Çarşamba , Ağustos 22 2018
Son Dakika

Isı, maddelerde sıcaklık değişimine neden olan enerjidir. Maddeler arasında sıcaklık farkından dolayı alınan ya da verilen enerjiye ısı denir.


Isı nedir?

Tanım
Isı, bir maddenin içerisinde hareket halinde bulunan atom ve moleküllerin toplam kinetik enerji miktarıdır.

Enerji
Isı, bir çeşit enerjidir. Bu yüzden aktarılabilir ve dönüştürülebilir. Örneğin termik santrallerde kömürden elde edilen ısı enerjisi suya aktarılır ve türbinlerde elektrik enerjisine dönüştürülür.

Ölçüm
Isı enerjisinin değeri kalorimetre ile ölçülür.

Birim
SI‘da birimi Joule’dür. Ayrıca kalori (cal), elektron Volt (eV) ve kilowatt-saat (kWh) birimleri de kullanılır. Skaler bir büyüklüktür ve Q ile gösterilir.

Isı ve sıcaklık
Isı ve sıcaklık ilgili fakat farklı kavramlardır. Maddelere enerji aktarılarak sıcaklıkları artırılabilir. Aktarılan bu enerjiye ısı denir.

1 kalori
1 kalori, 1 gram suyun sıcaklığını 150‘den 160‘ye çıkarmak için gerekli enerjidir ve 4.18 Joule’e eş değerdir.

Sıcaklık, madde içindeki taneciklerin ortalama kinetik enerjisini gösteren bir değerdir.


Sıcaklık nedir?

Tanım
Madde içindeki atom ve moleküller sürekli dönme, titreşim ve öteleme (yer değiştirme) hareketi yapar. Sıcaklık, bu taneciklerin ortalama kinetik enerjisinin bir göstergesidir.

Bir maddenin sıcaklığı, tanecik başına düşen ortalama kinetik enerjiyle orantılı bir büyüklüktür.

Isı ve sıcaklık
Isı ve sıcaklık birbirleri ile ilişkili fakat farklıkavramlardır. Sıcaklık, bir enerji değildir. Isı ile orantlılı sayısal bir değedir.

Birim
Sıcaklık bir göstergedir ve birimi derecedir. SI‘da Kelvin derece’dir (Ko). Fakat yaygın olarak Celsius derece (Co) kullanılır. Skaler bir büyüklüktür ve T ile gösterilir.

Ölçümü
Sıcaklık termometre ile ölçülür.

Bir maddenin birim kütlesinin sıcaklığında birim değişime neden olan ısı miktarına öz ısı denir.


Öz ısı (özgül ısı) nedir?

Giriş
Eşit kütledeki farklı maddeler aynı miktarda enerji alışverişi yaptıklarında maddelerin sıcaklık değişim miktarları aynı olmaz. Bu farklılık, ısı ve sıcaklıkla ilgili olan ve maddelere özgü bir değer olan öz ısı ile açıklanır.

Tanım
Saf bir maddenin birim kütlesinin sıcaklığını 1 oC artırmak için gerekli ısı miktarına öz ısı denir. Özgül ısı ya da ısınma ısısı olarak da bilinir.

Formül
m kütleli bir maddenin sıcaklığını Δt kadar değiştirmek için alınması ya da verilmesi gereken enerji miktarı aşağıdaki matematiksel modelle ifade edilir.

Q = m . c . Δt

Birim
Öz ısının birimi cal/g oC’dir ve c harfi ile gösterilir.

Q
c
c
= m . c . Δt
=Q / m . Δt
= cal/ g oC

Nasıl hesaplanır?
Eşit miktardaki su ve zeytinyağına eşit miktarda enerji verilirse sıcaklıklarındaki artışlar kullanılarak sıvıların öz ısıları hesaplanabilir.

Örneğin eşit miktardaki su ve zeytinyağına eşit miktarda enerji verilirse, zeytinyağdaki sıcaklık artışı suyun yaklaşık iki katı olduğu görülür.

Aynı miktarda verilen enerjiye karşılık sıcaklık değişimi en fazla olanın öz ısısı daha küçüktür. Aşağıdaki tabloda bazı maddelerin özgül ısıları verilmiştir:

madde c madde c
su 1 demir 0.11
buz 0.5 cam 0.10
zeytinyağı 0.47 bakır 0.09
buhar 0.46 gümüş 0.05
alüminyum 0.21 kurşun 0.03
maddelerin özgül ısıları
Tabloda 1gr madde miktarı için değerler verilmiştir. Belirli kütledeki bir maddenin sıcaklığını 1 oC artırmak için gerekli enerji ısı sığası ile ilgilidir.
Örnek
10 oC sıcaklığındaki 5 kg suyu 40 oC’ye yükseltmek için gerekli enerji nedir?

