Isı ve Sıcaklık Ödevi


20/3/2009 · Kategori: Isi Ve Sicaklik

 

ISI ve SICAKLIK

 

ISI:

Bir maddenin bütün moleküllerinin sahip olduğu çekim,potansiyel enejileri ile kinetik enerjilerinin toplamına ısı denir.Isı bir enerji türüdür.Başka enerjilere dönüşebileceği gibi başka enerjilerden de elde edilebilir.

 

SICAKLIK:

Bir maddenin moleküllerinin ortalama kinetik enejilerinin bir ölüsüdür.Sıcaklık bir enerji değildir.


Mutlak Sıcaklık

Celsius skalasında buzun erime sıcaklığı sıfır kabul edilmiştir. Ancak, bu değerin çok altında da sıcaklıklar bulunmaktadır. Daha düşük sıcaklığın mümkün olmadığı en düşük sıcaklık derecesi -273,15°C ‘dir ve bu sıcaklığa, "mutlak sıfır sıcaklık derecesi"denmektedir. Kelvin  skalası işte bu en düşük sıcaklık derecesini başlangıç olarak kullanmaktadır. Kelvin (K, ' ° ' sembolü kullanılmaz), mutlak sıcaklık denilen termodinamik sıcaklığın birimidir. Kelvin skalasındaki sıcaklık birim aralıkları, celsius skalasındakinin aynıdır (1 K = 1 °C).  Ancak, sıcaklık göstergelerinin başlangıçları farklıdır. Kelvin ölçeğinin sıfır başlangıç noktası, celsius ölçeğinin - 273,15 °C değerine rastlamaktadır. Buna göre;

            kelvin olarak sıcaklık = celsius olarak sıcaklık + 273                [T (K) = t°C + 273,15]

 Isıl Çift:

      Isıl çift iki farklı alaşımın ucunun kaynaklanması ile oluşturan basit bir sıcaklık ölçü elemanıdır. Kaynak noktası sıcak nokta, diğer açık iki uç soğuk nokta (veya referans noktası) olarak anılır. Isıl çift olayı sıcak nokta ile soğuk nokta arasındaki sıcaklık farkından doğar. Bu sıcaklık farkına orantılı, soğuk nokta uçlarında mV mertebesinde gerilim üretilir. Isıl çiftin sıcak noktası ve soğuk noktası arasındaki sıcaklık dağılımı nasıl olursa olsun üretilen gerilim, sıcak ile soğuk nokta arasındaki sıcaklık farkına oranlıdır.

      Isıl çiftler endüstride sıcaklık ölçümlerinde çok geniş uygulamalarda kullanılmaktadırlar. Isıl çift aslında iki farklı metal veya alaşım tel olmasına rağmen genelde prosese çıplak olarak daldırılmazlar. Çeşitli mekanik darbeler, fiziksel ve kimyasal aşındırıcı özellikler göz önüne alınarak belli özel koruyucu kılıflar içinde kullanılırlar, iki farklı eleman teli farklı kutuplarda oldukları için birbirlerinden izolatör yardımıyla izole edilirler, izolatörlerin seçiminde yine ortam şartlarının, sıcaklık limitlerinin önemi büyüktür. Gerek eleman tellerinin gerekse koruyucu tüplerin cinsleri ısıl çiftlerin ömürlerine direkt etki etmektedir.
         Isıl çiftler ;

Düz tip ısıl çiftler

L tipi ısıl çiftler

Inset ve Insetli ısıl çiftler

Portatif tip ısıl çiftler

Egzos ve diğer tip ısıl çiftler

Bayonet tip ısıl çiftler

Mineral izoleli ısıl çiftler

Olarak sınıflandırılabilir.

Not: Farklı iki maddenin sıcaklıklarının aynı olması ısılarının da aynı olacağı anlamına gelmez. Ayrıca  birinin diğerine göre sıcaklığının fazla olması, ısısının da fazla olacağ anlamına gelmez.

