Isı ve Sıcaklık-2: Özısı, Isı sığası, Hal değişimi

Physics

• Previous: Isı ve Sıcaklık-1: Isı, Sıcaklık, İç Enerji Kavramları
• Next: -

---

(10. gün)

Isının Etkileri

Isı etkisiyle maddelerde; sıcaklık değişimi, hal değişimi, genleşme-büzülme gibi durumlar gözlenmektedir.

\[Q=m.c.\Delta T \]

• \(Q\): Isı (kalori ya da joule)
• \(m\): mass (gram ya da kilogram)
• \(c\): Öz ısı
• \(\Delta T\): Sıcaklık değişimi (celcius ya da kelvin)

Sıcaklık Değişimi

Isı alan ya da veren maddenin sıcaklığında değişme meydana gelir.

• Sıcaklık değişimi maddenin; aldığı ya da verdiği ısıya, kütlesine ve cinsine bağlıdır.

Isı değişimi ile olan ilişkisi

1 gram suya 1 cal ısı verildiğinde suyun sıcaklığı 1 derece celcius artarken, 1 gram suya 2 cal ısı verildiğinde suyun sıcaklığı iki derece celcius artar.

• ısı ve sıcaklık doğru orantılıdır.

Kütle ile olan ilişkisi

1 gram suya 1 cal ısı verildiğinde suyun sıcaklığı 1 derece artarken, 2 gram suya 1 cal ısı verildiğinde suyun sıcaklığı 0,5 derece artar.

• kütle ve sıcaklık ters orantılıdır.

Öz Isı

Maddenin cinsi ile olan ilişkisi

Maddelerin sıcaklık değişiminin onların cinsi ile olan ilişkisi "öz ısı" kavramı ile ifade edilir.

Bir maddenin 1 gramının sıcaklığını 1 derece celcius değiştirmek için maddeye verilmesi ya da maddeden alınması gereken ısı miktarına öz ısı (özgül ısı) denir.

• Öz ısı sembolü \(c\) ile gösterilir.
• Birimi \(\frac{cal}{g}.\text{degree-celcius}\) ya da \(\frac{Joule}{kg}.\text{Kelvin}\) dir.

Öz ısı maddeler için ayırt edici bir özelliktir. Madde miktarına bağlı değildir.

Suyun 1 gramının sıcaklığını 1 celcius derece değiştirmek için suya verilmesi gereken ısı 1 cal iken demirin 1 gramının sıcaklığını 1 celcius derece değiştirmek için gereken ısı 0,11 cal'dır.

---

• Öz ısısı büyük olan maddeler geç ısınır ve geç soğur, öz ısısı küçük olan maddeler çabuk ısınır ve çabuk soğur. Bir diğer ifadeyle öz ısısı büyük olan maddelerin sıcaklık değişimi yavaş, küçük olanlarınki hızlı gerçekleşir.
• Suyun öz ısısı bütün katı maddelerin öz ısısından büyüktür. Bu nedenle denizler karalardan daha geç ısınır ve daha geç soğur. Su, bu özelliğinden dolayı ısıtma ve soğutma teknolojilerinde kullanılır.
• Suyun öz ısısı bütün katı maddelerin öz ısısından büyüktür. Bu nedenle denizler karalardan daha geç ısınır ve daha geç soğur. Su, bu özelliğinden dolayı ısıtma ve soğutma teknolojilerinde kullanılır.

Isı Sığası

Bir maddenin tamamının sıcaklığını 1 derece celcius artırmak için gereken ısı miktarına ısı sığası denir.

\(Q=m.c.\Delta T\) formülünde m ve c nin çarpımı ısı sığasıdır. (Öz ısı ve kütle çarpımı)

• Isı sığası "C" ile gösterilir.
• Isı sığasının SI birimi J/degree-celcius dur. Isı sığasının yaygın olarak kullanılan diğer birimi ise cal/degree-celcius dur.
• Isı sığası kütleye bağlı olduğundan maddeler için ayırt edici bir özellik değildir.
• Maddenin kütlesi m, öz ısısı c olmak üzere alınan ya da verilen ısı (Q) ile sıcaklık değişimi (\(\Delta T\)) arasındaki ilişki aşağıdaki bağlantı ile ifade edilir.
  • \(Q=m.c.\Delta T\)
• Sıcaklık değişimi maddeye verilen ya da maddeden alınan ısı miktarı ile doğru, madde miktarı ve öz ısı ile ters orantılıdır. Buna bağlı olarak bir maddenin aldığı ısı - sıcaklık değişimi grafiği aşağıdaki gibi çizilir.
  • 
• Isı-Sıcaklık grafiğinde eğim (Q/T), ısı sığasına (m.c) eşittir.

