Öz Isı Nedir? Her Maddenin Isı İle Etkileşimi Neden Farklıdır?

Öz ısı kavramına değinmeden önce ısı ve sıcaklığın farklı kavramlar olduğunu bilmeliyiz.

Maddenin içerisindeki taneciklerin ortalama hareket enerjisine sıcaklık denir.
Sıcaklık enerji değildir, enerjinin göstergesidir.
Sıcaklık termometre ile ölçülür.
Sıcaklık birimi °C’dir.

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.

Bir tenceredeki su ısıtılırken suyun sıcaklığı zamanla artar. Aynı şekilde ısıtılan alkolün de sıcaklığı artar. Ancak alkolün sıcaklık değişimi suya göre daha fazladır. Aynı ısı verilmesine rağmen su ve alkolün sıcaklık değişimleri farklıdır.

Başlangıç sıcaklıkları ve kütleleri eşit olan farklı iki maddeye eşit miktarda ısı verildiğinde her ikisinin son sıcaklıkları eşit olmaz. Bunun nedeni farklı maddelerin öz ısılarının farklı olmasıdır. ( Maddenin ısı ile etkileşimi bu nedenle farklıdır. ) Öz ısı, bir saf maddenin 1 gramının sıcaklığını 1 °C artırmak için gerekli olan enerjidir.

Not: Öz ısıya ısınma ısısı da denilmektedir

Her maddenin öz ısı değeri farklı olduğu için öz ısı, ayırt edici bir özelliktir. Öz ısı maddenin miktarına bağlı olarak
değişmez. Öz ısı birimleri cal/g°C ve J/g°C şeklinde ifade edilir.

1 cal = 4,18 joule’dür. 1 kalorilik bir ısı enerjisi açığa çıkarmak için 4 kibrit çöpünün yakılması yeterlidir.

Demirin ve camın öz ısılarına bakıldığında camın öz ısısının demirden daha büyük olduğu görülür. Camın ısınması için gereken ısı, demirin ısınması için gerekenden fazladır. Bu nedenle Güneş altında kalan bir arabanın metal kısımlarının sıcaklığı, cam kısmının sıcaklığından büyüktür.

Öz ısı ayırt edici bir özellik olduğu için öz ısının bu özelliğinden farklı alanlarda yararlanılır. Örneğin cıvanın öz ısısı düşüktür. Bu nedenle cıva bazı termometrelerde kullanılır.

Bir maddenin öz ısısı ne kadar büyükse o maddenin sıcaklığını artırmak o kadar zordur. Zeytinyağının öz ısısı, sudan küçük olduğu için zeytinyağı sudan daha çabuk ısınır. 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 karşılaştırılmak istenirse, öz ısısı fazla olanın daha fazladır diyebiliriz.

Bir maddeye ısı verildiğinde maddenin içindeki moleküllerin toplam hareket enerjisi artar. Madde dışarıya ısı verdiğinde ise azalır. Maddedeki moleküllerin sahip olduğu toplam hareket enerjisi, maddenin kütlesine bağlıdır. Kütleleri farklı, özdeş iki maddeyi belirli bir sıcaklığa kadar ısıtmak için kütlesi büyük olana daha çok ısı vermek gerekir. Örneğin aşağıda verilen görselde 200 g su bulunan beherglasta daha fazla tanecik vardır. Bu nedenle 200 g su bulunan beherglası daha çok ısıtmak gerekir.

oz-isi-kutle-iliskisi

Farklı kütlelerde sulara eşit miktarda ısı verildiği zaman suların sıcaklıklarının eşit şekilde artmadığını gözlemleriz. Eşit miktarda ısı verildiği hâlde kütlesi az olan suyun sıcaklığı daha çok artmıştır. Bunun nedeni, kütlesi az olan suyun tanecik sayısının az olması ve molekül başına düşen enerji miktarının daha fazla olmasıdır.

