Sıcaklıkla hal değişimi arasındaki ilişki nedir?

'Frmartuklu Soru-Cevap Bölümü' forumunda Kayıtsız Üye tarafından 14 Nisan 2011 tarihinde açılan konu

  1. Sponsorlu Bağlantılar
    Sıcaklıkla hal değişimi arasındaki ilişki nedir? konusu Sıcaklıkla hal değişimi arasındaki ilişki nedir?
     
  2. SeLeN

    SeLeN Site Yetkilisi Editör

    Sıcaklık maddenin bir molekülünün ortalama kinetik enerjisidir. Isı maddenin molekülleri arasındaki toplam enerjidir.Katı bir maddenin molekülleri sürekli titreşim hareketi yapar. Sıcaklık artarsa moleküllerin hızları artar.

    Q: verilen veya alınan ısı enerjisi miktarı

    m: kütle

    c: özısı

    Δt: sıcaklık farkı
    Q=m.c.Δt


    Katı maddede moleküller birbirinden bağımsız hareket edecek kadar enerjik değildir. Sıvı maddenin molekülleri birbirine bağlı değildir. Katıya nazaran moleküller daha enerjiktir. Moleküller açık hava basıncını geçip havaya karışamaz. Gaz moleküleri kapalı kabın içinde serbestçe hareket edebilir. Moleküller çekim gücünü yenebilecek kadar enerjiktir. Sıcaklık ölçmek için termometre kullanılır. Termometre içinde sıvı olan ince cam bir borudur. Sıvıların genleşmesi ilkesine göre çalışır. Bir maddeye ısı enerjisi verdiğimizde sıcaklığı artar. Sıcaklık artışı maddenin cinsine, kütlesine, ve verilen ısı miktarına bağlıdır.




    5 kg aliminyumun sıcaklığı -10 C tır. Sıcaklığını 90 C a çıkarmak için kaç cal ısı enerjisi verilmelidir? (aliminyumun özısısı : c=0,2 cal/gC )
    200 g kütleli ve sıcaklığı 70 C olan sudan 10 kcal ısı enerjisi alınırsa, son sıcaklığı kaç C olur? (suyun özısısı 1 cal/gC)


    İki madde birbiri ile temas halinde olursa sıcak olan maddeden soğuk olan maddeye ısı enerjisi gönderilir.

    Maddelerin sıcaklıkları eşit ise ısı transferi olmaz.


    Bir maddenin sıcaklığını 1 C arttırmak için gereken ısı enerjisi.

    C=m.c

    Isı sığası büyük olan maddeyi ısıtmak veya soğutmak zordur.
     
  3. SeLeN

    SeLeN Site Yetkilisi Editör

    Hal Değiştirme


    Bir maddenin katı, sıvı ve gaz halleri arasında geçişler yapmasına hal değiştirme denir.
    [​IMG]
    Erime: Bir maddenin katı halden sıvı hale geçmesine erime, erimenin meydana geldiği sıcaklığa erime sıcaklığı denir.

    Donma: Bir maddenin sıvı halden katı hale geçmesine donma, donmanın meydana geldiği sıcaklığa donma sıcaklığı denir.

    Kaynama: Bir maddenin sıvı halden gaz hale geçmesine kaynama, kaynamanın meydana geldiği sıcaklığa kaynama sıcaklığı denir. Kaynama ile buharlaşma aynı şey değildir. Buharlaşma her sıcaklıkta olurken kaynama belirli bir sıcaklıkta olur. Kaynama buharlaşmanın en yoğun olduğu andır.

    Yoğunlaşma: Bir maddenin gaz halden sıvı hale geçmesine yoğunlaşma, yoğunlaşmanın meydana geldiği sıcaklığa yoğunlaşma sıcaklığı denir.

    Süblimleşme: bir katının sıvı hale geçmeden gaz hale geçmesine süblimleşme denir. Naftalin ve tuvaletlerde kullanılan katı koku gidericiler buna örnektir.
    Hal değiştirme ısısı:: 1gram maddeyi bir halden başka bir hale geçirmek için ona verilmesi veya ondan alınması gereken ısıdır.

    Eğer madde eriyorsa erime ısısı(Le), kaynıyorsa kaynama ısısı(Lk) adını alır.

    Özısı(c): 1 maddenin 1gramının sıcaklığını 1°C değiştirmek için ona verilmesi veya ondan alınması gereken ısıdır.

    Hal değişimi sırasında erime ve kaynama noktalarında bir süre sıcaklık değişmez alınan ısı moleküllerin arasındaki bağları çözmek için harcanır. Bu noktalarda harcanan enerji aşağıdaki gibi hesaplanır.

    Q = m.L

    Q = ısı
    m = kütle
    L = Bu harlaşma yada erime erime ısı.

    Hal değişiminde yukarıda anlatılan süre dışında harcanan ısı enerjisi miktarı aşağıdaki formül ile hesaplanır.
    Q=m.c.Δt

    Q = ısı
    m = kütle
    c = öz ısı
    Δt= sıcaklık değişimi ​
    [​IMG]
    Hal Değiştirme İle İlgili Özellikler:

    1. Hal değiştirme süresince sıcaklık sabit kalır.

    2. Bir madde için ;
    erime sıcaklığı=donma sıcaklığı
    kaynama sıcaklığı=yoğunlaşma sıcaklığı
    erime ısısı=donma ısısı
    kaynama ısısı=yoğunlaşma ısısı’dır.

    3. Her maddenin belirli bir basınç altında belirli bir erime noktası vardır. Erime sırasında hacmi artan maddeler de donma noktası basıncın artmasıyla artar. Erime sırasında hacmi azalan maddelerin donma noktası basıncın artmasıyla azalır, yani daha düşük sıcaklıklarda donar. Buzun üzerine basıldığında 0°C den daha düşük sıcaklıklarda da erimesi buna örnektir.

    4. Her sıvının belirli bir basınç altında belirli bir kaynama noktası vardır. Basınç azaldıkça kaynama noktası düşer. Çünkü kaynama buhar basıncı ile dış ortam basıncın eşitlendiği anda başlar. Yükseklere çıkıldıkça atmosfer basıncı azaldığından kaynama noktası düşer.

    5. Isı çoğaldıkça buharlaşma kolaylaşır.

    6. Hava akımı buharlaşmayı kolaylaştırır.

    7. Sıvı yüzeyi genişledikçe buharlaşma kolaylaşır.

    8. Basınç azaldıkça buharlaşma kolaylaşır.

    9. Erime, donma, kaynama, yoğunlaşma sıcaklıkları, özısı, hal değiştirme ısıları maddenin ayırt edici özelliklerindendir.​

     
  4. SeLeN

    SeLeN Site Yetkilisi Editör

    Isınan Maddelerde Genleşme

    Genleşme genişleme anlamından gelir. Sıcaklığı artırılan bir cismin uzunluk ya da hacminin değişmesi olayıdır. Katıları, sıvıları ya da gazları oluşturan
    tanecikler, ortalama konumları çevresinde sürekli çalkalanma halindedirler. Bu cisimlerden birine ısı biçiminde enerji verilirse, bu enerji kinetik enerji ye dönüşür; dolayısıyla, kinetik enerjisi artan tanecikler daha şiddetle çalkalanır ve daha geniş alana yayılmaya çalışırlar; yani sıcaklığı yükselen cisim (katı,sıvı, gaz) aynı zamanda genleşir.

    KATILARDA GENLEŞME

    Dışarıdan ısı alan maddenin taneciklerinin kinetik enerjisi, dolayısıyla taneciklerin titreşim hızı artar. Tanecikler birbirinden uzaklaşmaya başlar. Bu olay genleşme adı ile anılır. Tersine olarak madde dışarıya ısı verdiğinde (madde soğutulduğunda) maddenin taneciklerinin kinetik enerjisi, dolayısıyla taneciklerin titreşim hızı azalır ve maddenin hacmi küçülür.

    Maddelerin genleşmesi ya da tersine büzülmesi sırasında büyük kuvvetlerin ortaya çıkması, tren raylarında, köprü gibi yapılarda hasarlara neden olmaktadır. Bu yüzden tren yaylarının eklenti yerlerinde boşluklar bırakılır, köprüler demir makaralar üzerine oturtulur. Çevremizdeki bu tür yapıları gözlemleyerek genleşme ile ilgili bir çok örnekler bulabiliriz.
    BOYCA UZAMA Bir metal çubuğun ısıtılmadan önceki ilk boyu, l0 olsun. Bu metal çubuğu ısıttığımızda boyu uzayarak son boyu l olur. Boyca uzama miktarı (Δl);

    ΔL =l-l0 = L0.λ.Δt bağıntısıyla bulunur.

    Burada, l0 :Metalin ilk boyu.
    λ:Metalin boyca genleşme katsayısı.
    Δt = tson-tilk:Metalin ısıtılmadan önceki sıcaklığı ile ısıtıldıktan sonraki sıcaklığının farkıdır.

