Maddenin Isı ile Etkileşimi konusu 8. Sınıf 4. Ünitenin beşinci konusudur.
F.8.4.5. Maddenin Isı ile Etkileşimi
Önerilen Süre: 5 ders saati
Konu / Kavramlar: Isı ve öz ısının bağlı olduğu faktörler
Kazanımlar
F.188.8.131.52. Isınmanın maddenin cinsine, kütlesine ve/veya sıcaklık değişimine bağlı olduğunu deney yaparak keşfeder.
F.184.108.40.206. Hâl değiştirmek için gerekli ısının maddenin cinsi ve kütlesiyle ilişkili olduğunu deney yaparak keşfeder.
F.220.127.116.11. Maddelerin hâl değişimi ve ısınma grafiğini çizerek yorumlar.
F.18.104.22.168. Günlük yaşamda meydana gelen hâl değişimleri ile ısı alışverişini ilişkilendirir.
İçindekiler
Maddenin Isı ile Etkileşimi
Sıcaklık Nedir
• Maddenin içerisindeki taneciklerin ortalama hareket enerjisine sıcaklık denir.
• Sıcaklık enerji değildir, enerjinin göstergesidir.
• Sıcaklık termometre ile ölçülür.
• Sıcaklık birimi °C’dir.
Isı Nedir
• Maddenin taneciklerinin toplam hareket enerjisine ısı denir.
• Başka bir tanım olarak sıcak olan maddeden soğuk olan maddeye aktarılan enerjiye ısı denir.
• Isı bir enerjidir.
• Isı kalorimetre kabı ile ölçülür.
• Isı birimi kalori (cal) veya Joule (J)’dür.
• Bir maddenin ısısı doğrudan ölçülemez.
Öz Isı Nedir
• Bir gram saf maddenin sıcaklığını 1 °C değiştirmek için alınması veya verilmesi için gerekli ısı miktarına öz ısı denir.
• Maddenin tutabileceği ısı miktarıdır. Öz ısı “c” ( küçük c ) sembolü ile gösterilir.
• Öz ısının birimi J/g.°C veya cal/g.°C ‘dir.
Not: Öz ısıya ısınma ısısı da denilmektedir.
Öz Isının Özellikleri
• Öz ısı saf maddeler için ayırt edici özelliktir.
• Saf maddelerin öz ısıları da farklıdır. (Yoğunluk, erime noktası, kaynama noktası, donma noktası da maddenin ayırt edici özellikleridir.)
• Öz ısı maddenin miktarına bağlı olarak değişmez.
• Eşit miktarda farklı cins sıvılara eşit miktarda ısı verildiğinde öz ısısı az olan sıvının sıcaklığı daha fazla artar.
• Eşit miktarda farklı cins sıvıların çevreye verdikleri ısı, öz ısısı fazla olanın daha fazladır.
Not: 1 gram suyun sıcaklığını 1°C artırabilmek için 1 kalori ısı vermek gerekir.
1 cal = 4,18 J dür
A-) Isınmanın Maddenin Cinsine, Kütlesine, Sıcaklık Değişimine Bağlı Değişimi
1. Isı Miktarı ve Kütle Arasındaki İlişki
- Kütle ve ısı doğru orantılıdır.
- Aynı sıcaklıkta, aynı türden yapılmış maddelerin kütlesi arttıkça içerisindeki ısı miktarı da artar.
- Aynı sıcaklıkta bir bardak su ile bir sürahi suyu aynı sıcaklığa çıkarabilmek için, bir sürahi suya daha fazla ısı verilmelidir.
Örneğin, çay yaparken demliğin alt bölümüne az su koyarsanız erken, çok su koyarsanız geç kaynar.
Soru: Sıcaklıkları 70 °C olan, 50 g ve 100 g suya buz parçaları atılmaktadır. Hangi kapta daha fazla buz erir?
Cevap: Madde miktarı (kütlesi) fazla olan suyun içerisinde bulunan ısı miktarı da fazla olacaktır.
Bu nedenle 100 g su daha fazla buz eritir.
Bağımsız değişken: Suyun kütlesi
Bağımlı değişken: Isı Miktarı
Kontrol edilen değişken: Madde cinsi (öz ısı), sıcaklık değişimi
2. Isı Miktarı ve Öz Isı Arasındaki İlişki
- Isı ve öz ısı doğru orantılıdır.
