maddeden sıcaklığı düşük olan maddeye doğru ısı akışı gerçekleşmiştir. Isı, bir maddenin bütün moleküllerinin sahip olduğu hareket enerjisinin toplamıdır. Sıcaklık ise moleküllerin ortalama hareket enerjisinin bir göstergesidir. Tek bir molekülün kütlesi çok küçük olduğundan sahip olduğu hareket enerjisi de çok küçüktür. Maddeler çok sayıda molekülden veya atomlardan oluştuklarından, maddelerin sahip olduğu hareket enerjisi büyük değerlere ulaşır. Örneğin; bir çaydanlık dolusu kaynar suyun ve bir bardak kaynar suyun içine aym miktarda buz parçası atıldığında, çaydanlıktaki buz parçasının daha çabuk eridiği gözlenir. Sıcaklıklan aym olmakla birlikte çaydanlıktaki su miktarının daha fazla olmasından dolayı çaydanlığa atılan buz daha çabuk erimiştir. Çünkü çaydanlıktaki su miktan, dolayısıyla da su moleküllerinin sayısı, bardaktakinden daha fazladır. m r Kütleleri farklı, başlangıç sıcaklıkları aynı olan bir maddeyi, belirli bir sıcaklığa kadar getirmek için hangisini daha çok ısıtmak gerekir? Kütleleri farklı, başlangıç sıcaklıklan aym olan maddeleri belirli bir sıcaklığa kadar getirmek için kütlesi fazla olan maddenin daha uzun süre ısıtılması gerekir.

2 Şekil S.3: Aynı maddenin farklı miktarlarının farklı sürelerde ısıtılması Başlangıç sıcaklığı aynı, kütleleri farklı olan maddelere eşit süre ısı verilirse, kütlesi az olan maddenin sıcaklık artışı daha büyük, kütlesi çok olan maddenin sıcaklık artışı daha küçük olur. S dakika S dakika Şekil 5.4: Aym maddenin farklı miktarlarının eşit sürelerde ısıtılması Isının, maddeler üzerinde görülen ve kolayca ölçülebilen etkilerinden yararlanarak bazı araçlar yapılabilir. Termometre bu araçlardan biridir. Isınan maddelerin hacimlerinin büyüdüğünü, soğuyan maddelerin hacimlerinin küçüldüğünü (genleşme) daha önceki derslerinizden öğrendiniz. Bundan başka sıcaklıkları farklı iki madde birbirine temas edince sıcak olan maddenin soğuduğunu, soğuk olan maddenin ise ısındığını (ısı ahş verişi) ve sonunda ortak bir sıcaklığa ulaşıldığım öğrendiniz. (4 T Maddelerin sıcaklığım ölçmede bu iki özellikten faydalanılabilirini? Maddelerin sıcaklığım ölçmek için bu iki özellikten yararlanılarak termometreler yapılmıştır. Termometreler metallerin, sıvıların ve gazların genleşme özelliğine göre yapılmışlardır. İlk termometreyi 1592 yılında İtalyan bilim inşam Galileo (Galileo) yapmıştır. Galileo nun yaptığı havalı termometre çok duyarlı olmasına karşın kullanılması çok zordu. Bu yüzden havalı termometreler bazı laboratuarlarda özel amaçlar için kullanılır. Gazlı termometrelerin kullanımı güç olduğundan dolayı yerine sıvılı termometreler yapılmıştır. Sıvılı termometrelerde genleşen madde olarak gümüş parlaklığında cıva veya renkli alkol kullanılır.

3 Duvar termometresi Hasta termometresi Laboratuar termometresi Resim 5.1: Termometre çeşitlen (4T Sıvılı bir termometre Celsius olarak nasıl bölmelenir? Termometrenin haznesi 1 atmosfer basmç altındaki buzlu suya batmlır. Termometrenin sıvısının hacmi küçülür ve kılcal borunun içinde bir yerde durur. Buraya 0 Celsius ( C) işareti konur. Sonra bu termometre kaynayan suyun buharı içine tutulur. Termometrenin sıvısı genleşerek boruda yükselir ve bir yerde durur. Buraya da 100 C işareti konur. Daha sonra işaretlenen bu iki ara 100 eş bölmeye ayrılır. Her bölme 1 C a karşılık gelir. Termometremizin haznesini ılık bir suya batırdığımızda kılcal borudaki sıvı (cıva veya alkol) 40 a kadar yükseliyorsa ılık suyun sıcaklığının 40 C olduğunu söyleyebiliriz. Saf su 1 atmosfer basmç altında 100 C da kaynar, 0 C da donar. Termometreler genellikle suyun bu özelliğine göre yapılır. Isı ve Diğer Eneıji Türleri Isı, yaşantımızda geniş ölçüde yararlandığımız bir enerji türüdür. Yemek pişirmede, ısınmada vb. durumlarda ısıdan yararlanırız. Isıdan başka elektrik enerjisi, ışık enerjisi, mekanik (hareket) enerji, kimyasal enerji gibi eneıji türleri de vardır. Eneıji korunumu kanununa göre eneıji yok olmaz fakat bir eneıji türü, başka bir eneıji türüne dönüşebilir. Isı da bir enerji olduğuna göre hareket (mekanik) enerjisinin ısı eneıjisine nasıl dönüştüğünü aşağıdaki etkinliği yaparak anlamaya çalışınız. Etkinlik: Hareket enerjisinin ısı enerjisine dönüşmesi İki tane odun parçası veya taş alarak bu deneyi yapabilirsiniz. Odun parçalannm veya taşların sıcaklığım elinizle kontrol ediniz. Dokunduğunuzda soğuk olmalıdır. Sonra odun parçalarım veya taşlan birkaç dakika birbirine sürtünüz. Daha sonra tekrar elinizle sürttüğünüz odunlara ya da taşlara dokununuz. Ne hissettiniz? Odun parçalannm ya da taşların ısındığını fark ettiniz mi?