Bir deney yapılırken belirli değerler sabit tutularak diğerleri kontrol edilir. Deney sırasında bizim değiştirdiğimiz değişkenlere bağımsız değişken denir. Bağımsız değişkenlere bağlı olarak değişen değişkenlere bağımlı değişken adı verilir. Kontrolümüzde olan miktarı değişmeyen değişkenlere kontrollü veya sabit tutulan değişken adı verilir.

‘Sıcaklık ve kütle’ etkinliğinde su miktarları bizim tarafımızdan değiştirildiği için su miktarı bağımsız değişken olarak adlandırılır. Su miktarına ve verilen ısıya bağlı olarak değişen sıcaklık değeri ise bağımlı değişken olarak nitelendirilir. Verilen ısı miktarı aynı olduğundan ısı, kontrollü değişkendir.

Öz Isı Özet Bilgiler

♥ Eşit kütleli farklı maddelere eşit ısı verildiğinde öz ısısı büyük olan maddenin sıcaklık artışı az olur.
♥ Aynı sıcaklık değişimini elde etmek için öz ısısı büyük olan maddeye daha fazla ısı verilir.
♥ Kütlesi az olan maddenin sıcaklık değişimi fazla olur.
♥ Daha çok ısı verilen maddede sıcaklık değişimi daha fazla olur.

Hal Değişimi ve Isı Arasındaki İlişki

Maddelerin ısı alarak ya da ısı vererek bir hâlden diğerine geçmesine hâl değişimi denir. Maddelerin hâl değiştirmesi için gerekli ısı, maddenin cinsine ve kütlesine bağlıdır. Örneğin farklı miktarlardaki suları özdeş ısıtıcılarla ısıtttığınızda yani eşit miktarda ısı verdiğinizde kütlesi büyük olana daha fazla ısı verildiğini gözlemlersiniz. Aynı şekilde miktarları aynı su ve etil alkolün belirli bir sıcaklığa ulaşması için gereken süreyi kaydettiğinizde su için daha fazla süre ısı verdiğinizi gözlemlersiniz.
Hal değişim ısıları maddenin ayırt edici özelliğinden biridir. Hal değişim ısıları L ile gösterilir. Birimi j/g’dır.
Erime ısısı: 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. Taneciklerin arasındaki bağ koparılır.
Erime ısısı maddenin ayırt edici özelliğidir.
Farklı maddelerin erime ısıları da farklıdır.
Donma ısısı: Donma sıcaklığındaki 1g saf sıvının katı hale geçmesi için çevreye verdiği ısıdır.
Donma ısısı Ld ile gösterilir.
Birimi j/g dır.
Not: Bir madde erime ve donma sıcaklıkları aynıdır. Bir maddenin erime ve donma ısıları aynıdır.
(Le=Ld)
Buharlaşma ısısı: 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.

Hal Değişim Grafikleri

İçinde bir miktar buz bulunan bir kaptaki buza sürekli ısı verildiğinde buz erir, suya dönüşür. Su daha sonra buharlaşır. Bu sırada maddenin sıcaklığının zamanla değişimi grafikle gösterilebilir.

Kabın içindeki belirli bir miktar su sürekli soğutulduğunda ısı kaybederek donar. Suyun buza dönüşümü sırasındaki bu hâl değişiminin de sıcaklık-zaman grafiği çizilebilir.

🙂 Saf maddelerin hâl değişimi sırasında sıcaklık sabit kalır.

buz-buhar-grafigi

A-B: Bu bölgede su katı hâldedir yani buzdur. Isı aldığı için buzun sıcaklığı sürekli yükselmektedir. Buzun sıcaklığındaki bu yükselme erime noktasına ulaşıncaya kadar devam eder.

B-C: Bu bölgede madde, buz-su karışımıdır. Buz erimektedir. Maddenin aldığı ısı, sıcaklığı artırmaya değil, taneciklerin arasındaki bağları koparmaya yarar. Bu bölgede erime olduğu için sıcaklık sabittir.