    Isı kalorimetre kabı, Sıcaklık termometre ile ölçülür. Termometreler sıvıların sıcaklık etkisinde genleşme özelliğinden yararlanılarak yapılır. Termometrenin daha iyi(hassas) olabilmesi için;

            *Haznesi geniş olmalı.

            *Genleşmenin olacağı kılcal boru ince olmalı.

            *Sıvının hacimce genleşme katsayısı çok büyük, kabın hacimce genleşme katsayısı çok küçük olmalı.

            *Borunun üst kısmına hava kaçmamış olmalı.

            Termometreler 1 atmosfer basınç altında, suyun donma ve kaynama noktaları alınıp bu iki nokta arası eşit bölmelere ayrılır.

 

            TERMOMETRE ÇEŞİTLERİ:

            *Celcius Termometresi (ºC):Suyun donma noktası 0ºC, kaynama noktası 100ºC olarak kabul edilir.

            *Fahrenheit Termometresi (ºF):Suyun donma noktası 32ºF, kaynama noktası 212ºF olarak kabul edilir.

            *Kelvin Termometresi (ºK):Suyun donma noktası 273ºK, kaynama noktası 373ºK olarak kabul edilir.

            *Reaumur Termometresi (ºR):Suyun donma noktasını 0ºR, kaynama noktası 80ºR olarak kabul edilir.

 Isı Enerjisi

Sıcaklık, maddenin moleküllerinin hareket enerjisini ifade eden büyüklüktür. Sıcaklığı artırmak için cisme dışardan enerji vermek gerekir. Cismin sıcaklığını artırmak için verilmesi gereken enerji çeşidine ısı enerjisi  denir. Q ile gösterilir.

1 kalori : 1 gram suyun sıcaklığını 1 C değiştirmek için verilmesi ya da alınması gereken ısı miktarına denir.

               1 cal = 4,18 joule

Isı alıp veren maddelerde şu değişiklikler olur :

Sıcaklık değişimi

Hal değişimi

Boyut değişimi

 

 

 

                                                                                                                               

                        SICAKLIK DEĞİŞİMİ

Sıcaklık değişimi sırasında maddenin aldığı ya da verdiği ısı şunlara bağlıdır :

Maddenin alacağı ısı cismin kütlesiyle doğru orantılıdır.

Maddenin alacağı ısı sıcaklık artışı ya da azalışı ile doğru orantılıdır.

Maddenin alacağı enerjisi maddenin türüne de bağlıdır.

                                                                                                                         

Öz ısı : Bir cismin birim kütlesinin sıcaklığını 1 C değiştirmek için gerekli ısı miktarına öz ısı denir. Öz ısı maddeler için ayırt edici bir özelliktir.

NOT : Bir cismin m gramının sıcaklığını    t  kadar artırmak için verilmesi gereken ısı miktarı

                                                     Q=m . c . Δt  kadar olur.

Q: Cismin sıcaklığını artırmak için veya azaltmak için verilmesi gereken ısı miktarıdır.

M: Isınan ya da soğuyan cismin gram cinsinden kütlesi

C: Cismin öz ısısı

t:  Maddenin sıcaklığındaki değişme miktarıdır.

 

NOT: Öz ısısı küçük olan maddeler kolay ısınır. Öz ısısı büyük olan maddeler zor ısınır.

Isı Sığası (m.c) : Bir maddenin kütlesi ile öz ısısının çarpımına denir.

 

Isı  Alışverişi

Isıca yalıtılmış bir ortamda sıcaklığı yüksek olan madde sıcaklığı düşük olan maddeye ısı verir. Bu ısı aktarılması sonucunda alınan ısı verilen ısıya eşit olur.

                                      Qal  = Qver

Alınan ısı verilen ısıya eşit olmasına rağmen ısı sığaları farklı ise sıcaklık değişimleri eşit olmaz. Isı sığaları eşit ise sıcaklık değişimleri de eşit olur. Fakat son sıcaklıkları daima eşit olur.