4 Resim 5.2: Taş parçalan Odun parçalarının veya taşların sıcaklığı artmıştır. Buda bize hareket eneıjisinin ısı eneıjisine dönüştüğünü göstermektedir. Sizde hareket eneıjisinin ısı eneıjisine dönüşümü ile ilgili başka deneyler yapabilirsiniz. Isı alan maddelerin sıcaklığı artar. Aym maddenin farklı kütleleri, eşit süre aym ısıtıcı ile ısıtıldığında kütlesi az olan maddenin sıcaklığının daha çok arttığım öğrendiniz. Başlangıç sıcaklıklan aynı, kütleleri eşit farklı maddeler eşit süre aym ısıtıcı ile ısıtılırsa ne olur? Şekil 5.5: Farklı maddelerin eşit süre ısıtılması Oda sıcaklığında bulunan eşit kütleli su ve zeytinyağı, eşit süre aym ısıtıcı ile ısıtılır ve termometredeki değerleri okunur. Maddelerin ilk sıcaklığı ile son sıcaklığı arasındaki farka bakılır. E şit süre ve aym ısıtıcı ile ısıtılmasma rağmen her iki maddedeki sıcaklık artışı aym m ıdır? Aym değil ise bu neden kaynaklamyor olabilir?

5 Başlangıç sıcaklıkları aynı, kütleleri eşit farklı maddeler eşit süre aym ısıtıcı ile ısıtılırsa maddelerdeki sıcaklık artışı farklı olur. Bu da maddelerin farklı olmasından kaynaklanır. Suyun 1 gramının sıcaklığım 1 C artırmak için verilen ısı miktarı ile zeytinyağlımı 1 gramının sıcaklığım 1 C artırmak için verilen ısı miktarı farklıdır. Suyun 1 gramım 1 C artırmak için 4,180 joule ısı, zeytinyağı için 1,965 joule ısı gerekmektedir. Bu değerlere bakıldığında hangi maddeye daha çok ısı verilmesi gerektiğini söylemek mümkündür. Farklı maddelere eşit ısı verildiğinde öz ısı değerlerine bakarak hangi maddedeki sıcaklık artışının daha fazla olacağım söylemek mümkündür. Herhangi bir maddenin bir gramının sıcaklığım 1 C artırmak için gerekli ısı miktarına o maddenin öz ısısı (ısınma ısısı) denir. Birimi, joule/g C veya kalori/g C dir. Sembolü c ile gösterilir. Uluslararası birim sisteminde öz ısının birimi joule/g C dir. 1 kalori 4,18 joule eşittir. Yani 1 kalori = 4,18 joule dur. Öz ısı maddeler için ayırt edici bir özelliktir ve bütün maddelerin öz ışılan farklıdır. Bazı maddelerin öz ışılan çizelge l de verilmiştir. Maddenin adı Öz ısısı (joule/g C) Maddenin adı Öz ısısı joule/g C Su 4,180 Alüminyum 0,910 Zeytinyağı 1,965 Bakır 0,370 Alkol 2,540 Nikel 0,420 Cıva 0,1 2 Çinko 0,390 Buz 2,090 Kurşun 0,130 Çizelge 5.1: Bazı maddelerin öz ışılan Bir maddenin sıcaklığındaki değişme; aldığı veya verdiği ısı miktarına, maddenin emsine ve kütlesine bağlıdır. 5.3 MADDENİN HALLERİ VE ISI ALIŞ VERİŞİ Maddeler doğada katı, sıvı ve gaz olmak üzere üç halde bulunurlar. Doğada farklı hallerde bulunan maddeler bir halden diğer bir hale geçebilirler. Bir maddenin hal değiştirmesi için ısı alması veya vermesi gerekir. Maddeler ısı aldığında maddeyi oluşturan taneciklerin hızlan artar (Resim 5.3). Maddeyi oluşturan tanecikler arasındaki mesafe artar ve tanecikleri bir arada tutan bağ zayıflar (kopar). Madde hal değiştirmiş olur.