8. Sınıf Fen ve Teknoloji - Maddenin Halleri ve Isı

MADDENİN HALLERİ VE ISI

ISI VE SICAKLIK

*Isı; sıcaklıkları farklı iki madde arasında alınıp verilen enerjinin adıdır. Bu durumda sıcaklıkları

eşit iki madde arasında ısı aktarımı gerçekleşmez. Bu iki maddeden birinin sıcaklığının diğerinden

farklı olması hâlinde, sıcaklığı yüksek olan maddeden sıcaklığı düşük olan maddeye enerji aktarılır ve aktarılan bu enerjiye ısı adı verilir.

(Not: Isı bir enerji çeşididir, fakat sıcaklık bir enerji çeşidi değildir.)

*Aynı maddenin farklı kütleleri düşünüldüğünde, kütlesi fazla olan madde daha fazla sayıda tanecik içerir. “Maddelerin aynı sıcaklığa ulaşması için kütlesi fazla olan maddeye daha fazla ısı aktarılması gerekir.”

*Maddeyi oluşturan tanecikler çarpışarak birbirlerine enerjilerini aktardıkları için her tanecik farklı enerjiye sahip olabilir ve her çarpışmada da enerjileri değişebilir.

*Bir maddenin sıcaklığının ölçümünde o maddeyi oluşturan taneciklerin hepsi rol oynar. Taneciklerin enerjileri birbirinden farklı olduğu için sıcaklık ölçümü taneciklerin ortalama hareket enerjileri ile ilişkilidir. Taneciklerin ortalama hareket enerjilerinin göstergesi ise sıcaklık olarak adlandırılır. Sıcaklık termometre ile ölçülür. (Not: Sıcaklık termometre ile ölçülürken ısı kalorimetre kabı ile ölçülür.)

*Termometre sıcaklığı ölçülen maddelerin hangisinin hareket enerjileri ile ilgili bilgi verir. Termometrede sıcaklık 0 ⁰ C’ yi gösterdiğinde o maddeyi oluşturan taneciklerin hareket enerjisi sıfır değildir.

*Termometrelerdeki sıvı seviyesinin yükselip alçalması, haznedeki sıvının ısındığında genleşmesi ve soğuduğunda büzülmesi ile ilgilidir.

*Bir madde ne kadar çok tanecikten oluşuyorsa toplam hareket enerjisi de o kadar fazladır. Bu durumda tanecik sayısı fazla olanlar başka bir maddeye daha çok enerji aktarabilir.(Not: O halde sıcaklık madde miktarına bağlı değilken, ısı madde miktarına bağlıdır.)

*Farklı sıcaklıklardaki iki maddeden fazla miktarda olanı daha fazla tanecik içerir ve sıcaklığı düşük olsa bile toplam hareket enerjisi daha fazla olabilir. Bu sayede, başka bir maddeye daha fazla enerji aktarabilir. (Not: Taneciklerin toplan enerjisine ısı, ortalama hareket enerjilerinin göstergesine de sıcaklık diyebiliriz.)

ENERJİ DÖNÜŞÜMÜ VE ÖZISI

*Isı bir enerji çeşidi olduğuna göre maddelerin ısınması da enerji aktarımı ile gerçekleşir.

*Bir gram maddenin sıcaklığını 1 ⁰C arttırmak için gerekli ısı miktarına o maddenin öz ısısı denir.

*Isı birimi olan “kalori” suyun öz ısısı esas alınarak tarif edilmiştir. 1 g suyun sıcaklığını1 ⁰C arttırmak için gerekli ısı miktarı 1 kaloridir.

*Öz ısı cal/g ⁰C veya J/g ⁰C birimleriyle ifade edilir.(1 cal=4,18 joule ise suyun öz ısısı 4,18 J/g ⁰C olur)

* Öz ısı madde miktarına bağlı olmayıp maddenin cinsine bağlıdır ve tüm maddeler için farklıdır. Bu yüzden öz ısı maddeler için ayırt edici bir özelliktir ve c sembolü ile gösterilir.  

MADDENİN HALLERİ VE ISI ALIŞVERİŞİ

*Maddeyi oluşturan tanecikler birbirlerine uyguladıkları çekim kuvvetleri sayesinde bir arada

durur. Bu tanecikler arasındaki çekim kuvveti çok zayıf iken zıt yüklü iyonları ve moleküldeki

atomları bir arada tutan çekim çok kuvvetlidir. Yani madde ısıtıldığında taneciklerin birbirinden

ayrılmasıyla madde hal değiştirebilir, fakat ısıtılan bir bileşik elementlerine ayrılmaz.

*Tanecikler arasındaki çekim kuvvetinin büyüklüğü maddenin fiziksel hâlini belirler. Taneciklerin enerjisi arttığında tanecikler birbirinden uzaklaşır ve buna bağlı olarak çekim kuvveti azalır.

Bir maddede katı halden gaz hale doğru gidildikçe:

-       Tanecikler birbirinden uzaklaşır.

-       Tanecikler arasındaki çekim kuvveti azalır.(Gazlarda yok denecek kadar az)

-       Taneciklerin hareket enerjisi artar ve tanecikler hızlanır.

-       Tanecikler düzensizleşir. Şekil, hacim gibi özellikler ortadan kalkar.

*Maddeye ısı aktarıldığında taneciklerin enerjisi artacağından tanecikler arasındaki mesafe de artacak ve çekim azalacaktır.

