ISI VE SICAKLIK
Arkadaşlar, ısı ve sıcaklık konusu fizik ve kimyanın ortak konusudur. Fizik dersinde biraz daha detaylıca göreceğiniz bir konudur.
Önce, ısı ve sıcaklığın tanımları ile başlayalım:
Isı (Q):
Tanımı: Sıcaklık farkı ile aktarılan enerjidir. Arkadaşlar ısı bir çeşit enerjidir. Hani şu madde olmayan; kütlesi, hacmi ve tanecikli yapısı olmayan şeydir.
Nasıl Ölçülür: Arkadaşlar, ısıyı doğrudan ölçebilecek ve sonucu da ekranında bize gösterebilecek bir cihaz yoktur. Isıyı ölçmek için kalorimetre kabı kullanılır ama kalorimetre kabı da bize ısıyı hesaplamak için gerekli verileri sunar. Sonuçta formül kullanarak ısıyı yine biz hesaplarız. Formülleri ise şunlardı:
Q=m.c.Δt
Q=m.L
Şekli biraz karışık gibi görünebilir ama bunu sorun etmeyin. Çünkü biz kabın kendisi ile ilgilenmeyeceğiz. Daha çok, termometredeki artış ya da azalma ile ilgileneceğiz. Bir kalorimetre kabı kabaca şöyledir:
 |
| Kalorimetre Kabı |
Birimi: Kalori (cal ve kal diye kısaltılır) veya Joule (J)'dür.
Sembolü: Q harfidir.
Tanımı: Maddelerin, moleküllerinin ortamala kinetik enerjilerinin bir ölçüsüdür. Yani, bir maddenin meleküllerinin hareket hızı arttıkça o maddenin sıcaklığı da artar.
Sembolü: Q harfidir.
Sıcaklık (T veya t):
 |
| Bir Gazın Tanecikleri (Molekülleri-Atomları) Devamlı Hareket Halindedir. Sıcaklık Arttıkça Hızları da Artar. Kaynak: Greg L from en.wikipedia.org |
Nasıl Ölçülür: Sıcaklık termometre ile ölçülür.
Birimi: Kelvin (K), Santigrad Derece (0C), Römür (R), Fahrenheit (F)
Sembolü: T harfi Kelvin cinsinden sıcaklık, t harfi de derece cinsinden sıcaklığın sembolüdür.
Isı ve sıcaklık çok karışıtırabiliyor. Aşağıdaki cümlelere dikkat ediniz:
DİKKAT: Isı alan bir maddenin ya sıcaklığı artar ya da hal değiştirir (erir ya da kaynar).
DİKKAT: Bir madde soğutulursa; ısı verir, ısısı azalır.
DİKKAT: Isı veren bir maddenin ya sıcaklığı düşer ya da hal değiştirir (donar ya da yoğunlaşır).
DİKKAT: Bir maddenin, sıcaklığı artarsa ortalama kinetik enerjisi de artar, sıcaklığı azalırsa ortalama kinetik enerjisi de azalır. (Sıcaklık nereye, ortalama kinetik enerji oraya...)
Birimi: Kelvin (K), Santigrad Derece (0C), Römür (R), Fahrenheit (F)
Sembolü: T harfi Kelvin cinsinden sıcaklık, t harfi de derece cinsinden sıcaklığın sembolüdür.
Isı ve sıcaklık çok karışıtırabiliyor. Aşağıdaki cümlelere dikkat ediniz:
- Yanlış: Suyun ısısı 30 derecedir. (ısının birimi derece değildir)
- Yanlış: Hava sıcaklığı, 10 kaloridir. (sıcaklığın birimi kalori değildir.)
DİKKAT: Isı alan bir maddenin ya sıcaklığı artar ya da hal değiştirir (erir ya da kaynar).
DİKKAT: Bir madde soğutulursa; ısı verir, ısısı azalır.
DİKKAT: Isı veren bir maddenin ya sıcaklığı düşer ya da hal değiştirir (donar ya da yoğunlaşır).
DİKKAT: Bir maddenin, sıcaklığı artarsa ortalama kinetik enerjisi de artar, sıcaklığı azalırsa ortalama kinetik enerjisi de azalır. (Sıcaklık nereye, ortalama kinetik enerji oraya...)
Isı Hesapları
Arkadaşlar, yukarıda belirttiğimiz iki ısı formülü bütün sorularda işimizi görecektir. Bu formülleri yakından bir daha görelim:
1) Q=m.c.Δt
1) Q=m.c.Δt
- m : maddenin kütlesidir (g veya kg olarak alınır)
- c : maddenin özısısı veya ısınma ısısı (her maddenin özısısı farklıdır ve sabittir, sorunun sonunda verilir.) Tanımı şöyledir: Bir maddenin 1 gramının sıcaklığını 1 derece arttırmak için verilmesi gereken ısıdır.