- Kütleleri aynı, öz ısıları farklı maddeleri aynı sıcaklığa getirebilmek için verilmesi geren ısılarda farklı olacaktır.
- Öz ısısı fazla olan maddeye daha fazla ısı verilmesi gerekmektedir.
- Öz ısısı yüksek olan maddelerin çevreye verebilecekleri ısı miktarı da fazla olacaktır.
Soru: 50 g su ve alkolü, 10 °C den 50 °C ye getirebilmek için verilmesi gereken ısı miktarları ne olmalıdır? (csu:4,18 calkol:2,54 )
Cevap: Suyun öz ısısı alkolün öz ısısından fazla olduğu için her iki sıvıyı da aynı sıcaklığa getirebilmek için suya daha fazla ısı vermek gerekir.
Bağımsız değişken: Maddenin cinsi (öz ısı)
Bağımlı değişken: Isı Miktarı
Kontrol edilen değişken: Kütle, sıcaklık değişimi
3. Isı Miktarı ve Sıcaklık Değişimi Arasındaki İlişki
- Bir maddeye ne kadar fazla ısı verilirse sıcaklığı da o kadar artar.
- Madde ne kadar ısı verirse sıcaklığı da o kadar azalır.
Dikkat!: Isı miktarına bakılırken hem ısıtıcı hem de süre değerlendirilmelidir. Yalnızca ısıtıcıya veya yalnızca süreye bakmak hatalı olur.
Soru: Esra çaydanlıkta hızlıca çay yapmak istediğinde ocağın hangi gözüne çaydanlığı koymalıdır?
Cevap: Ocağın büyük gözü daha fazla ısı vereceğinden suyun sıcaklık artışı daha fazla olur.
Bağımsız değişken: Isı Miktarı
Bağımlı değişken: Sıcaklık değişimi
Kontrol edilen değişken: Madde cinsi (öz ısı), kütle
4. Kütle ve Sıcaklık Değişimi Arasındaki İlişki
- Kütle ve sıcaklık değişimi ters orantılıdır.
- Madde cinsi, aldıkları ısı miktarı aynı olmak şartıyla kütlesi az olanın sıcaklığı fazla artacaktır.
Örnek: Özdeş ısıtıcılarla ısıtılan iki beher içerisinde 50 g ve 100 g miktarında su koyalım. Eşit sürede ısıtalım. 50 g suyun sıcaklığı daha fazla artacaktır.
Bağımsız değişken: Kütle
Bağımlı değişken: Sıcaklık Değişimi
Kontrol edilen değişken: Madde cinsi (öz ısı), ısıtılma süresi (verilen ısı)
5. Öz Isı ve Sıcaklık Değişimi Arasındaki İlişki
- Sıcaklık değişimi ile öz ısı (maddenin cinsi) ters orantılıdır.
Örnek: Su ve yağa özdeş ısıtıcılarla eşit süre ısı verildiğinde yağın sıcaklık değişimi daha fazla olacaktır. Yağın öz ısısı 0.47 iken suyun öz ısısı 1 dir. Öz ısısı küçük olanın sıcaklık değişimi fazla olur.
Bağımsız değişken: Madde cinsi (öz ısı)
Bağımlı değişken: Sıcaklık değişimi
Kontrol edilen değişken: Kütle, ısı miktarı
B-) Hâl Değişim Isının Maddenin Cinsi ve Kütlesiyle İlişkisi
- Eşit kütlede olan iki farklı maddeden hal değişim ısısı büyük olan daha geç hal değiştirir.
- Farklı miktarlarda aynı maddenin hal değişimde; miktarı fazla olan geç hal değiştirir.
Maddeler doğada katı, sıvı ve gaz halinde bulunur. Maddenin hallerini moleküller arasındaki çekim kuvveti belirler.
Isı alan bir maddenin molekülleri arasındaki çekim kuvveti zayıflar, moleküller arasındaki mesafe artar.
Katı maddenin tanecikleri arasındaki çekim kuvveti en fazladır.
Gaz maddenin tanecikleri arasındaki çekim kuvveti en azdır.
Katı halde
Maddenin sıcaklığı azdır, taneciklerin titreşim enerjisi de azdır, tanecikler arası çekim kuvveti fazladır.