 

Not: Sıcaklıkları t1 ve t2 olan aynı maddeden eşit kütlede karıştırılırsa karışımın son sıcaklığı :

                                                tkarışım=t1 +t2 /2

                                                           

 

 

ISI MİKTARI ve ÖLÇÜLMESİ

            Isı  enerjisi alan cisimlerin sıcaklıkları veya halleri değişir.Bir maddenin taşıdığı ısı enerjisi maddenin kütlesine, cinsine, ve sıcaklığına bağlı olup bunlarla doğru orantılıdır.

            Isınma Isısı (Özgül Isı): Her hangi bir cismin 1 gramının sıcaklığını 1ºC arttıran ısı miktarına o cismin ısınma ısısı denir.Isınma ısısı “c” harfi ile gösterilir.Birimi Cal/gr.ºC dir. Ayırtedici bir özelliktir.

            Isı Sıhası: Bir cismin  tüm kütlesinin sıcaklığını 1ºC değiştirmek için gerekli olan ısıya o cismin ısı sığası denir.Cismin kütlesi ile özısısının çarpımına eşittir.Ayırtedici bir özellik değildir.(m.c)

            Isı Alışverişi: Birbiriyle temas halinde bulunan  sıcaklıkları farklı iki madde arasında ısı alışverişi olur.Sıcak madde ısı vererek soğurken, soğuk madde de bu ısıyı alarak sıcaklığı artar. Bu olay sıcaklıklar eşitleninceye kadar devam eder. Böyle bir olayda;

Alınan ısı = Verilen ısı

Qalınan = Qverilen

Eğer hal değiştirme olayı yoksa;

m1.c1.(t1-tdenge) = m2.c2.(tdenge-t2) olur.

 

   HAL DEĞİŞİMİ

Katılar ısıtılınca molekülleri hızlanır,aralarındaki bağlar gevşer ve sıvılaşır.Sıvı molekülleri arasındaki bağlar ise koparak serbest hale gelir yani gaz haline geçer.

Bu olayların tersi de meydana gelir.Gaz halindeki bir maddeden ısı alınırsa molekülleri birbirine bağlanmaya başlar ve dolayısıyla sıvılaşmaya geçerler. Sıvı halindeki bir maddeden de yeteri kadar ısı alınırsa molekülleri arasındaki mesafe azalır ve bağ kuvvetlenir. Bu olaylara hal değişimi denir. Hal değişimi olaylarında kinetik enerji değişmemekle beraber potansiyel enerji değişir.

 

Erime Ve Donma Olayı

Katı haldeki bir maddeye ısı verildiğinde sıcaklığı artar. Sıcaklığındaki artış miktarı ,

Q=m.c.Δ t        bağıntısı ile bulunur.

 

Cisme ısı vermeye devam edildiğinde sıcaklık öyle bir noktaya gelir ki  ısı verilmesine rağmen sıcaklığı değişmez. Bunun nedeni şöyle açıklanabilir :


Isıtılan katıların molekülleri önce hızlanır. Yani kinetik enerjileri artar. Bu ise sıcaklığın artışı demektir. Isı vermeye devam ettiğimizde moleküllerin hızı öyle yükselir ki birbirlerinden uzaklaşmaya başlar. Yani erime olayı olur ve moleküller artık hızlanmazlar. Aldıkları enerjiyi birbirinden uzaklaşmak için kullanır. Dolayısıyla hal değiştirme sırasında sıcaklık sabit kalır.

 

Erime Ve Donma Isıları

Moleküller arasındaki bağ bazı maddelerde zayıftır. Dolayısıyla bazı maddelerin moleküllerini birbirinden uzaklaştırmak için  daha çok enerji , bazılarında da daha az enerji harcanır. O halde maddenin erimesi sırasında aldığı enerji maddenin cinsine ve kütlesine bağlıdır.

