Özgür Fizik 1 İÇ ENERJİ :
Bir maddeyi oluşturan taneciklerin kinetik ve potansiyel enerjileri toplamına iç enerji denir.
Gazların iç enerjisini basınç altında artırabiliriz. Sıkışan bir gazın iç enerjisi artacaktır. Çünkü sıkıştırılmak için yapılan iş gaz moleküllerinin kinetik enerjisini artıracağından moleküllerin hızı artacak ve iç enerjileri artacaktır.
Maddenin molekülleri arasındaki çekim potansiyel enerjisi iç enerjiyi değiştirdiğinden dolayı maddenin sıcaklığı sabit kalsa da iç enerji değişebilir. Eriyen bir buzun sıcaklığı değişmez. Fakat moleküller arasındaki uzaklık arttığından potansiyel enerjisi artacak iç enerjisi de artacaktır. Yoğunlaşan bir su buharının molekülleri birbirine yaklaşacağından dolayı potansiyel enerjisi azalacak iç enerjisi de azalacaktır.
ISI ENERJİSİ :
Farklı sıcaklıktaki iki madde arasında aktarılan enerjiye denir. “Isı maddenin iç enerjisidir” ifadesi yanlıştır. Maddenin iç enerjisindeki değişim olarak da tanımlanabilir.
“ Herhangi bir maddenin sahip olduğu ısı” denilmez,
“K maddesinin ısısı L maddesinin ısısından
büyüktür/küçüktür” ifadesi kullanılamaz, sahip olduğu iç enerji ifadesi kullanılır. Isı, sıcaklık ve iç enerji birbirinden tamamen farklı kavramlardır. Havanın sıcaklığını söylerken ısısı denirse yanlış olur.
Isıyı doğrudan ölçen bir alet yoktur ancak ısıyı hesaplama yoluyla ölçmeye yarayan ve kalorimetre denilen düzenekler vardır. Isının SI’daki birimi “joule”dür.Isı enerjisi kalorimetre kabı yardımı ile ölçülür.
SICAKLIK :
Sıcaklık, bir sistemdeki hareket eden moleküllerin ortalama kinetik enerjisinin bir göstergesidir, enerji değildir. SI’daki birimi “Kelvin”dir ve K ile gösterilir. Termometre ile ölçülür.
“T” sembolü ile gösterilir.
Kavramlar arası ilişkiler:
Bir maddenin sıcaklığı artıyorsa ısı enerjisi alır ve iç enerjisi artar.
Bir maddenin sıcaklığı azalıyorsa ısı enerjisi verir ve iç enerjisi azalır.
Bir maddenin sıcaklığı sabit iken hal değişimine uğruyorsa iç enerjisi değişir. Madde ısı alıyorsa iç enerjisi artar. Madde ısı veriyorsa iç enerjisi azalır.
Bir maddenin iç enerjisi, ısı almadan ya da vermeden de değişebilir. Örneğin bir madde üzerine mekanik iş yapılırsa maddenin iç enerjisi ve sıcaklığı artar.
Isı alıp veren maddelerde ; a) Sıcaklık değişimi b) Hal değişimi
c) Boyut değişimi(genleşme) gözlenir.
SICAKLIK DEĞİŞİMİ
TERMOMETRE ÇEŞİTLERİ:
A- Sıvılı Termometreler :
Sıvıların genleşme özelliğinden yararlanılarak yapılan termometrelerdir. Laboratuvarda, duvar termometresi ve hasta termometresi olarak kullanılır.
B- Metal Çiftli Termometreler :
Genleşme katsayısı farklı iki metalin birbirine yapıştırılması ile elde edilir. Yüksek sıcaklıkları ölçmek için (
fabrika ve fırınlarda)kullanılır.
C- Gazlı Termometreler:
Gazın sıcaklığına bağlı olarak basıncında meydana gelen değişimlerden yararlanılarak ölçüm yapılır. Gazlı
termometreler çok hassas ölçüm yapabilir, bu nedenle araştırma laboratuvarlarında kullanılır.
ISI VE SICAKLIK
Özgür Fizik 2
Dijital TermometrelerDijital termometre, ucundaki yarı iletken termistörün sıcaklık değişimine bağlı olarak elektriksel direncinin değişiminden yararlanarak sıcaklığı ölçer.
Kızılötesi Termometreler
Maddelerin sıcaklıklarına bağlı olarak kızılötesi ışıma yapmasından yararlanılarak geliştirilen termometrelerdir.