Q = m . c . Δt
Q = 5000 . 1 . (40-10)
Q =150 kcal

Isı maddelerin sahip olduğu bir çeşit enerjidir. Sıcaklık ise bir göstergedir.


Isı ve sıcaklık arasındaki farklar nelerdir?

Günlük hayatta sıklıkla kullanılan ısı ve sıcaklıkkavramları çoğunlukla karıştırılır. Isı ve sıcaklık birbirleri ile ilgili fakat farklı kavramlardır.

Isı, maddede bulunan taneciklerin toplam kinetik ve potansiyel enerjisi iken sıcaklık, taneciklerin ortalama kinetik enerjisidir.

Isı bir çeşit enerjidir, sıcaklık ise bir göstergedir. Maddeler arasında ısı alışverişi yapılabilir fakat sıcaklık transfer edilebilen bir büyüklük değildir.

Isı miktarları arasında ölçekli oran varken, sıcaklıklar arasında sıralama vardır. Örneğin 10 kalori, 20 kalorinin iki katı büyüklüğündedir. 10 kalori ile 20 kalori toplandığında 30 kalori eder. Fakat 10 oC, 20 oC’nin iki katı değildir ve 10 oC ile 20 oC toplanamaz. Ancak 10 oC, 20 oC’den soğuktur, denir.

Bir madde ile temas edildiğinde hissedilen ısı değil, sıcaklıktır. Örneğin, sıcak bir yaz gününde hava ısısının ne kadar çok olduğundan değil hava sıcaklığından bahsedilir.

Bugün hava 30 dereceydi.

Sıcaklık termometre vasıtasıyla, ısı kalorimetre ile ölçülür.

Kalorimetre ısı enerjisinin miktarını ölçmek için tasarlanmış bir düzenektir.


Kalorimetre nedir?

Kalorimetre (ısı ölçer) iç içe geçmiş ve yalıtılmış iki kap ve termometre ile hazırlanmış bir düzenektir. Isı enerjisi ile ilgili deneyler, kalorimetre içinde yapılır.

Prensip
Kalorimetre düzeneği, enerjinin korunumu yasasıgereği alınan ısı verilen ısıya eşittir bağıntısına dayanır.

Düzenek

Şekilde iç içe geçmiş iki kaptan iç kısımdaki için yalıtılmış bir ortam sağlanmış olur. İçteki kapta bulunan sıvının başlangıç sıcaklığı termometre ile ölçülür.

kalorimetre düzeneği

Yalıtılmış kabın içine bir miktar madde eklenir. Bir süre ısıl dengenin sağlanması beklenir. Daha sonra sistemin denge sıcaklığı ölçülür. Böylece Δt değeri elde edilmiş olur.

Başlangıçta sıvının kütlesi, sıcaklığı ve özgül ısısı bilinmektedir. Örneğin su için bu değer 1 cal/g oC’dir. Böylece Q = m.c.Δt formülü kullanılarak sıvının kaybettiği ya da kazandığı enerji miktarı belirlenir.

Bu enerji miktarı aynı zamanda sıvı içine eklenen cisim için de geçerlidir.

Bir maddenin özgül ısısı ve hal değiştirme ısısı bilinirse, maddeyi belirli bir sıcaklığa getirmek için gerekli enerji hesaplanabilir.


Isı enerjisinin hesaplanmasına örnek verir misiniz?

Belirli bir sıcaklıktaki maddenin istenen sıcaklığa getirilmesi için gereken enerjiyi hesaplamak için maddenin öz ısısının ve hal değiştirme ısısının bilinmesi gerekir.

Örnek
-20o‘deki 200 gr buzu 120o‘de buhar haline getirmek için ne kadar enerji gerekir?
(cbuz=0.5 cal/goC, csu=1 cal/goC, Lerime=80 cal/g, Lbuhar=540 cal/g, cbuhar=0.5 cal/goC)

Çözüm
Maddelerin hal değişim grafiği göz önüne alındığında sıcaklığın beş aşamalı bir süreçten gereçerek arttığı görülür.

ısı aşama enerji
Q1 -20o buzun
0buz olması
200*0.5*20
= 2 kcal
Q2 0o buzun
0o su olması
200*80
= 16 kcal
Q3 0o suyun
100o su olması
200*1*100
= 120 kcal
Q4 100o suyun
100o buhar olması
200*540
= 108 kcal
Q5 100o buharın
120o buhar olması
200*0.5*20
= 2 kcal

Sonuç
Tabloda gösterilen beş aşamada gerekli olan enerjilerin toplamı (Q1+Q2+Q3+Q4+Q5) 148 kcal, -20o‘deki 200 gr buzu 120o‘de buhar haline getirmek için gerekli ısı enerjisidir.

Denge sıcaklığının hesabı alınan ısı enerjisinin verilen ısı enerjisine eşit olacağı prensibine dayanılarak hesaplanır.