Hal Değişimi

Maddelerin ısı alması ya da vermesi durumunda fiziksel halindeki değişime hal değişimi denir.

Erime ve donma

Katı maddenin ısı alarak sıvı hale geçmesine erime, sıvı haldeki bir maddenin ısı vererek katı hale geçmesine donma denir.

Maddenin erimeye başladığı sıcaklığa erime noktası (erime sıcaklığı), donmaya başladığı sıcaklığa donma noktası (donma sıcaklığı) denir.

• Erime ve donma birbirinin zıddı iki olaydır. Bir maddenin erime ve donma sıcaklıkları aynıdır.
• Bir maddenin erime-donma sıcaklıkları birbirine eşittir. Bu sıcaklıklar madde için ayırt edici özelliktir.

Buharlaşma ve Yoğuşma

Sıvı haldeki maddenin ısı alarak gaz hale geçmesi buharlaşma, gazın ısı vererek sıvı hale geçmesine yoğuşma denir.

• Buharlaşma ve yoğuşma birbirlerinin zıddıdır.
• Bir maddenin kaynama-yoğuşma sıcaklıkları birbirine eşittir. Bu sıcaklıklar madde için ayırt edici bir özelliktir.

• Buharlaşma her sıcaklıkta gerçekleşir.
• Isıtıldıkça sıcaklığı artan sıvı kaynamaya başlar ve bu noktadan sonra sıcaklığı artmaz.

Süblimleşme ve Kırağılaşma

Katı haldeki bir maddenin ısı alarak doğrudan gaz hale geçmesine süblimleşme, gaz haldeki bir maddenin ısı vererek doğrudan katı hale geçmesine kırağılaşma denir.

İyonizasyon ve Deiyonizasyon

Gaz halindeki bir maddenin plazma hale geçmesine iyonizasyon, plazma halindeki bir maddenin gaz hale geçmesine deiyonizasyon denir.

Isı - Hal Değişim İlişkisi

Hal Değiştirme Isısı

Hal değiştirme sıcaklığındaki 1 gram maddenin bir halden başka bir hale geçebilmesi için maddeye verilmesi gereken ya da maddenin dışarıya verdiği ısı miktarına hal değiştirme ısısı denir.

• Hal değiştirme ısısı L ile gösterilir, birimi \(cal/g\) dir.
• Hal değiştirme ısısı maddeler için ayırt edici özelliktir.
• Hal değişimi sırasında bir maddenin verdiği ya da aldığı ısı aşağıdaki bağlantı ile hesaplanır.
  • \(Q\text{(Isı)}=m.L\)
• L; eriyen maddeler için erime ısısı (\(L_e\)), donan maddeler için donma ısısı (\(L_d\)) adını alır. Bir maddenin erime ısısı ve donma ısıları eşittir. \(L_e=L_d\)
• L; buharlaşan maddeler için buharlaşma ısısı (\(L_b\)), yoğuşan maddeler için yoğuşma ısısı (\(L_y\)) adını alır. Bir maddenin buharlaşma ısısı ve yoğuşma ısıları eşittir. \(L_b=L_y\)

Sıcaklık - Isı grafiği

Kütlesi m olan katı madde, ısı hızı sabit olan bir ocakla ısıtıldığında sıcaklık - ısı ya da sıcaklık - zaman grafiği şekildeki gibi olur.

Hal değişimi sırasında sıcaklık değişimi yoktur!

• Bir maddenin buharlaşma ısısı, erime ısısından büyük olduğu için kaynama süresi, erime süresinden büyüktür.
• Grafiğin eğimli kısımlarında ısı değişimi; \(m.c.\Delta T\) şeklinde, grafiğin yatay kesimlerinde ısı değişimi \(m.L\) şeklinde ifade edilir.

Isı Alışverişi

Sıcaklığı farklı olan iki cisim ısıl temas halinde iken aralarında ısı alışverişi olur.

• Sıcaklığı yüksek olan ısı verir, sıcaklığı düşük olan ısı alır.
• Isı alışverişinde alınan ısı, verilen ısıya eşittir.

  \(Q_{\text{alınan}}=Q_{\text{verilen}}\)

Denge Sıcaklığı

Isı alışverişinde bulunan iki maddenin sıcaklıkları eşit olduğunda ısı alışverişi biter. Bu duruma ısıl denge bu durumdaki sıcaklığa da denge sıcaklığı denir.

• Isı alışverişinde bulunan iki maddenin ulaştıkları denge sıcaklığı; sıcaklığı küçük olanın sıcaklığından küçük, sıcaklığı büyük olanın sıcaklığından büyük olamaz!
• Eğer hal değişimi olmamışsa denge sıcaklığı maddelerin ilk sıcaklıklarının arasında bir değer alır. Hal değişimi olduğu durumda denge sıcaklığı bu maddelerden birinin sıcaklığına eşit olabilir.

Isının akış yönü daima sıcak olan maddeden soğuk olan maddeye doğrudur.

Su-Buz Isıl Dengesi

Buzun tamamının ya da bir kısmının erimes, suyun bir kısmının donması gibi durumların gerçekleşmesi, suyun ve buzun ilk sıcaklıklarına ve kütle miktarına bağlıdır.

Bazı Sıcaklıklar İçin Su-Buz Karışımlarında Denge Sıcaklığı

• Isıca yalıtılmış kapta bulunan 0 degree-celcius deki suyun içine 0 celcius-degree de bir buz parçası bırakılırsa,
  • Isı alışverişi olmaz.
  • Su donmaz, buz erimez.
  • Su seviyesi değişmez.
  • Denge sıcaklığı 0 derece olur.
• Isıca yalıtılmış kapta 0 derece suyun içinde -10 derecede buz parçası bırakılırsa,
  • Isı alışverişi olur, su ısı verir, buz ısı alır.
  • Suyun bir kısmı ya da tamamı donar, buz erimez.
  • Su kütlesi azalır, buz kütlesi artar.
  • Denge sıcaklığı 0 derece ya da -10 ile 0 derece arasında olur.
• kapta bulunan 10 derecedeki suyun içine 0 dereccede buz parçası bırakılırsa,
  • Isı alışverişi olur. Su ısı verir, buz ısı alır.
  • Su donmaz, buzun bir kısmı ya da tamamı erir.
  • Su kütlesi artar, buz kütlesi azalır.
  • Denge sıcaklığı p ya da 0 ile 10 derece arasında olur.
• kapta bulunan 10 derecedeki suyun içine -10 derecede buz parçası bırakılırsa,
  • Isı alışverişi olur. Su ısı verir, buz ısı alır.
  • Suyun sıcaklığı azalır, buzun sıcaklığı artar.
  • Buzun bir kısmı ya da tamamı eriyebilir. Bu durum gerçekleşmemişse suyun bir kısmı ya da tamamı donabilir.
  • Denge sıcaklığı -10 ile 10 derece arasında olur.

Hangisinin eriyip hangisinin donacağı kütlelerinin büyüklüğüne bağlıdır.

Öz Isı, Hal değişimi ve ısı alışverişinin günlük hayattaki ve teknolojideki yeri

• Arabaların ve diğer motorlu taşıtların radyatörleri, ısı sığası ve öz ısı kavramlarını kullanır. Motor, işlemesi için gereken enerjiyi ısıya dönüştürür ve bu ısı radyatör tarafından dışarı atılır.
• Uzay araçları genellikle aşırı sıcaklık değişimine maruz kalır ve bu nedenle ısıyı düzenlemek için özel malzeme ve sistemler kullanır.
• Isı sığası ve öz ısı, okyanusların ve atmosferin enerjiyi nasıl absorbe ettiği ve dağıttığına dair bilgiler verir.
• Fırınlar, tencere ve tava gibi mutfak eşyalarınn ısısını dengelemek ve yiyeceklerin eşit bir şekilde pişmesini sağlamak için bu prensipleri kullanır.
• Endüstriyel soğutucular, hal değişimi prensibini kullanarak çalışır.

Örnek Sorular

---

---