- Δt : sıcaklık farkıdır, maddenin sıcaklığındaki değişimdir.
- Q : Maddenin aldığı veya verdiği ısıdır.
Arkadaşım burda birimler önemldir. Isıyı kalori mi bulacaz joule mü bulacaz, kütleyi gram mı alacaz kilgram mı alacaz bütün bunlara dikkat etmemiz çok önemlidir. Ama şükür ki, özısının birimi bütün sorunumuzu halledecektir. Özısının birimide kütle ve enerjinin birimi de vardır, uyanık olup oraya bakacaz.
Dikkat: Bu ısı formülü, maddenin sıcaklığı değişiyorsa (Δt varsa) kullanılır.
Örnek:
10 gram suyun sıcaklığını 30 0C arttırmak için bu suya verilmesi gereken ısı kaç kaloridir? (csu=1 kal/g.0C)
Çözüm:
Arkadaşlar özısının birimine bakarsak, orada kütleyi gram almamız gerektiğini, ısıyı da kalori olarak bulacağımızı anlarız. Zaten soruda da kütle gram verilmiş, ısı kalori olarak sorulmaktadır.
Şimdi yapmamız gereken, verilenleri formülde yerine koymaktan ibarettir:
Q=m.c.Δt
Q=10.1.30=300 cal
Şimdi yapmamız gereken, verilenleri formülde yerine koymaktan ibarettir:
Q=m.c.Δt
Q=10.1.30=300 cal
2) Q=m.L
- m : maddenin kütlesidir (gram ve kilogram alınır)
- L : maddenin erime ya da buharlaşma ısısıdır. Her madde için farklı ve sabit bir değer alır. Sorunun sonunda verilir.
DİKKAT: Arkadaşlar, bu formül, madde hal değiştirirken aldığı ya da verdiği ısıyı hesaplamak için kullanılr.
Katı bir madde erirken ısı alır ve aldığı ısı miktarı:
Q=m.Le
Q=m.Le
formülü ile hesaplanır. Bu formülde Le, erime ısısıdır.
Le : Erime sıcaklığındaki bir katının, 1 gramının tamamen erimesi için o maddeye verilen ısıdır.
Le : Erime sıcaklığındaki bir katının, 1 gramının tamamen erimesi için o maddeye verilen ısıdır.
Sıvı bir madde donarken ısı verir ve verdiği ısı miktarı yine:
Q=m.Le
formülü ile hesaplanır.
Sıvı bir madde kaynarken ısı alır ve aldığı ısı miktarı:
Q=m.Lb
formülü ile hesaplanır. Bur formüldeki Lb, buharlaşma ısısıdır.
Lb : Kaynama sıcaklığındaki bir sıvının, 1 gramının tamamen kaynaması için o maddeye verilen ısıdır.
Molar buharlaşma ısısı=Lb.MA
formülü ile hesaplanır.
Sıvı bir madde kaynarken ısı alır ve aldığı ısı miktarı:
Lb : Kaynama sıcaklığındaki bir sıvının, 1 gramının tamamen kaynaması için o maddeye verilen ısıdır.
Gaz halindeki bir madde yoğunlaşırken ısı verir ve verdiği ısı miktarı yine:
Q=m.Lb
formülü ile hesaplanır.
formülü ile hesaplanır.
- Arkadaşlar erime ve buharlaşma ısıs, maddenin molekül ağırlığı (MA) ile çarpılırsa molar erime ısısı ve molar buharlaşma ısısı adını alır.
Molar buharlaşma ısısı=Lb.MA
- Bir maddenin özısısı (c) ile kütlesi (m) çarpılırsa, o maddenin ısı kapasitesi ya da ısı sığası bulunur.
Isı sığası=m.c
yani
Qalınan = Qverilen
eşitliği vardır.
Arkadaşlar, şimdi konuyu toparlayalım ve bir madde katı iken gaz haline kadar ısıtılsın. Bu esnada bu maddenin aldığı ısıyı, nasıl hesaplarız, bunu bir grafik üzerinde gösterelim:
Arkadaşlar, bu formülleri ve kuralları kavradığımızda, soruların hiç de zor olmadığını göreceğiz.
Örnek:
24 gram saf buzun, standart koşullarda, -10 dereceden 60 dereceye getirilimesi için verilmesi gereken ısı toplam kaç kaloridir. (cbuz=0,5 kal/g.0C, csu=1 kal/g.0C, cbuhar=0,5 kal/g.0C, Le=80 kal/g )
Çözüm:
Arkadaşlar, suyun standart koşullarda erime noktası 0 derece, kaynama noktası da 100 derecedir. Bunu soruda vermez, bizim bilmemizi ister.
