Isı, Isı ve Sıcaklık,Isı Alış-Verişi

Suskun

V.I.P

V.I.P

• 17 Arl 2009

• #1

Isı
Sıcaklık
Isı ve Sıcaklık
Isı Kavramının Tarihçesi

Isı ve Sıcaklık Nedir

ISI : Bir madde moleküllerinin sahip olduğu potansiyel enerjileri ile kinetik enerjilerinin toplamıdır.
Isı bir enerjidir.

SICAKLIK : Bir maddenin moleküllerinin ortalama kinetik enerjisidir. Enerji değildir. aralarındaki farklar aşağıdaki gibidir.

ISI
Enerjidir. Kalorimetre kabıyla ölçülür. Birimi Cal, Joule'dur.
SICAKLIK Enerji değildir. Termometre ile ölçülür. Birimi, 0C,0K veya 0F'dır.

Termometre çeşitleri ve Özellikleri:

Celcius(0C) Fahrenheit(0F) Kelvin(0K)
Suyun Donma Noktası 0 32 273
Suyun Kaynama Noktası 100 212 373


Isı ile sıcaklık arasında doğru orantı şeklinde bir ilişki vardır. Yani; madde ısı alıyorsa sıcaklığı artıyor, ısı veriyorsa sıcaklığı azalıyor demektir. Maddenin ısı ile sıcaklık değişimi arasında ;

Q=mcΔtbağıntısı vardır. Bağıntıda m maddenin kütlesini gr veya kg cinsinden, c maddenin özısısını, Q ısıyı cal veya Joule cinsinden ve ∆t ise sıcaklık farkını 0C cinsinden belirtir.

Peki Özısı(c) nedir? Maddenin birim kütlesinin (örneğin 1 gr.) sıcaklığını 1°C değiştirmek için maddeye verilmesi veya maddeden alınması gereken ısı miktarıdır. Maddelerin ayırdedici özelliğidir. Biri sıcak diğeri soğuk olan iki maddeyi yanyana, kapalı bir ortamda koyarsak, aralarında ısı alışverişi gerçekleşir. Bu olaya ısı alışverişi adı verilir. Sıcak bir fincan sütü, soğuk bir bardağa boşaltırsak, süt bir miktar ısı kaybederken, bu ısıyı bardağa iletir ve bardak ısınır. Bardağın ısısı ve sütün ısısı eşitlenince ısı alışverişi durur. Bu söylediklerimizi formülize edersek; Alınan ısı=Verilen ısı QALINAN=QVERİLEN m1c1(t1-t0)=m2c2(t0-t2) Denklemde t1 sütün ilk sıcaklığını, t2 bardağın sıcaklığını ve t0 denge sıcaklığını göstermektedir.

HAL DEĞİŞTİRME: Maddeler üç halde bulunabilirler. Katı, sıvı, gaz. Maddelerin bir halden diğerine geçmesine hal değiştirme denir.

Erime: Bir katının sıvı hale geçmesine denir. Erimenin meydana geldiği sıcaklığa erime sıcaklığı denir. Erime sıcaklığı ayırdedici bir özelliktir. Donma: Sıvı bir maddenin katı hale geçmesine denir. Donmanın meydana geldiği sıcaklığa donma sıcaklığı denir. Donma sıcaklığı ayırdedici bir özelliktir.
Kaynama: Bir sıvının gaz hale geçmesine denir. Kaynamanın meydana geldiği sıcaklığa kaynama sıcaklığı denir. Kaynama sıcaklığı ayırdedici bir özelliktir. Sürekli birbirine karıştırılan kaynama ile buharlaşma aynı şey değildir. Buharlaşma her sıcaklıkta gerçekleşir. Kaynama ise her sıcaklıkta gerçekleşmez.
Yoğunlaşma: Bir gazın sıvı hale geçmesine denir. Yoğunlaşmanın meydana geldiği sıcaklığa yoğunlaşma sıcaklığı denir.
Süblimleşme: Bir katının sıvı hale geçmeden gaz hale geçmesine denir. Naftalin buna örnektir. Haldeğiştirmede bilmemiz gereken en önemli özellik, madde hal değiştirirken sıcaklığının değişmemesidir. Maddenin sıcaklığı ancak maddenin tamamı hal değiştiğinde değişir. Örneğin bir parça buz, erimeye başladığında, oluşan suyun sıcaklığı buzun tamamı eriyinceye kadar 0 0C'dir.

Bir maddenin erime sıcaklığı( veya ısısı) ile donma sıcaklığı( veya ısısı); kaynama sıcaklığı(veya ısısı) ile yoğunlaşma sıcaklığı(veya ısısı) birbirine eşittir. Bu da Q=mL ile verilir.

 

Suskun

V.I.P

V.I.P

• 17 Arl 2009

• #2

Isı Alış-Verişi

Sıcaklıkları farklı iki cisim birbiriyle temas ettiğinde, ısı alışverişinde bulunurlar. Örneğin sıcak bir cismi soğuk suya atarsanız; cisim soğurken, su biraz ısınır. Isı enerjisi sıcak cisimden soğuk cisme akmıştır. Isı alışverişi cisimler aynı sıcaklığa gelince biter. Bu sıcaklığa denge sıcaklığı denir. Isıca yalıtılmış bir ortamda Sıcak cismin verdiği ısı enerjisi soğuk cismin aldığı ısı enerjisine eşit olmalıdır. Bu ilkeyle denge sıcaklığı hesaplanabilir. Örneğin 70 0C sıcaklıktaki suya 30 0C sıcaklıkta bir metal atılırsa, ıcak su soğuk metali biraz ısıtırken kendisi soğur ve arada bir sıcaklıkta buluşurlar. Yani su ve metalin son sıcaklıkları 30 ve 70 0C arasında olur. Peki tam olarak kaç derece olur? Bunun hesaplanabilmesi için, suyun verdiği ısı metalin aldığı ısıya eşitlenir.

Qalınan = Qverilen

Alınan enerji Q1 = m.c.Dt = m1.c1.(t-t1) Verilen enerji: Q2 = m.c.Dt = m2.c2.(t2 - t)
Bu ısılar birbirine eşitlendiğinde, t değeri yani son sıcaklık bulunur.

m1.c1.(t-t1) = m2.c2.(t2 - t)

Bu denklemdeki m.c değeri o maddenin ısı sığasını gösterir. Isı sığası C harfi ile gösterilir. birimi cal/0C tır. Isı sığasının tanımı: bir maddenin sıcaklığını 1 0C arttırmak için gereken ısı enerjisidir. Maddenin 1 gramının değil, tamamının sıcaklığını 1 0C arttırmak için gereken ısı. Bu tanımdan ısı sığası formülünün C=m.c olacağı bulunur. c, özısı; m: kütledir. O halde yukarıdaki formülü ısı sığası (C) ile yeniden yazarsak;

C1.(t-t1) = C2.(t2 - t)

Yandaki animasyonda sıcaklıkları 100 ve 40 santigrad olan iki cisim görülüyor. Animasyonu başlattığınızda, sıcak cisim ile soğuk cisim birbirine yaklaşacak ve birbirine temas edecek. Temas halinde sıcak cisim soğurken soğuk cisim ısınır. Yani ısı sıcak cisimden sopuk cisme geçer. Sonunda iki cisim ortak bir sıcaklıkta buluşurlar. Bu sıcaklığa denge sıcaklığı denir. Bir kere sıcaklıklar eşitlenirse, artık ısı transferi olmaz. Yani ısı alışverişi bitmiştir.
Animasyonada 100 ve 40 santigrad sıcaklıktaki cisimlerin denge sıcaklığı 70 çıkıyor. Demekki bu cisimlerin ısı sığaları eşit. Çünkü 100 ile 40 ın tam ortası 70 dir. Isı sığası büyük olanın sıcaklığı daha az değişir ve denge sıcaklığı onun ilk sıcaklığına yakın olur.


Yandaki animasyonda sıcaklıkları 100 ve 40 santigrad olan iki cisim görülüyor. Bu kez kırmızı cismin ısı sığası diğerininkinin iki katı.Bu durumda ısı sığası büyük olan iki kat yavaş sıcaklığını değiştirecek. Mesela kırmızının sıcaklığı 5 derece azalmıışsa, Mavininki 10 derece artacak.
Denge sıcaklığı kırmızınınkine iki kat yakın olacak.
Kırmızının sısı sığası: 2C ise mavininki C dir. O halde ısı alışverişi yapan özdeş üç cisim var gibi düşünebiliriz. Yani 2 tane kırmızı (100 derece) 1 tane mavi (40 derece). Bu üç özdeş cismin ortak sıcaklığı sıcaklıklarının aritmetik ortalaması olur. Yani 100 , 100, 40 sayılarının ortalamsı 80 dir. Denge sıcaklığı 80 santigrad.

 

Suskun

V.I.P

V.I.P

• 17 Arl 2009

• #3

Isı Kavramının Tarihçesi
Bilim adamları ısıyı uzun süre yalnızca bir kavram olarak kullandılar. 18. yüzyılda bile hâlâ ısının "akışkan bir madde" olduğunu düşünüyor ve bir cisimde bu akışkandan ne kadar çok bulunursa cismin o kadar sıcak olacağına inanıyorlardı. Kont Rumford adıyla tanınan İngiliz subay ve fizikç Sir Benjamin Thompson Almanya'daki Bavyera prensinin hizmetinde çalışırken, 1798'e doğru çok önemli bir sonuca vardı. Münih'te Bavyera ordusu çin yapılan pirinç topların matkapla delinmesi sırasında büyük miktarda "ısı" açığa çıktığını fark etmişti. Eğer ısı sanıldığı gibi cismin çindeki bir akışkan olsaydı bir an gelip tükenmesi gerekirdi; oysa matkap ucu sürtündükçe bu metal alaşım soğuyacağına giderek ısınıyordu. Rumford bu olayı araştırmak üzere delme işlemini su dolu bir kabın içinde yaptı ve matkap bir süre çalıştıktan sonra suyun kaynadığını gördü. Bu "ısı"yı yaratacak bir ateş ya da alev olmadığına göre, matkap ucunun pirince sürtünmesiyle sürekli olarak ısı üretebildiğini, dolayısıyla ısının bir madde olamayacağını öne sürdü. Bir metali matkapla delerken bu sürtünmenin etkisiyle matkap ucunun ısındığını, hatta daha basit yoldan ellerinizi birbirine sürttüğünüzde ellerinizin ısındığını hissedebilirsiniz (bak. SÜRTÜNME). Rumford'un ısı konusundaki bu görüşlerine o zamanlar kimse inanmadı ve yapılan iş miktarı ile oluşan "ısı" miktarı arasında sıkı bir bağlantı olduğunu kanıtlama onuru İngiliz fizikçi James Prescott Joule'e kaldı (bak. Joule, James Prescott). Joule, Manchester yakınlarındaki laboratuvarında 1843'te yaptığı deneylerle, belirli miktardaki suyu ısıtmak için gereken iş miktarını ölçtü. Suyu ısıtmak için başvurduğu iki yöntemden biri, bir dinamoyla ürettiği elektrik akımını suya daldırdığı bir tel bobinden geçirmekti. Böylece günümüzde kullanılanlara benzeyen bu tip su ısıtıcılarının ilk örneğini yapmış oldu. Sonra sudaki sıcaklık artışını termometreyle ölçerek bulduğu ısı miktarını dinamoyu döndürmek için kullanılan iş miktarıyla karşılaştırdı. Uyguladığı ikinci yöntemde ise, suyu dönen bir su çarkıyla karıştırarak ısıttı ve gene yapılan mekanik iş miktarı ile bu işin suya kazandırdığı ısı miktarını karşılaştırdı. Sonuçta, belirli miktardaki işin her zaman aynı miktarda ısı oluşturduğunu buldu ve aralarındaki oranı belirledi. Bu oran ya da bağıntı "ısının mekanik eşdeğeri" olarak bilinir. Böylece, Joule' ün çalışmalarıyla ısının bir enerji biçimi olduğu bütün bilim adamlarınca kabul edildi. Isı enerjisi bir iş yapmak için kullanılabilir ya da öbür enerji biçimleri yapılan iş aracılığıyla ısı enerjisine dönüştürülebilir; her iki durumda da sonuçtaki toplam enerji miktarı başlangıçtakiyle aynıdır. Bu durum, ENERJİ maddesinde açıklandığı gibi bilimin temel kavramlardan biri olan "enerjinin korunumu" ilkesine uygundur. Enerji ya da iş ölçü birimine "joule" adı James Joule'ün onuruna verilmiştir.