ERİME – DONMA ve BUHARLAŞMA – YOĞUŞMA ISISI

* Katı maddeler erirken çevresinden ısı alır ve alınan ısıyı erime sıcaklığına gelmek ve tamamen erinmek için kullanırlar.

*Katı madde erimeye başladığı an sıcaklık bir süre sabit kalır, çünkü alınan ısı katının tamamen erimesi için kullanılır. Sıcaklığın sabit kaldığı bu sürede verilen ısı o maddenin erime ısısıdır.

*Erime ısısı erime sıcaklığındaki 1 gram saf katı maddeyi sıvı hâle geçiren ısıdır. Her madde için farklı olduğundan maddeler için ayırt edici bir özelliktir ve L_e gösterilir. Birimi J/g dır.

* Maddenin donmak için dışarıya vermesi gereken ısıya ise donma ısısı denir. Madde donarken geçen sürede sıcaklık yine sabit kalır. Madde erimek için aldığı ısı ne kadarsa, donmak için aynı ısıyı geri vermek zorundadır: Bu yüzden erime ısısı donma ısısına eşittir. (L_e =L_d)

* Maddenin erimeye başladığı sıcaklığa erime noktası, donmaya başladığı sıcaklığa ise donma noktası denir. Erime ve donma noktası maddeler için ayırt edici bir özelliktir. Aynı madde için erime ve donma noktası birbirine eşittir. (Erime noktası = Donma noktası) Örneğin su sıfırın üstünde sıvı, sıfırın altında katıdır.(buz)

* Aktarılan ısı kütle ile doğru orantılı olarak artar veya azalır. O halde bir miktar maddeyi eritmek için gerekli ısı;  Q= m.L_e  ile donması için dışarı vermesi gereken ısı  Q= m.L_d ile hesaplanır.

*Sıvı haldeki madde buharlaşma sıcaklığına geldiğinde sıcaklık sabit kalır.Çünkü verilen ısı maddenin tamamının gaz hale geçmesi için harcanmıştır.

*   Kaynama sıcaklığındaki 1 g saf sıvıyı, aynı sıcaklıktaki 1g buhar hâline getirmek için gerekli

ısıya buharlaşma ısısı denir. Sıvılar buharlaşırken aldıkları ısıyı yoğuşurken geri verirler. Bu sebeple buharlaşma ısısı yoğuşma ısısına eşittir. Buharlaşma ısısı Lb, yoğuşma ısısı Ly şeklindedir ve Lb=Ly dir.

* Farklı maddeler farklı buharlaşma - yoğuşma ısısına sahiptir. Bu sebeple buharlaşma - yoğuşma ısıları da maddeler için ayırt edici bir özelliktir.

* Sıvıların buharlaşması için gereken ısı miktarı kütleleriyle doğru orantılıdır. Kaynama sıcaklığındaki “m” gram sıvıyı buharlaştırmak için gerekli ısı Q= m.L_b bağıntısı ile , “m” gram buharın yoğuşarak sıvı hâle geçmesi için çevresine verdiği toplam enerji miktarı Q= m.L_y bağıntısı ile hesaplanır.

* Maddelerin buharlaşırken çevreden ısı alması ve yoğuşurken çevreye ısı vermesi, günlük hayatta birçok alanda karşımıza çıkmaktadır.  Buzdolabına konulan yiyeceklerin sulanması, yazın yolların ve mağaza önlerinin sulanması, kesildikten sonra güneşe konulan karpuzun soğuması, kolonya dökülen elin bir müddet sonra serinlemesi buna örnektir.

* Saf maddelerin belirli bir erime ve kaynama noktaları vardır, fakat saf olmayan maddelerin belirli bir erinme ve kaynama noktaları yoktur. Bu yüzden saf olmayan maddelerde kaynama süresince sıcaklık sabit kalmaz. Örneğin suya tuz atıldığında oluşan karışımda sodyum ve klor iyonları su moleküllerinin arasına girer ve suyun donma noktasını düşürür. Kışın yollara tuz dökülmesinin sebebi budur.

*Sıvılara karışmış olan katkı maddeleri ise sıvının kaynama sıcaklığını yükseltir. Örneğin suya tuz atıldığında kaynama noktası yükselecektir. Bu yüzden yemeklere atılan tuz, piştikten sonra atılırsa daha mantıklı bir karar verilmiş olacaktır.  

ISINMA – SOĞUMA EĞRİLERİ

Isı kaynağı değiştirildiğinde,

*Taneciklerin birbirlerinden ayrılma süresi değişir. Daha fazla ısı verildiğinde tanecikler birbirlerinden daha kolay ayrılacaktır.

*Erime ve kaynama süresi değişir. Daha güçlü bir ısı kaynağıyla buz daha çabuk eriyip kaynamaya başlayacaktır.

* Erime ve kaynama sıcaklıkları değişmez. Isıtıcı ne kadar büyük olursa olsun su 0^oC de erir,      100 ^oC de kaynar.  Su miktarının artması ya da azalması da erime ve kaynama noktasını değiştirmez.

* Erime ve buharlaşma ısıları değişmez. Erime noktası, kaynama noktası, erime ısısı ve buharlaşma ısı gibi özellikler ayırt edici özellikler olduğundan madde miktarına bağlı olmayıp, maddenin türüne bağlıdır.

*Bildiğimiz gibi 0 ^OC’ta su donar, buz erir; 100 ^OC’ta su kaynar, su buharı yoğuşur. Suyun miktarı değişse bile bu değerler değişmez.