Denge sıcaklığının hesaplanmasına örnek verir misiniz?

Denge sıcaklığıısıl denge halindeki bir sistemin sıcaklığıdır. Denge sıcaklığı, ısıl temas halindeki iki cismin sıcaklıkları arasında bir değerdir.

Örnek
20o‘de 5 birim sıvı ile aynı sıvının 60o‘de 3 birimi karıştırılıyor. Isı alışverişinin sadece sıvılar arasında olduğu kabul edilirse karışımın denge sıcaklığı ne olur?

Yöntem
Denge sıcaklığının hesabı aşağıdaki iki prensibe dayanır:

  • Karışımın denge sıcaklığı TD 20o‘den büyük, 60o‘tan küçüktür.
20o < TD < 60o
Δt1 = TD – 20 ve Δt2 = 60 – TD olur.
  • Alınan ısı enerjisi verilen ısı enerjisine eşittir.
Qalınan = Qverilen
m1.c1.Δt1 = m2.c2.Δt2

Çözüm

Sıvılar aynı olduğu için özgül ısı c1=c2’dir. c1 ve c2, eşitliğin iki tarafından kaldırılabilir.
m1.Δt1 = m2.Δt2
Sıcaklık değişimleri, denge sıcaklığı cinsinden yazıldığında,
5*(TD – 20) = 3*(60 – TD)
TD = 35o olur.
Aralarında ısı transferi olan iki cisim arasında bir süre sonra sıcaklıklar eşit olur. Bu noktaya ısıl denge ve sıcaklığa denge sıcaklığı denir.


Denge sıcaklığı nedir?

Isı, sıcak cisimlerden soğuk cisimlere doğru hareket eden enerjidir.


ısı transferi

Isıl değme
Maddelerin kendi aralarında ısı transferi yapacak bir yol -iletim, ışıma, konveksiyon- bulmalarına ısıl değme denir.

Isıl denge
Isıl denge, ortamdaki maddeler arasında ısı transferinin durduğu noktadır. Bu noktada bütün maddelerin sıcaklıkları birbirine eşit olur. Isının tanımı gereği, enerji aktarımı ancak farklı sıcaklıktaki maddeler arasında olur.

Denge sıcaklığı
Isıl dengenin sağlandığı andaki sıcaklığa denge sıcaklığı denir.

Denge sıcaklığı soğuk cismin sıcaklığından büyük, sıcak cismin sıcaklığından küçük olur.
Isıl değme halindeki aynı türde eşit kütleli iki maddenin denge sıcaklığı, sıcaklıklarının aritmetik ortalamasına (t1+t2)/2 eşittir.

İki maddenin ısı sığası eşit ise, ısıl denge sağlanana dek sıcaklıkları eşit miktarda değişir. Sıcak olanın sıcaklığı 1azaldığı anda soğuk olanınki 1o artar.

Termometre belirli sıcaklık aralıklarında çalışabilen derecelendirilmiş sıcaklık ölçeğidir.


Termometre nedir?

Termometre, ortamın ya da maddelerin sıcaklığını ölçmek için kullanılır. Isı ise kalorimetre ile ölçülür.

Prensip
Termometre ile ortam arasında ısıl dengesağlandığında termometre ile ortamın sıcaklığı eşit olur. Bu durumda okunan değer termometrenin ve aynı zamanda ortamın da sıcaklığıdır.

Çeşitleri
Sıvılı, metal, gazlı ve dijital olmak üzere dört çeşit termometre vardır.

Ölçeklendirme
Ölçülmek istenen sıcaklık aralığına uygun malzeme seçilerek farklı amaçlar için tasarlanmış termometrelerde oC, oF, oK gibi farklı sıcaklık birimlerikullanılır.


Termometre çeşitleri nelerdir?

Termometreler bazı fiziksel niceliklerin sıcaklıkkarşısındaki değişiminden yararlanılarak tasarlanır. Bu özellikler şunlardır:

Malzemelerin sayılan özellikleri kullanılarak sıvılı, katı ve gazlı termometreler geliştirilmiştir.

  • Sıvılı termometre
  • Gazlı termometre
  • Metal termometre
  • Dijital termometre

Sıvılı termometre
Sıvılı termometrelerde genellikle cıva ya da renklendirilmiş alkol kullanılır.

sıvı donma kaynama
alkollü -115 oC 78 oC
cıvalı -39 oC 357 oC
alkol ve cıva donma kaynama sıcaklıkları

Cıvalı termometrelerin donma ve kaynama sıcaklıkları arasındaki fark büyük olduğundan kullanım alanı geniştir. Günlük hayatta en çok kullanılan termometrelerdir. Fakat kışın -40 oC soğukluktaki bir bölgede cıvalı termometre kullanılamaz. Bu yüzden kutuplara yakın ülkelerde alkollü termometre kullanılır.