    YÜZEYCE GENLEŞME Bir metal levhanın ısıtılmadan önceki ilk yüzeyi S0 olsun. Bu metal levhayı ısıttığımızda, yüzey artarak son yüzeyi S olur.

    ΔS = S-S0.2 λ.Δt bağıntısıyla hesap edilir.

    Burada;
    S0:Metalin ilk yüzü.
    2λ:Yüzeyce genleşme katsayısı (Boyca genleşmenin iki katıdır.)
    Δt = tson-tilk : sıcaklık farkıdır

    HACİMCE GENLEŞME Metal bir kürenin ısıtılmadan önceki ilk hacmi V0 olsun.Bu metal küreyi ısıttığımızda son hacmi V olur. Hacimce genleşme miktarı ΔV,

    ΔV = V-V0 =V0.3λ.Δt bağıntısıyla hesap edilir.Burada;
    V0:Metal kürenin ilk hacmi.
    3λ:Hacimce genleşme katsayısı (Dikkat edilirse boyca genleşme katsayısının üç katıdır.)
    Δt = tson-tilk : Sıcaklık farkıdır.


    SIVILARDA GENLEŞME

    Katı maddelerin genleşmelerini gördük, benim aklıma şu soru geldi, peki sıvı maddelerde de genleşme olur mu? Tabi ki olur şimdi birlikte bu konuyu işleyelim. Öncelikle şu sorulara cevap bulmaya çalışalım.

    Ağzına kadar dolu bir çaydanlık ısıtıldıkça neden taşar?

    Termometrelerde cıva veya alkol seviyesi sıcaklık değişmelerinde neden yükselip alçalır?

    Bu ve bunun gibi sorulara, bilimsel alarak daha iyi cevaplar verebilmemiz için, sıvıların davranışlarını incelememiz gerekir. Ama bir sorunumuz var. Sıvıların ısıtılmadaki davranışlarını, katılarda olduğu gibi inceleyemeyiz. Çünkü, sıvıları katılar gibi şekillendirmek, örneğin boru haline getirmek imkansızdır. Bu yüzden, sıvıların, bir kap içinde incelenmeleri gerekir.

    Sıvıların genleşmesinden sıvılı termometrelerde, sıcak su kazanlarında, termosifonlarda ve kalorifer sistemlerinde yararlanılır. Sıvıların genleşme miktarı aşağıdaki bağıntı ile hesaplanır.

    ΔV = V. a. Δt

    Bağıntıda ΔV sıvının hacimce genleşme miktarı, V sıvının ilk hacmi, a sıvının hacimce genleşme katsayısıdır.


    GAZLARDA GENLEŞME

    Şimdi de gazların ısı etkisiyle genleşmelerini ele alalım. Şu soruları cevaplamaya çalışalım. Soba üzerinde tutulan şişirilmiş bir balon niçin büyür ve hatta patlar? 1783 yılında Montgolfier kardeşler, balonlarını uçurabilmek için, balonun açık alt kısmında ateş yakmışlardır. Niçin? Bu sorulara bulacağımız cevaplar bize, gazlarda da hacmin, katı ve sıvılarda olduğu gibi sıcaklıkla arttığı kanısını vermekte.
    Sıcaklıkla genleşme, gazdan gaza değişmemektedir.

    METAL ÇİFTİ

    Farklı metallerden yapılmış eşit uzunluktaki iki çubuk bir birine perçinlenerek metal çifti yapılabilir. Bu iki çubuk, perçinli oldukları için ısıtıldıklarında bağımsız olarak hareket edemezler. Fakat uzama katsayıları bir birinden farklı oldukları için biri diğeri üzerine bükülür.

    Metal çiftlerinin birçok kullanım alanları vardır. Bunların en önemlisi elektrik termostatlarıdır. Termostat sıcaklığı kontrol altına alarak sabit bir değerde tutmaya yarayan bir alettir. Elektrikli şofben, elektrikli ütü, evlerdeki radyatör türü ısıtıcılar termostatlı aletlerdir.

    Bu aletlerde sıcaklık arttığında metal çifti bükülür ve devreyi keser. Bir süre soğuyunca metal çifti soğuyarak eski durumuna gelir ve devreyi tamamlar. Isıtıcı çalışmaya başlar. Böylece aletin sabit sıcaklıkta çalışması sağlanır.

    Yangın alarmlarında sıcaklık arttığında metal çifti yukarı bükülerek elektrik devresini kapatır ve zil çalar. Aynı zamanda metal termometrelerde ve flaşörlerde metal çiftleri kullanılarak yapılan araçlardır.
     

Bu Sayfayı Paylaş