Alınan ya da verilen ısı , Q = m.L ifadesinden bulunur.

Burada L maddenin cinsine bağlı büyüklük olup adına ‘hal değiştirme ısısı’ denir.

 

Erime Isısı : Erime sıcaklığına gelmiş bir katının 1 gramının sıvı hale gelmesi için gerekli ısıya denir.

Donma Isısı : Donma sıcaklığına gelmiş bir sıvının 1 gramının donması için dışarıya vermesi gereken ısıya  denir.   

Erime sıcaklığı = Donma sıcaklığı

Erime ısısı = Donma ısısı

 

Erime ve Donma Sıcaklığına Etki Eden Faktörler

Erime ve donma noktasına iki faktör etki eder. Yani iki değişiklik yaparak erime ve donma noktaları değiştirilebilir.

1.Basınç

2.Safsızlık

 

Basıncın Erime ve Donmaya Etkisi

Basınç birim yüzeye etkiyen dik kuvvettir. Bundan dolayı basınç bir maddenin moleküllerini bir arada tutarak parçalanıp dağılmasını önleyecek yönde etkir.

Erime sırasında hacmi artan maddelerde basıncın artması erimeyi zorlaştırır. Maddenin erime sıcaklığı  basınçla yükselmiş olur.

Erime sırasında hacmi azalan maddelerde basıncın artması erimeyi kolaylaştırılır. Maddenin erime sıcaklığı düşer.

 

 

Safsızlığın Erime ve Donmaya Etkisi

Yabancı maddeler erimeye ve donmaya basınç gibi etki eder. Buzun içine tuz karıştırılması erime sıcaklığını düşürür. Suyun içine antifriz karıştırılması suyun donma sıcaklığını düşürür.

 

Yorum (yok) Yorum yaz!

Hal Değişimi


20/3/2009 · Kategori: Isi Ve Sicaklik

Kaynama ve Yoğunlaşma Olayları

Maddenin tamamı eridikten sonra cisme ısı vermeye devam ettiğimizde sıvının sıcaklığı artar ve bu sıcaklık artışı Q=m.c.  t bağıntısından hesap edilir.Bu sıcaklık öyle bir noktaya gelir ki, ısı verilmesine rağmen sıcaklığında değişme meydana gelmez. Burada verilen enerji erimede olduğu gibi sıvı molekülleri arasındaki bağı koparmaya ve molekülleri birbirinden uzaklaştırmaya harcanır.

Bir maddenin ısı alarak gaz haline geçmesi olayına buharlaşma , ısı vererek gaz halinden sıvı hale geçmesi olayına da yoğunlaşma denir.


Kaynama noktası : Bir sıvının buhar basıncının atmosfer basıncına eşit olduğu andaki sıcaklığa kaynama sıcaklığı denir. 76 cm – Hg basıncında saf suyun kaynama sıcaklığı 100 C dir.

 

Yoğunlaşma sıcaklığı : Yoğunlaşma olayı kaynama olayının tersinir durumudur. Sabit basınç altında gaz haldeki madde yoğunlaşarak sıvı hale geçerken sıcaklığı değişmez.Bu sıcaklık değerine yoğunlaşma sıcaklığı denir.

Bu durumda kaynama ve yoğunlaşma noktaları aynı olur. Kaynama ve yoğunlaşma noktaları madde miktarına bağlı değildir.

 

Yoğunlaşma ısısı : Yoğunlaşma sıcaklığına gelmiş 1 gram buharın 1 gram sıvı haline gelmesi için dışarıya vermesi gerekli ısıya o buharın yoğunlaşma ısısı denir.

 

Bir maddenin ;

Kaynama sıcaklığı = Yoğunlaşma sıcaklığı

Kaynama ısısı = Yoğunlaşma ısısıdır.

 

Erime ve buharlaşma olaylarının tersi donma ve yoğunlaşmadır.

Sabit bir basınçta erime ve kaynama sıcaklığı , erime ve kaynama ısısı maddeler için ayırt edici bir özelliktir.

 

Kaynama ve Yoğunlaşma Sıcaklıklarına Etki Eden Faktörler

1.Basınç

2.Safsızlık


Basıncın Kaynamaya Etkisi  

a) Kaynama olayının gerçekleşmesi için sıvının buhar basıncının atmosfer basıncına eşit olması gerekir. Buna göre atmosfer basıncı artarsa kaynama zorlaşır. Yani kaynama noktası yükselir. Düdüklü tencerede buhar basıncının artması kaynama noktasını 110 C veya 120 C’lere yükseltir. Dolayısıyla yemek daha iyi pişer.

 b) Basınç azalırsa kaynama noktası düşer. Deniz seviyesinden yükseldikçe açık hava basıncı azalacağından kaynama noktası düşer. Erzurum’da saf su yaklaşık 94 C de kaynar. Everest dağının tepesinde 75 C de kaynar.

 c) Eğer yeryüzünde atmosfer  olmasaydı bütün sular kaynayarak uzaya yayılırdı.

 

 Buharlaşma

Sıvıların gaz haline geçmesi olayına buharlaşma denir. Buharlaşmada basınç ve diğer fiziksel şartların etkisi çoktur.Sıvı ısıtıldığında moleküllerin hızı artar. Hızla sıvı yüzeyine ulaşan molekül , moleküller arası çekim kuvvetini ve yüzey gerilimini yenerek sıvıyı terk eder.Bu olaya buharlaşma denir.

 

Buharlaşma Isısı:Kaynama sıcaklığındaki 1 gram sıvının buharlaşarak , aynı sıcaklıkta 1 gram buhar haline gelmesi için gerekli ısıya o sıvının buharlaşma ısısı denir.

Buharlaşma her sıcaklıkta olabilir.

Buharlaşma ısı soğurmayı gerektirir.Bütün soğutma makinelerinde özel bir sıvı buharlaştırılarak soğuma sağlanır. Testinin içindeki suyun soğuması buharlaşmanın bir sonucudur.

Basıncın artması buharlaşmayı zorlaştırır.Azalması ise buharlaşmayı kolaylaştırır. Rüzgarlı havalarda çamaşırların kolay kurumasının sebebi akışkanın hızının arttığı yerde basıncın azalmasındandır.

Sıvının açık yüzeyinin artması buharlaşmayı arttırır.

Buharlaşma hızı sıcaklıkla doğru orantılıdır.

Önemli Uyarılar

Isı alan veya veren bir madde hem hal değişikliği hem de sıcaklık değişiminin ikisini de yapabilir.

Sıcaklığı değişen bir maddenin kinetik enerjisi , hal değişikliği yapan bir maddenin de potansiyel enerjisi değişir.

Hal değişikliği yapan maddelerde erime ve kaynama süreleri madde miktarına bağlıdır.

Birden fazla sıvı karışımın olduğu bir kabı ısıttığımızda ilk önce kaynama noktası en küçük olan sıvı buharlaşır.Diğer sıvılarda bu sırayı takip eder.Kaptaki sıvının birisi kaynarken karışımdaki diğer sıvıların sıcaklığı değişmez.

Sıcaklıkları eşit olan maddelerde ısı alış-verişi olmaz.

Bir maddenin katı halden sıvı hale geçerken ve sıvı halden gaz hale geçerken yoğunluğu değişir.

Su hariç maddelerin yoğunlukları sıcaklıkla ters orantılıdır.


ISININ YAYILMASI

            Isı kaynağından çevreye doğru yayılır.Bu yayılma 3 yolla gerçekleşir.