Sıvı halde
Sıcaklık artmıştır, sıcaklık arttıkça titreşim enerjisi artar, taneciklerin arasındaki çekim kuvveti zayıflar, tanecikler kendi aralarında serbestçe hareket etmeye başlar.
Gaz halde
Sıcaklık daha da artmıştır, titreşim enerjinin çok fazla olmasından dolayı tanecikler artık bir arada duramaz, serbestçe hareket etmeye başlar. Taneciklerin arasındaki çekim kuvveti en azdır.
- Saf maddeler erime, buharlaşma, kaynama ve süblimleşme sırasında ısı alır.
- Saf maddeler donma, yoğuşma ve kırağılaşma sırasında ısı verir.
Hal Değişim Isıları
- Hal değişim ısıları maddenin ayırt edici özelliğinden biridir.
- Hal değişim ısıları L ile gösterilir. Birimi j/g’dır.
1. Erime Isısı
Erime: Maddenin ısı alarak katı halden sıvı hale geçmesine erime denir.
Erime Sıcaklığı: Erimenin başladığı sıcaklıktır.
Erime Isısı
- Erime sıcaklığındaki 1 g maddenin katı halden sıvı hale geçmesi için gereken ısı miktarıdır.
- Erime ısısı Le ile gösterilir. Erime ısısının birimi j/g dır.
- Erime sıcaklığına gelen madde ısı almasına rağmen sıcaklığında bir artış meydana gelmez.
- Alınan ısı hal değişimi için kullanılır.
- Erime ısısı maddenin ayırt edici özelliğidir. Farklı maddelerin erime ısıları da farklıdır.
|Madde
|Erime-Donma Isısı (J/g)
|Kurşun
|22,57 J/g
|Demir
|117,04 J/g
|Bakır
|175,56 J/g
|Alüminyum
|321,02 J/g
|Cıva
|11,28 J/g
|Buz
|334.4 J/g
2. Donma Isısı
Donma: Maddenin ısı vererek sıvı halden katı hale geçmesine denir.
Donma Sıcaklığı: Maddenin katılaşmaya başladığı sıcaklıktır.
Donma Isısı
- Donma sıcaklığındaki 1g saf sıvının katı hale geçmesi için çevreye verdiği ısıdır.
- Donma ısısı Ld ile gösterilir. Birimi j/g dır.
Not: Bir maddenin erime ve donma sıcaklıkları aynıdır.Aynı şekilde bir maddenin erime ve donma ısıları da aynıdır. (Le=Ld)
3. Buharlaşma ısısı
Buharlaşma: Maddenin ısı alarak sıvı halden gaz hale geçmesine denir. Buharlaşma her sıcaklıkta olur.
Kaynama: Sıvının içerisinde gaz kabarcıklarının oluşmasıdır. Kaynama hızlı buharlaşmadır.
Kaynama Sıcaklığı: Sıvının kaynamaya başladığı sıcaklıktır.
Buharlaşma Isısı
- Kaynama sıcaklığındaki 1g sıvıyı gaz haline geçirmek için gerekli ısıdır.
- Buharlaşma ısısı Lb ile gösterilir. Birimi j/g dır.
- Buharlaşma ısısı maddenin ayırt edici özelliğidir. Farklı maddelerin buharlaşma ısıları da farklıdır.
|Madde
|Buharlaşma-Yoğuşma Isısı (J/g)
|Su
|2257
|Alkol
|854,97
|Eter
|296,78
|Aseton
|520,41
4. Yoğuşma Isısı
Yoğuşma: Gaz halindeki bir maddenin çevreye ısı vererek sıvı hale geçmesine denir.
Yoğuşma Sıcaklığı: Yoğuşma olayının başladığı sıcaklıktır.
Yoğuşma Isısı
- Kaynama sıcaklığındaki 1 g gaz halindeki maddenin sıvı hale geçerken verdiği ısıdır.
- Yoğuşma ısısı Ly ile gösterilir. Yoğuşma ısısının birimi j/g dır.
Not: Buharlaşma ısısı yoğuşma ısısına eşittir. (Lb=Ly)
C-) Hal Değişim Grafikleri
-10 °C bulunan buzun ısıtılması ile oluşan sıcaklık- zaman grafiği görülmektedir.
- A-B noktaları arasında buzdur. Alınan ısı buzun sıcaklığını artırır.