Pirometre denilen bu termometreler, temas olmadan sıcaklığı ölçebilir.
SICAKLIK BİRİMLERİ :
Yöntem 1: 25
0C = ?
oF
Yöntem 2:
Yöntem 3:
Uygulama 1:
Bir X termometresi normal koşullarda suyun donma sıcaklığını –20°X, kaynama sıcaklığını 130°X olarak göstermektedir.
Bu X termometresi 40°C, kaç °X tir?
Uygulama 2:
Celcius ve fahrenhait termometreleri hangi sıcaklıkta aynı değeri gösterir?
Uygulama 2:
40°C 20°C nin 2 katı mıdır?
Özgür Fizik 3
Saf Maddelerin Sıcaklık Değişiminin Bağlı Olduğu Değişkenler:Öz Isı (Özgül ısı=Isınma Isısı)
Bir maddenin 1gramının sıcaklığını 1 °C değiştirmek için gereken ısı enerjisine, o maddenin öz ısısı ya da özgül ısısı denir. Ayırtedici bir özelliktir.
Öz ısı “c” sembolü ile gösterilir.
SI birimi : J/kg · K dir.
Hesaplamalarda diğer birimlerin veriliş durumuna göre cal/g·°C kullanılır.
Aynı miktarda ısı alan maddelerden öz ısısı küçük olan, büyük olana göre sıcaklığını daha fazla değiştirir. Öz ısısı küçük olan maddeler, öz ısısı büyük olanlara göre daha çabuk ısınır ve soğur.
Bilgisayarlarda işlemcinin ısınmasını önlemek için üzerine bakırdan plaka yerleştirilir.
Tencerenin kendisi öz ısısı düşük, sapları ise öz ısısı yüksek maddelerden yapılır. Kabın, öz ısısı düşük maddeyle yapılmasının nedeni, ocaktan kaba ulaşan ısının hızlı bir şekilde içindeki yiyeceklere aktarılabilmesi ve sap kısmındaki sıcaklık artışının geciktirilerek sapı tutan elin yanmasının önlenmesidir.
Termometre yapımında, cıva ve etil alkolün tercih edilmesinin sebeplerinden birisi de bu sıvıların öz ısılarının çok küçük olmasıdır.
Evlerimizde ısıtma amaçlı kullandığımız yağlı radyatör ısıtıcılarda öz ısısı düşük bir sıvı kullanılması sonucu, verilen elektrik enerjisi sayesinde sıcaklık hızlı bir şekilde
artmaktadır.
Karalar denizlere göre daha hızlı ısınır ve daha hızlı soğur. Bunun nedeni suyun ısı kapasitesinin karaya göre daha yüksek olmasıdır.
Araba radyatörlerinde su kullanılması da bu nedenledir.
Isı Sığası (C = m.c)
Bir maddenin sıcaklığını 1 °C değiştirmek için gereken ısı enerjisine ısı sığası denir ve “C” sembolü ile gösterilir.
SI birimi : J/K veya cal/°C de kullanılır.
Ayırtedici bir özellik değildir.
Uygulamalar
Özgür Fizik 4 HÂL DEĞİŞİMİ
Maddenin katı, sıvı, gaz ve plazma olmak üzere dört hâli olduğunu öğrendik. Bu bölümde sadece maddenin katı, sıvı ve gaz hâlleri arasındaki geçişi öğreneceğiz.
Erime-Donma, Erime (Donma) Isısı:
Erime sıcaklığındaki bir katının birim kütlesini katı hâlden sıvı hâle geçirmek için verilmesi gereken ısı enerjisine erime ısısı (Le) veya ergime gizli ısısı denir. Erime ısısı birimi J/kg’dır. Katılar erirken aldıkları ısıyı donarken geri verir. Erime ısısı ve donma ısısı (Ld) aynı değerdedir. Erime (donma) ısısı maddenin ayırt edici
özelliklerindendir.
Buharlaşma-Yoğunlaşma, Buharlaşma Isısı :
Enerji kazanan bir tanecik kendisini etkileyen çekim kuvvetlerini yenerek sıvıyı terk eder ve gaz hâline geçer. Bu olaya buharlaşma denir. Buharlaşma her sıcaklık değerinde meydana gelebilir. Buharlaşma sıvı yüzeyinde gerçekleşir. Arı bir sıvı, her sıcaklıkta buharlaşabildiği hâlde sadece belirli bir sıcaklıkta kaynar.Kaynama sırasında sıvı tamamen bitinceye kadar sıcaklık aynı kalır.
Buharlaşmanın en hızlı olduğu sıcaklık değerine kaynama noktası denir.
Kaynama sıcaklığındaki sıvının birim kütlesinin
buharlaşması için alması gereken ısıya buharlaşma ısısı (Lb)denir.
Buharlaşma ısısı, yoğunlaşma ısısına (Ly) eşit değerdedir(Lb = Ly)
Süblimleşme :
Katıyı oluşturan tanecikler arasındaki çekim kuvvetinin çok zayıf olması durumunda, katılar erimeden buharlaşabilir. Örneğin kuru buz denilen katı karbondioksit, 1 atm basınçta sıvılaşmadan gaz hâline geçer. Bir katının erimeden buharlaşması olayına süblimleşme denir. Basınca bağlı olarak birçok katıda bu durum sağlanabilir. 1 atm basınçta naftalin, iyot, arsenik gibi maddeler süblimleşir.
Kırağılaşma :
Maddenin gaz hâlinden doğrudan katı hâle geçmesine geri süblimleşme ya da kırağılaşma denir.
Kışın sabahın erken saatlerinde havadaki su buharının temas ettiği yerlerde donması bu olaya örnektir .
Hal Değiştirme İle İlgili Özellikler:
1.Saf maddeler hal değiştirirken sıcaklığı değişmez.
2.Hâl değişim ısısı ve hâl değişim sıcaklığı saf maddeler için ayırt edici özelliktir.
3.Basınç hâl değişim sıcaklığını değiştirir.
4.Katı madde üzerine etki eden basınç artarsa iki durum oluşabilir.
a) Erirken hacmi artan maddelerde (buz dışındakiler) basınç artarsa erime noktası yükselir.
b) Erirken hacmi azalan maddelerde (buz) basınç artarsa erime noktası düşer.
5. Sıvı maddelerin üzerindeki basınç artarsa kaynama noktası yükselir.
6.Maddelerin saflık derecesi de hâl değişim sıcaklığına etki eder.
İçinde tuz çözünmüş suyun erime sıcaklığı azalır, kaynama noktası ise artar.
7. Hal değiştiren maddelerin potansiyel enerjisi değişir.
8. Isı çoğaldıkça buharlaşma kolaylaşır.
9. Hava akımı buharlaşmayı kolaylaştırır.
10. Sıvı yüzeyi genişledikçe buharlaşma kolaylaşır.
11. Kaynama alttan buharlaşma yüzeyden başlar.
SAF MADDELERĠN HAL DEĞĠġĠM GRAFĠĞĠ
Özgür Fizik 5
Isıl temas halindeki iki sistemde ısı,yüksek sıcaklıklı
sistemden düşük sıcaklıklı sisteme doğru aktarılır. Sistemlerin sıcaklığı birbirine eşit olduğu zaman net ısı aktarımı durur.
Isıl denge iki sistem arasındaki ısı alış verişinin sona
ermesi yani iki sistemin aynı sıcaklığa ulaşması anlamına gelir.
Denge sıcaklığı da ısıl dengeye erişildiğinde sistemlerin ortak sıcaklığıdır. Isıl denge için sistemlerin sıcaklıklarını aynı olması zorunludur, aynı değilse ısıl dengede olamazlar.
Isı alıĢveriĢi ile ilgili özellikler:
1. İki madde arasında ısı alışverişi olabilmesi için sıcaklıkların farklı olması gerekir.
2. Isı akışı sıcaklığı büyük olan maddeden sıcaklığı küçük olan maddeye doğru olur.
3.Hal değişimi olmamak koşuluyla sistem ısıl dengeye geldiğinde denge sıcaklığı, maddelerin ilk sıcaklıkları arasında değer alır. Tx > Td > Ty (Td : Denge sıcaklığı)
4. Maddelerin ısı sığaları eşitse;
Hal değişimi yokken Td
5. Hal değişimi oluyorsa;
Uygulamalar
ISIL DENGE
Özgür Fizik 6
Isı bir enerji transferidir. Isının bir maddeden diğerineaktarılması 3 farklı yöntemle gerçekleşir. Bunlar konveksiyon, ışıma ve iletim yöntemleridir.