Gazlı termometre
Laboratuvarda çok hassas sıcaklık ölçümleri için gazlı termometreler kullanılır. Çünkü gazlar, sıvı ve katı maddelere göre sıcaklık değişimlerinden daha çok etkilenir.

Prensip olarak gazların sıcaklık-basınç ilişkisinden yararlanılır.

Metal termometre
Katıların genleşme özelliğinden yararlanılarak fırın gibi çok yüksek (1600 oC) sıcaklık ölçümleri gerektiren ortamlarda metal termometreler kullanılır.

Dijital termometre
Sıcaklık, iletkenin direncini değiştirir. Bu prensipten yararlanılarak sıcaklık algılayıcı sensörler (termistör) geliştirilmiştir.

Ayrıca yaklaşılamayan, dokunulması zor ya da tehlikeli cisimlerin sıcaklığını uzaktan algılamak için ölçülmek istenen bölgeye kızılötesi ışınlar gönderilir. Pirometre adı verilen bu cihazlar yansıyan ışınları algılar.


pirometre

Doktorlar pirometre kullanarak vücuda temas etmeden sıcaklık ölçümü yapabilir.

Isıl temas halindeki farklı sıcaklıklarda maddelerin enerji alışverişleri sonucunda sıcaklıklarının eşitlendiği hale ısıl denge denir.


Isıl denge nedir?

Isı transferi
Temas halideki iki cisimden sıcaklığı yüksek olandan düşük olana doğru ısı enerjisi aktarımı olur. Yalıtılmış bir ortamda sıcak cisimin iç enerjisi azalırken, aynı miktarda ısı enerjisi soğuk olan cisme transfer olur.

Denge hali
Enerji transferi iki cismin sıcaklığı eşit olana dek devam eder. Bu olaya ısıl denge ya da termodinamik denge denir. Isıl denge anında iki cismin sıcaklığına denge sıcaklığı denir. Sistem denge sıcaklığına geldiğinde ısı alışverişi de sona erer.

sıcak soğuk
>> ısı >>

Model
Isıl dengenin matematiksel modeli aşağıdaki gibidir. Bu, enerjinin korunumu yasasının doğal bir sonucur.

Tdenge sıcaklığına kadar,
Qalınan = Qverilen

Isıl denge, termodinamiğin sıfırıncı yasası olarak da bilinir.

Maddelerin katı, sıvı, gaz ve plazma haller arasındaki geçiş olaylarına hal değişimi denir.


Hal değişimi nedir?

Hal değişimi
Maddelerin ortamdan ısı alarak ya da vererek maddenin dört hali arasında geçiş yapmasına hal değişimi denir. Hal değişimi esnasında gerekli ısıya hal değişim ısısı denir.


hallere göre tanecilerin konumu
Türleri
Hal değişimleri iki yönlü değişimlerdir. Sekiz farklı hal değişim olayı vardır. Maddeler yeterince ısı aldığında erime, buharlaşmasüblimleşme, iyonizasyon; ısı kaybettiklerinde donma, yoğunlaşma, kırağılaşma, deiyonizasyon olayları olur.

Haller Olay
katı-sıvı sıvı -> katı donma
katı -> sıvı erime
sıvı-gaz sıvı -> gaz buharlaşma
gaz -> sıvı yoğunlaşma
katı-gaz katı -> gaz süblimleşme
gaz -> katı kırağılaşma
gaz-plazma gaz -> plazma iyonzasyon
plazma -> gaz deiyonizasyon
hal değişim türleri

Grafik
Normal koşullarda katı-sıvı-gaz arasındaki hal değişiminin zaman-sıcaklık grafiği aşağıdaki gibidir.

hal değişimi zaman-sıcaklık grafiği

Hal değişimi esnasında sıcaklığın sabit olduğuna, donma ile erime ve buharlaşma ile yoğunlaşma sıcaklıklarının eşit olduğuna dikkat ediniz.

Hal değişimi süresince gerekli ısı enerjisine hal değiştirme ısısı, bu esnadaki sabit sıcaklığa hal değişim sıcaklığı denir.


Hal değiştirme sıcaklığı ve ısısı nedir?

Hal değiştirme sıcaklığı
Hal değişiminin gerçekleştiği sıcaklığa hal değiştirme sıcaklığı ya da noktası denir.

Hal değiştirme ısısı
Hal değişimi süresince birim maddeye verilen ya da maddeden çıkan ısı enerjisi miktarına hal değiştirme ısısı denir.

Örneğin, katı maddenin erime anındaki sıcaklığına erime sıcaklığı, erime süresince birim maddeye verilen ısı enerjisine erime ısısı denir.

Maddenin cinsi
Hal değişim ısısı ve sıcaklığı maddenin cinsine bağlı olup miktarına bağlı değildir, yani maddelerin ayırt edici özellikleri arasındadır.

Enerji
Bir katı erime sıcaklığında iken maddeye ısı vermeye devam edildiğinde katı halden sıvı hale bir hal değişimi yaşanır. Bu esnada sıcaklık değişmez. Bu enerji katıyı sıvı hale geçirmek için kullanılır.

Saf maddelerin erime ile donma, kaynama ile yoğunlaşma sıcaklıkları ve hal değiştirme ısıları birbirine eşittir.

Lerime = Ldonma = 80 cal/g
Lbuharlaşma = Lyoğunlaşma = 540 cal/g

Birim
Hal değiştirme  ısısının birimi cal/g ve ya J/kg’dır. 1 atm basınç altında, 1 gram buzu eritmek için buza verilmesi gereken enerji ile 1 gram suyu buza çevirmek için sudan alınması gereken ısı enerjisi miktarı birbirine eşittir ve değeri 80 kaloridir. Bu değer, buharlaşma-yoğunlaşma için 540 kaloridir.

Toplam enerji
Hal değişimi esnasında maddenin alması/vermesi gereken toplam enerji, kütlesi ile doğru orantılıdır.

Hâl değişimi durumunda bir maddenin aldığı ya da verdiği enerji miktarının matematik modeli şöyledir:

Q = m.L
L: hal değiştirme ısısı
m: kütle
Q: toplam enerji

Hal değişimi esnasında maddelerin kütlesi, sıcaklığı, kinetik enerjisi sabit kalırken, hacmi, özkütlesi, potansiyel enerjisi değişir.


Hal değişimi esnasında maddelerin değişen ve sabit kalan özellikleri nelerdir?

Sabit kalanlar
Hal değişimi esnasında maddelerin kütlesisıcaklığı ve kinetik enerjisi değişmez.

Hal değişimi esnasında maddeye verilen ya da alınan ısıiç enerji değişmesine rağmen, sıcaklık değişimine neden olmaz. Yalnızca fiziksel özelliğinde (hal) değişim yaşanır.

Değişenler
Hal değişimi süresince maddenin hacmiözkütlesi ve potansiyel enerjisi değişir.

Özkütle
Bir maddenin özkütlesi, hal değişimi esnasında değişir. Çünkü hal değişimi esnasında toplam madde miktarı değişmemesine rağmen maddenin cinsi değişir. Fakat hal değiştirmeyen maddenin özkütlesi etkilenmez.

Hacim
Erime ve buharlaşma esnasında maddelerin tanecikleri birbirinden uzaklaşır ve hacmi artar, donma ve yoğunlaşma için de tersi geçerlidir. Fakat buz, bizmut, antimon gibi istisna maddelerin hacimleri erime sırasında küçülürken, donma sırasında büyür.

Enerji
Maddeler erirken ve buharlaşırken ısı enerjisi alır, donarken ve yoğunlaşırken ısı kaybeder. Hal değişimi ile dış ortamda yaşanan sıcaklık değişimi arasındaki ilişki günlük hayattaki bazı olaylarla gözlemlenebilir.

Kış aylarında karlar erimeye başladığında hava soğumaya başlar. Bunun nedeni eriyen karın dış ortamdan ısı almasıdır. Fakat kar yağarken su donduğu için dışarıya ısı verir. Bu da havanın sıcaklığında artışa neden olur.

Kaynarken maddelerin potansiyel enerjisi artar, yoğunlaşırken azalır.

Maddelerin erime ve donma noktası basınç ve saflıktan etkilenir.


Erime ve donma noktası nelerden etkilenir?

Hal değişim sıcaklığıkaynama ve yoğunlaşmanoktalarında olduğu gibi, erime ve donma olaylarından da basınçtan ve maddenin saflığından (çözünürlükten) etkilenir.

Basınç
Dış basınç arttıkça, erime noktası düşer. Yüksek dağlarda, dış basınç daha düşüktür. Deniz seviyesinde buz 0°C’de donar, yükseklere çıkıldıkça 0°C’nin üzerinde erir. Bu yüzden dağların yüksek kısımlarındaki kar tabakaları daha geç erir.


yüksek dağlarda kar

Benzer durum kışın üzerinden araba geçen yollarda karların daha çabuk erimesinde gözlemlemebilir. Yüksek basınçta buz, -5°C’de erir.

Saflık
Su-tuz karışımının erime sıcaklığı saf suyunkiden daha düşüktür. Kışın yollarda tuz serpilmesi buzun erime sıcaklığını düşürerek daha kolay erimesini sağlamak içindir.


kışın yolların tuzlanması

Araba radyatörlerine eklenen antifiriz suyun donma noktasını -40o‘lere kadar düşürür.

Maddelerin kaynama ve yoğunlaşma noktası basınç ve saflıktan etkilenir.


Kaynama ve yoğunlaşma noktası nelerden etkilenir?