- B-C noktaları arasında buz ve su karışımı vardır. Alınan ısı buzun erimesi için kullanılır. Sıcaklık sabittir.
- C-D noktaları arasında sudur. Alınan ısı suyun sıcaklığını artırır.
- D-E noktaları arasında su ve buhar karışımıdır. Alınan ısı suyun buharlaşması için kullanılır. Sıcaklık sabittir
- E-F noktaları arasında buhardır. Alınan ısı buharın sıcaklığını artırmaktadır.
110 °C de bulunan su buharının soğuması ile oluşan sıcaklık-zaman grafiği görülmektedir.
- E-F noktaları arasında buhardır. Buhar ısı kaybederek sıcaklığı azalmaktadır.
- D-E noktaları arasında su ve buhar karışımıdır. Kaybedilen ısı buharın yoğuşmasına neden olur. Sıcaklık sabittir.
- C-D noktaları arasında sudur. Suyun kaybettiği ısı suyun sıcaklığını azaltır.
- B-C noktaları arasında buz ve su karışımı vardır. Su ısı vererek donmaktadır. Sıcaklık sabittir.
- A-B noktaları arasında buzdur. Buzun sıcaklığı giderek azalmaktadır.
D-) Günlük Yaşamda Hal Değişimi ve Isı Alışverişi
1.Günlük Yaşamda Karşılaşılan Erime Olayları
Eriyen maddeler çevrelerinden ısı alırlar.
- Dondurmanın, katı yağ, buz sıcakta erir.
- Metaller fabrikalarda eritilerek kalıplara dökülür.
2. Günlük Yaşamda Karşılaşılan Donma Olayları
Donan maddeler çevreye ısı verirler.
- Buzdolabının buzluğuna bulunan su ısı vererek donar.
- Kışın soğuk havalarda göl, su ve akarsular donar.
- Kışın meyve-sebze hallerinde, meyve ve sebzelerin donmasını engellemek için su dolu kaplar bırakılır. Su donarken etrafa ısı vereceğinden ortamın aşırı soğuması engellenmiş olur.
3. Günlük Yaşamda Karşılaşılan Yoğuşma Olayları
Yoğuşma olayı sırasında madde etrafa ısı verir.
- Yoğuşmalı kombiler su buharı yerine, suyu sıvı halde verir.
- Buzdolabından çıkan su şişesinin etrafında yoğuşmadan dolayı su damlaları oluşur.
- Gökyüzünde su buharı yoğuşarak su damlalarına dönüşür.
4. Günlük Yaşamda Karşılaşılan Buharlaşma Olayları
Buharlaşma olayının görüldüğü yerlerde soğuma görülür.
- Elimize dökülen kolonya, elimizde serinlik hissetmemizi sağlar. Kolonya buharlaşırken ısıyı elimizden alır.
- Toprak testinin içindeki suyu serin tutması buharlaşma ile gerçekleşir.
- Kesilen karpuzun güneş altında soğuması buharlaşma ile gerçekleşir.
- Islak başımızla veya denizden dışarı çıktığımızda üşümemiz buharlaşma ile gerçekleşir.
5. Günlük Yaşamda Karşılaşılan Kırağılaşma Olayları
Kırağılaşma olayı sırasında madde dışarıya ısı verir.
- Soğuk havada araçların, ağaçların üzerinde su kırağılaşır.
6. Günlük Yaşamda Karşılaşılan Süblimleşme Olayları
- Güve kovucu olarak kullanılan naftalin katı haldedir. Naftalin sıvı hale geçmeden süblimleşerek buharlaşır.
- Lavabolarda kullanılan ernet ısı alarak süblimleşir.
Not: Saf maddelerin erime ve donma sıcaklıkları sabittir.
Saf maddelerin içerisine yabancı madde ilave edildiğinde erime ve donma sıcaklığı düşer.
Suyun içerisine tuz ilave edildiğinde donma sıcaklığı 0°C nin altına düşer.
Suyun içindeki tuz oranı ne kadar fazla ise donma sıcaklığı da o kadar düşük olur.
Not: Saf maddelerin kaynama sıcaklığı sabittir. Saf maddelerin içerisine yabancı madde ilave edildiğinde kaynama sıcaklığı yükselir. Su içerisine tuz ilave edildiğinde, tuz oranına bağlı olarak suyun kaynama sıcaklığı 100°C nin üzerine çıkar.