Önce buz 0 dereceye getirmemiz lazım. -10'dan 0 dereceye gelene kadar suyun sıcaklığı artacağı 10 derece artacağı için alacağı ısı:
Q=m.cbuz.Δt
formülü ile hesaplanır. Buna göre 0 dereceye kadar buzun aldığı ısı:
Q=24.0,5.10
Q=120 kalori olur.
Buz 0 dereceye geldiğinde erimeye başlayacaktır. Erirken aldığı ısı:
Q=m.Le
formülü ile hesaplanır. Buna göre 24 gram buzun erirken aldığı ısı:
Q=24.80
Q=1920 kalori olur.
Artık buz sıvı hale geçmiştir. Sıra 80 dereceye kadar ısıtmaya gelmiştir. Yine sıcaklık artacağı için fomülümüz:
Q=m.csu.Δt
olacaktır. Buna göre 0 derecedeki 24 gram suyun 80 dereceye kada ısınması için gereken ısı:
Q=24.1.60
Q=1440 kalori olur.
Şimdiye kada verdiğimiz ısıları toplarsak:
Qtoplam=120 + 1920 + 1440 = 3480 kalori olur.
Arkadaşlar, bazen de soruda, ısıyı verir özısı veya erime ısısı gibi sabitleri sorar. Böyle sorularda da yine aynı formüllerle, basit bir şekilde verilenleri yerine yazıp, sabitleri hesaplayacağız.
Karışımların Son Sıcaklığı
- Arkadaşlar iki madde birbirine karıştığında, aralarında bir ısı alış-verişinin olması için öncelikle sıcaklıklarının farklı olması gerekir.
- Aynı sıcaklıktaki maddeler karıştırıldığında, bu maddeler arasında ısı alış-verişi olmaz, dolayısıyla da işlem yapacak bir durum olmaz, soru orda biter.
- Farklı sıcaklıklardaki maddeler karıştırıldığında ise, sıcaklığı yüksek olan madde ısı verir, soğur ve sıcaklığı düşer; sıcaklığı düşük madde de verilen o ısıyı alır, ısınır, sıcaklığı yükselir. Sonuçta, sıcaklıkları arada bir yerde buluşur.
- Her ikisi de aynı sıcaklığa geldiğinde, karışımdaki maddeler arasında, ısı alış-verişi durur.
yani
Qalınan = Qverilen
eşitliği vardır.
- İster alınan olsun ister verilen olsun ısıyı yine Q=m.c.Δt veya Q=m.L formülleriyle hesaplıyoruz.
 |
| Katı halde iken özısı Ck, sıvı halde iken Cs ve gaz halde iken Cg olur |
- Bir maddenin katı, sıvı ve gaz hallerinin özısıları (c) farklıdır.
Arkadaşlar, bu formülleri ve kuralları kavradığımızda, soruların hiç de zor olmadığını göreceğiz.
Örnek:
24 gram saf buzun, standart koşullarda, -10 dereceden 60 dereceye getirilimesi için verilmesi gereken ısı toplam kaç kaloridir. (cbuz=0,5 kal/g.0C, csu=1 kal/g.0C, cbuhar=0,5 kal/g.0C, Le=80 kal/g )
Çözüm:
Arkadaşlar, suyun standart koşullarda erime noktası 0 derece, kaynama noktası da 100 derecedir. Bunu soruda vermez, bizim bilmemizi ister.
Önce buz 0 dereceye getirmemiz lazım. -10'dan 0 dereceye gelene kadar suyun sıcaklığı artacağı 10 derece artacağı için alacağı ısı:
Q=m.cbuz.Δt
formülü ile hesaplanır. Buna göre 0 dereceye kadar buzun aldığı ısı:
Q=24.0,5.10
Q=120 kalori olur.
Buz 0 dereceye geldiğinde erimeye başlayacaktır. Erirken aldığı ısı:
Q=m.Le
formülü ile hesaplanır. Buna göre 24 gram buzun erirken aldığı ısı:
Q=24.80
Q=1920 kalori olur.
Artık buz sıvı hale geçmiştir. Sıra 80 dereceye kadar ısıtmaya gelmiştir. Yine sıcaklık artacağı için fomülümüz:
Q=m.csu.Δt
olacaktır. Buna göre 0 derecedeki 24 gram suyun 80 dereceye kada ısınması için gereken ısı:
Q=24.1.60
Q=1440 kalori olur.
Şimdiye kada verdiğimiz ısıları toplarsak:
Qtoplam=120 + 1920 + 1440 = 3480 kalori olur.
Arkadaşlar, bazen de soruda, ısıyı verir özısı veya erime ısısı gibi sabitleri sorar. Böyle sorularda da yine aynı formüllerle, basit bir şekilde verilenleri yerine yazıp, sabitleri hesaplayacağız.
sonraki ders için tıklayınız
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder