Isı ve Sıcaklık Ödevi

 

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 Yaz