Hal değişim sıcaklığıerime ve donma noktalarında olduğu gibi, kaynama ve yoğunlaşma olaylarında da basınçtan ve maddenin saflığından (çözünürlükten) etkilenir.

Basınç
Sıvıların molekülleri arasındaki çekim kuvveti arttıkça kaynama noktaları da yükselir. Kaynama, sıvının buhar basıncı ile dış basınç birbirine eşit olduğunda başlar. Bu yüzden dış basınç attığında kaynama noktası yükselir.

Düdüklü tencerelerde suyun kaynama sıcaklığı 140o‘yi bulur. Çünkü düdüklü tencere kapalı olduğundan buharlaşan sıvı tencere içinde kalır ve basınç sürekli artar. Basınç arttıkça sıvının kaynama noktası yükselir. Tersi durumda yükseklere çıkıldıkça, örneğin dağ, suyun kaynama sıcaklığı 90o‘ye kadar düşebilir.

Saflık
Sıvı bir maddede katı çözündüğünde sıvının kaynama noktası yükselir. Örneğin suya tuz ya da şeker atıldığında suyun kaynama derecesi 100o‘nin üstüne çıkar. Kaynayan suya şeker atıldığında kaynama çözelti doygun hale gelinceye kadar durur. Bu esnada sıcaklık artışı olur ve bir müddet sonra kaynama tekrar başlar.

Buharlaşma, sıvı yüzeyinde gerçekleşen sıvıdan gaza hal değişimdir ve her sıcaklıkta meydana gelebilir.


Buharlaşma nedir?

Tanım
Buharlaşma, bir hal değişimi olayıdır. Sıvıların gaz haline geçmesidir. Buharlaşma için belirli bir hal değiştirme noktası yoktur.

Buharlaşma her sıcaklıkta meydana gelebilir. Bazı etkenler buharlaşmanın hızını etkiler.

Kohezyon
Sıvı molekülleri hareket halindedir ve aynı zamanda birbirlerini kohezyon kuvveti ile çeker. Sıvı dışarıdan ısı aldığında moleküllerinin hızı artar. Sıvı yüzeyindeki moleküllerin hareket enerjileri kohezyon kuvvetini yenecek seviyeye geldiğinde buharlaşma başlar.

Serinletici etki
Buharlaşma esnasında kapta kalan sıvının ortalama enerjisi, dolayısıyla sıcaklığı, azalır. Bu yüzden buharlaşma esnasında sıvı çevresini soğutur. Kolonyanın serinletici etkisi bu duruma örnek olarak gösterilebilir. Karpuz kesildikten sonra bir süre güneş ışığına maruz kaldığında soğuması yine benzer bir örnektir.

Buzdolaplarının çalışma ilkesi de buharlaşma ve onun serinletici etkisine dayanır. Terleyen bir kişinin bir süre sonra üşümesi, vücudunda gerçekleşen buharlaşmanın sonucudur.

Kaynamadan farkı
Kaynama, sıvı kaynama sıcaklığına geldiğinde sıvı içerisindeki her noktada meydana gelir fakat buharlaşma her sıcaklıkta ve yalnızca sıvı yüzeyinde olur. Kaynama noktası buharlaşma yüzeyine bağlı değildir ve buharlaşmaya nispeten çok daha hızlı gerçekleşir.

Buharlaşmanın hızı sıvının cinsinden, sıcaklıktan, basınçtan, havadaki oranından ve buharlaşma yüzeyünden etkilenir.


Buharlaşma hızını etkileyen faktörler nelerdir?

Buharlaşmayı etkilen birtakım unsurlar vardır.

Sıvının cinsi
Moleküller arası kohezyon kuvveti, yani sıvının cinsi, buharlaşma hızı etkiler. Örneğin alkol sudan daha hızlı buharlaşır. Kolonyanın serinletici etkisi hızlı buharlaşmasıyla ilgilidir.

Sıcaklık
Ortamın sıcaklığı buharlaşma hızını olumlu yönde etkiler. Sıcaklık arttıkça buharlaşma hızı da artar.

Basınç
Buharlaşma hızı dış basınçtan etkilenir. Dış basınç arttıkça buharlaşma zorlaşır ve buharlaşma hızı düşer.

Havadaki oran
Buharlaşacak olan sıvının gaz halinin havadaki oranı, buharlaşma hızı etkiler. Örneğin nemli havada buharlaşma hızı düşüktür.

Buharlaşma yüzeyi
Buharlaşma yüzeyi ve havanın hareketi buharlaşma hızını doğrudan etkiler.

Örneğin çamaşırların hızlı kuruması için yüzeyi en geniş olacak şekilde asılır ya da serilir. Çamaşırlar rüzgarlı havada, durgun havaya göre daha çabuk kurur.

Katılar donduğunda hacimleri azalır ve yoğunluğu artar. Fakat su donduğunda tam tersi gerçekleşir. Buzun, su üzerinde yüzmesi bu istisnai durumla ilgilidir.