            1.İletim Yoluyla Yayılma: Sıcak cisimlerin molekülleri hızlı hareket ederler.Bu cisimlere soğuk bir cisim temas ettirildiğinde sıcak cismin molekülleri, soğuk cismin yavaş olan moleküllerini titreşimleriyle hızlandırırlar.Bu hızlanma soğuk cismin diğer ucuna kadar sürer. Böylece soğuk olan cisim ısınmış olur.Genellikle elektriği iyi iletenler ısıyı da iyi iletirler.

    Not: Isı iletkenliği metaller için ayırtedici bir özelliktir.

            2.Konveksiyon Yoluyla Yayılma: Bu tür yayılma, ısınan gaz ve sıvı moleküllerinin diğer moleküllerle yer değiştirmesiyle olur.

            3.Işıma Yolu İle Yayılma: Isının etrafa enerji dalgaları şeklinde yayılmasıdır  (Işık gibi). Bunun için maddesel bir ortam gerekmez, yani ısı bu şekilde boşlukta da yayılabilir. Güneşin dünyayı ısıtması buna örnektir.Isı parlak ve açık renkli yüzeyler tarafından yansıtılırken, mat ve koyu renkli yüzeyler tarafından soğurulur.

  

BOYUT DEĞİŞİMİ(GENLEŞME)

            Isıtılan bir cismin uzunluğunun, kesitinin veya hacminin artmasına genleşme denir.Genleşme sıvı ve katılar için ayırtedici bir özelliktir.Fakat gazlar için ayırtedici değildir.

            KATILARIN GENLEŞMESİ

            Katılarda genleşme boyca, yüzeyce ve hacimce olmak üzere üç biçimde gerçekleşebilir.Katılar soğutulduklarında küçülür.

            a)Boyca Uzama:

            b)Yüzeyce Uzama:

            c)Hacimce Uzama:

            SIVILARIN GENLEŞMESİ

            Isıtılan bir sıvı sadece hacimce genleşebilir.Genleşme sıvılar için de ayırtedicidir. Sıvının hacmi değişirken içinde bulunduğu kap da genleşir.Sıvının gerçek genleşme miktarı, sıvının görünen genleşme miktarı ile kabın genleşme miktarının toplanmasıyla bulunabilir.

             Uzama Katsayısı:Bir katının 1 metresinin sıcaklığının 1ºC arttırılmasıyla meydana gelen boyca uzamadır. “ λ” biçiminde gösterilir.Birimi 1/ºC dir.Ayırtedici bir özelliktir.

            NOT:İki cisim ısıtıldığında uzama katsayısı büyük olan küçük olandan daha fazla uzar.Fakat soğutulduklarında uzama katsayısı büyük olan cisim küçük olandan daha fazla kısalır.

            Yüzeyce uzama katsayısı:Bir katının 1m² sinin sıcaklığının 1ºC arttırılmasıyla meydana gelen yüzeyce uzamadır. “ 2λ” biçiminde gösterilir.

 

            Hacimce uzama katsayısı:Bir katının 1m³ ünün sıcaklığının 1ºC arttırılmasıyla meydana gelen hacimce uzamadır. “3λ” biçiminde gösterilir.

 

            NOT:Suyun özel bir durumu vardır.+4ºC de suyun hacmi minimumdur.Yani suyun sıcaklığı 0ºC den +4ºC ye arttırıldığında hacminde azalma gözlenirken +4ºC den sonra hacminde önce yavaş sonra hızlı bir artış gözlenir.

 







                           --Suyun hacminin ve özkütlesinin sıcaklıkla değişim grafikleri--

            GAZLARIN GENLEŞMESİ

            Gazların da genleşmesi sadece hacimce olur.Genleşme katsayısı bütün gazlarda aynıdır.Bütün gazların sıcaklıkları 1ºC arttırldığında hacimlerinin 1/273 ü kadar genleşirler.Bu nedenle genleşme gazlar için ayırtedici bir özellik değildir.

 

Yorum (yok) Yorum yaz!