1. Ġletim Yoluyla Yayılma:
Isıtılan bir maddenin moleküllerinin kazandığı kinetik enerjisini titreşim yoluyla birinden diğerine aktarması şeklinde gerçekleşen bir yayılma türüdür. Isının iletilmesi moleküllerin titreşimlerini birbirine aktarması şeklinde gerçekleştirdiğine göre ısının iyi iletilmesi için moleküller arasındaki uzaklık çok az olmalıdır. İletim yoluyla yayılma en iyi katılarda, katılar içinde de en iyi metallerdedir.
Sonra sırayla sıvıda ve gazdadır. Boşlukta ise iletim yoluyla yayılma olmaz. Durgun hava tabakası da iyi bir
ısı yalıtkanıdır.
2. Konveksiyen Yoluyla Yayılma (TaĢıma):
Isıtılan maddenin moleküllerinin özkütle farkından dolayı birbiriyle yer değiştirmesi şeklinde gerçekleşen yayılma türüdür. Bu yolla yayılma sadece sıvı ve gazlarda olur. Sıvı ve gazlarda bir bölgenin ısınması ile bu bölgedeki maddenin hacmi artar. Hacmi anan maddenin özkütlesi azalır.
Özkütlesi azalan madde yukarıya doğru yükselirken bıraktığı boşluğa özkütlesi daha büyük olan madde gelir.
Böylece ısı madde içinde taşınmış olur. Denizlerdeki sıcak su akıntıları, sıcak su dolaşım sistemleri, sobanın veya kaloriferin odayı ısıtması konveksiyon yoluyla yayılmaya en güzel örneklerdir.
3. IĢıma Yoluyla Yayılma:
Isının ışık ışınlarıyla taşınmasıdır. Bir madde üzerine düşen ışınları tutarsa ısınır, yansıtırsa az ısınır. Güneşten
Dünyamıza ısı bu yolla ulaşmaktadır. Işıma yoluyla yayılma boşlukta da gerçekleşir. Termosların yapımı ışıma ve iletim yoluyla yayılmaya çok güzel bir örnektir. Termoslar iç içe geçmiş ve arasında durgun hava olan iki kaptan oluşur. Bu durum ısının iletim yoluyla yayılmasını önler. Termosun iç yüzeyi de aynalıdır. Bu da ısının yansıyarak içerde kalmasını sağlar. Yani ışıma yoluyla yayılmasını önler.
Uygulamalar
3.Hissedilen Sıcaklık ile Gerçek Sıcaklık Arasındaki Fark Nedir?
4. Küresel ısınma hakkında araştırma yapınız.
ISI ĠLETĠM YOLLARI
Özgür Fizik 7
Isı alan cisimlerin moleküllerinin hareketi artar. Buda moleküller arası uzaklığın artmasına neden olur.
Bunun sonucunda da cismin hacmi artar yani genleşir.
KATILARDA GENLEŞME
A-BOYCA UZAMA :
B- YÜZEYCE GENLEŞME :
C-HACİMCE GENLEŞME :
METAL ÇİFTİ:
Metal çiftleri, boyları eşit ve genleşme katsayıları farklı iki metal çubuğun birbirine perçinlenmesiyle elde edilir. Farklı genleşmeden dolayı günlük hayatımızda metal termometreler, ütülerde ,elektrikli sobalarda ve yangın alarmlarında kullanılır.
Uygulamalar
GENLEŞME
Özgür Fizik 8
Özgür Fizik 9
SIVILARDA GENLEġME:Sıvılar içinde bulundukları kabın seklini alır. Isıtılan bir sıvı, hacimce genleşir. İçi su dolu bir kap ısıtıldığında sıvının tasması, genleştiğini gösterir. Burada sıvı genleşirken kapta genleşir. Fakat sıvıların genleşme katsayısı katılarınkinden büyük olduğu için sıvı, kaptan daha fazla genleşir ve tasma olur. Eğer kap ile sıvı eşit miktar genleşse idi sıvı taşmazdı.
Uygulamalar
GAZLARDA GENLEŞME:Bir çocuk balonuna farklı gazlar doldurulup ısıtılınca, hacimlerinin aynı sıcaklık değişiminde eşit arttığı ya da azaldığı görülür. Bu da gazların hacimce genleşme ve büzülmelerinin aynı olduğunu göstermiştir.Genleşme gazlar için ayırt edici değildir.