Suyun erime ve donma olaylarındaki istisnai durumu nedir?

Hacim
Madde sıvı hale geçerken tanecikleri arasındaki uzaklık artar. Bu durum hacminin artmasına neden olur. Fakat buz erirken hacmi küçülür, su donarken hacmi büyür.

Özkütle
Aynı kütledeki buzun hacmi sudan daha fazla olduğundan, buzun özkütlesi daha küçüktür. Bu yüzden donan buz kütlesi, suyun üstünde kalır. Aksi olsaydı, göllerde canlılık olmazdı.


buz altında yaşam

Örnek
Ağzı kapalı tamamen su ile dolu bir kap, dondurucuda bekletildiğinde kabın kırıldığı gözlemlenir. Çünkü su buz haline geçtiğinde hacmi artar, bu da kapta bir basınç oluşturur. Benzer durum, kışın su borularının patlamasının da nedenidir.

Suyun canlılık için önemi, suyun erime ve donma hal değişimi esnasında sahip olduğu istisnai durumu ile ilgilidir.

Isının cisimler arasında iletim, konveksiyon ya da ışıma yoluyla transferine ısının yayılımı denir.


Isı yayılımı nedir?

Cisimler arasındaki ısı transferi, ısıl denge sağlanıp denge sıcaklığına ulaşılana kadar devam eder. Isı alışverişi ancak sıcaklık farkı olan iki sistem arasında gerçekleşir.

Tanım
Isı enerjisinin, soğuk cisimden sıcak cisme transfer olmasına ısı yayılımı denir. Enerji transferi hareketli moleküller ya da elektromanyetik dalgalar vasıtasıyla olur.

Türleri
Isının üç tür yayılma biçimi vardır:

Aşağıdaki şekilde ateş kap arasında ışınım ile, kabın içindeki sıvı molekülleri arasında konveksiyon ile, kabın sapının ele sıcaklık hissi vermesi iletim yolu ile ısının yayılmasına örnektir.

Özellikler
Isının yayılma biçimi cismin haliyle de ilgilidir. Sıvı ve gaz molekülleri kolaylıkla hareket edebilen akışkan parçacıklardır. Bu yüzden ısının iletim yoluyla transferi zordur. Öte yandan, ısının konveksiyon yoluyla yayılması sıvı ve gazlar için ayırt edici özelliklerarasındadır.

Enerjinin iletim ve konveksiyon yolu ile yayılmasında maddesel bir ortama ihtiyaç varken, ışıma boşlukta da gerçekleşebilir.

Katı cisimlerin bir ucu ısıtıldığında ısı diğer uca yayılır. Bu enerji hareketi ısının iletimidir.


Isının iletim (kondüksiyon) yoluyla yayılması nedir?

Tanım
Katı bir cisim bir ucundan ısıtıldığında cismin ardışık molekülleri titreşerek aralarındaki sıcaklık farkından dolayı enerjiyi bir sonraki moleküle doğru iletirler. Buna, ısı enerjisinin iletim ya da kondüksiyon yoluyla yayılması denir.

Isı iletimi katılar için ayırt edici bir özelliktir, çünkü sıvı ve gazların molekülleri arasında uzaklık fazla olduğu için ısıyı bu yöntemle iyi iletmezler.

Nasıl olur?
Önce katı cismin ısı kaynağına yakın atomlarının kinetik enerjileri artmaya başlar. Bu enerji atomların daha yüksek genlikli titreşmesine neden olur. Bu hareket zincirleme olarak uçtan uca aktarılır.

Şekildeki demir parçası bir ucundan ısıltığında önce A kısmındaki mum, sonra B kısmındaki mumun eridiği gözlemlenir. Bu, ısı kaynağına daha yakın olan A noktasının  sıcaklığının noktasından önce arttığını gösterir.

Örnekler
Isının iletim hızı cismin türüne bağlıdır. Tenceredeki yemek tahta kaşık yerine metal kaşıkla karıştırıldığında ele gelen sıcaklık hissi, metalin ısıyı iyi iletmesi ile ilgilidir. Benzer şekilde metal bardaktaki çayı tutan kişi, cam bardağa göre daha fazla yanma hissi duyar.

Tencere saplarında ısıyı kötü ileten malzemelerin tercih edilmesi gibi günlük hayatta ısının iletim yoluyla tranferini engellemek için bazı yalıtım yöntemlerigeliştirilmiştir.

Gazlar ve sıvılarda ısının konveksiyon yoluyla yayılımı, ısınan moleküllerin yoğunluk farkından dolayı öteleme hareketi yapmasına dayanır.


Isının konveksiyon (taşınım) yoluyla yayılması nedir?

ısı yayılımı
iletim konveksiyon ışınım

Maddelere ısı enerji verildiğinde (istisnalar hariç), molekülleri arasındaki mesafe (hacim) artar ve özkütlesi azalır.

Prensip
Sıvı ve gazlar akışkan olduğu için ısınan molekülleri yoğunluk farkından dolayı madde içinde yukarı doğru hareket ederek yer değiştirir. Soğuk ve yoğunluğu yüksek moleküller ise dibe iner.

Tanım
Isının madde içindeki atom veya moleküllerin öteleme hareketi ile taşınması olayına enerjinin konveksiyon (taşınım) yolu ile yayılması denir.

Isının iletim yoluyla transferi moleküllerin çarpışmasıyla, konveksiyonda ise öteleme yoluyla olur. Bu sebeple konveksiyon sadece sıvı ve gazlar için etkili bir yöntemdir. Konveksiyon yoluyla ısı transferi sıvı ve gazlar için ayırt edici özelliktir.

Örnek
Bir odanın sobayla ısınması ısının konveksiyon yöntemiyle taşınmasına bir örnektir. Isınan havanın hacmi artarken yoğunluğu azalır ve ısınan hava yükselir. Alttan ısıtmalı odalar, bu ilkeye dayanarak geliştirilmiştir.


gazlarda konveksiyon

Sıvıların iletim yöntemiyle ısıyı iletmeleri çok güçtür. Örneğin çaydanlıktaki suyun ısınması sıvıların konveksiyon yoluyla ısı transferi sayesinde olur.

sıvılarda konveksiyon
Isı enerjisinin elektromanyetik dalgalar şeklinde transferine ısının ışınım şeklinde yayılması denir.


Isının ışıma (radyasyon) yoluyla yayılması nedir?

ısı yayılımı
iletim konveksiyon ışınım

Tanım
Işıma, ışığın dalgalar şeklinde yayılmasıdır. Isı boşlukta yalnızca ışıma yöntemiyle iletilir.

Bir maddesel ortama ihtiyaç duymaksızın ısı enerjisinin bir yerden başka yere transfer olmasına ısının ışıma ya da radyasyon yoluyla yayılması denir.

Prensip
Moleküllerin titreşimleri nedeniyle mutlak sıfırdan daha sıcak bütün cisimler sıcaklıklarından dolayı çevrelerine elektromanyetik dalga yayarlar. Böylece cisimler sıcaklıkları ölçüsünde ışıma yaparak etraflarına ısı yayarlar.

Özellikler
Cisimler ısı yaydığı gibi aynı zamanda üzerlerine düşen ısı enerjisini soğururlar. Bir cisim soğurduğu ısı, yaydığından fazla ise sıcaklığı artar.

İdeal bir soğurucu üzerine düşen tüm ısıyı soğurur, buna kara cisim denir. Koyu cisimler, parlak cisimlere nazaran daha fazla ışıma yapar. Bu yüzden ışıma yoluyla gerçekleşecek ısı kaybının engellemek için termosun iç kısmı parlaktır.

Örnek
Işınım yoluyla ısının yayılmasına verilebilecek en temel örnek, güneş ile dünya arası boşluk olmasına rağmen güneş ışınlarının dünyayı ısıtmasıdır.

Haberleşme uydularının güneşten enerji alması, mikrodalga fırınların ve kızılötesi (infrared) ısıtıcıların ısı yayması ışınım yoluyladır.

Gazların ısı iletimindeki yalıtkanlık özelliği günlük hayattaki birçok uygulamanın çıkış noktasıdır.


Isı yalıtımına günlük hayattan örnekler verir misiniz?

Dewar şişesinin icadının altında yatan prensip , günlük hayatta kullanılan bazı eşyalar ve doğadaki hayvanların da başvurduğu birtakım ısı yalıtım yöntemlerine benzerlik gösterir. Gazlar, iletim yöntemiyle ısı yayılımında kötü bir iletkendir.

Pencere
Pencerelerin çift camlı olması, aralarındaki havanın yalıtkan görevi görmesiyle ilgilidir.

Tüyler
Kuşlar soğuk günlerde tüylerini kabartırlar, böylece tüyleri arasına hava girer. Hava ısıyı ile iletmediği için kuş soğuktan korunmuş olur. Bu durum diğer tüylü hayvanlar için de geçerlidir.

Çift kat
Kışın kalın bir yorgan yerine, iki tane ince yorgan tercih etmek ya da kalın bir kazak yerine iki ince kazak giymek, ısı yalıtımı ile ilgilidir.

Kışlık mont ve kabanla çok katmanlı imal edilmektedir. Kışın tüylü kıyafetlerin daha sıcak tutması da tüylerin arasında kalan havanın yalıtkan görevi görmesi sayesindedir.

Termos
Termoslar ısının iletim ve ışınım yoluyla kaybolmasını engeller.

termos

Check Also

DNA

Aykut Gözükızıl

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

istanbul escort-