C-D: Bu bölgede, madde sıvı hâldedir yani sudur. Isı alan suyun sıcaklığı sürekli artar. Suyun sıcaklığındaki bu yükselme, su kaynama sıcaklığına ulaşıncaya kadar devam eder.

D-E: Bu bölgede madde, su-buhar karışımıdır. Su buharlaşmaktadır. Suyun aldığı ısı, sıcaklığı artırmaya değil, tanecikler arası bağları koparmaya yarar. D noktasında kaynamaya başlayan su, E noktasında tamamen buhar olur.

E-F: Bu bölgede, madde tamamen gaz hâlindedir yani su buharıdır. Aldığı ısı ile buharın sıcaklığı sürekli yükselir.

buhar-buz-grafigi

A-B arasında su buharının sıcaklığı azalır. B noktasında buhar yoğunlaşmaya başlar.

B-C arasında su buharı yoğunlaşmaya devam eder. Bu sırada hâl değişimi olduğu için sıcaklık sabittir. C noktasında buhar tamamen sıvı hâle dönüşmüştür.

C-D arasında su soğumaya devam eder. D noktasında su donmaya başlamıştır.

D-E arasında su, sıvı hâlden katı hâle geçmeye devam eder. Bu nedenle sıcaklık sabittir.

E noktasında yani donma noktasında su tamamen donarak buz hâline geçer.

Hal Değişimi ve Isı Alışverişi

Katı hâldeki maddelerin molekülleri arasındaki bağlar sıvı hâldeki maddelere göre daha sağlamdır. Gazlarda ise moleküller arası bağlar yok denecek kadar zayıftır. Ayrıca katılarda moleküller arası boşluklar sıvılardakine ve gazlardakine göre daha azdır. Katı maddelere ait tanecikler sadece titreşim hareketi yapar. Maddenin sıcaklığı arttıkça sahip olduğu ısı enerjisi ve taneciklerin titreşimi artar. Böylece maddedeki atomlar daha serbest bir şekilde hareket etmeye başlar. Bu şekilde aldığı ısının etkisiyle katı hâlden sıvı hâle geçer yani erir. Madde ısı almaya devam ettikçe taneciklerin hareketi artar. Bu şekilde, madde sıvı hâlden gaz hâline geçer yani buharlaşır.

Erime, buharlaşma, süblimleşme gibi hâl değişim olayları sırasında maddeler dışarıdan ısı alır. Donma, yoğunlaşma, kırağılaşma olayları sırasında ise maddeler dışarıya ısı verir. Bunun sonucunda maddeler hâl değiştirir. Her bir hâl değişimi sırasında maddeler arasında ısı alışverişi gerçekleşir. Ayrıca saf maddelerin hâl değişimi sırasında sıcaklık sabit kalır, değişmez.

hal-degisimleri

Dolaptan çıkan soğuk bir içecek kutusunun üzerinde bir süre sonra su damlacıkları oluşur. Bunun nedeni kutu ile havadaki su buharı arasında gerçekleşen ısı alışverişi sonucu su buharının yoğunlaşmasıdır. Elinize döktüğünüz kolonyanın buharlaşmasının nedeni de kolonya ile eliniz arasında gerçekleşen ısı alışverişidir.

Sıcak bir yaz gününde içinde buz olan limonatayı hiç gözlemlediniz mi? Bir süre sonra limonatanın içindeki buzlar erir. Bunun nedeni limonata ve buz arasında gerçekleşen ısı alışverişidir. Buzluğa konulan yiyeceklerin belirli bir süre sonra donduğunu gözlemlersiniz. Yiyecekler kendisinden soğuk bir ortama konulduğunda maddeler arasında ısı alışverişi gerçekleşir ve donma olur.

Günlük Yaşamda Karşılaşılan Hal Değişimi Olayları
Dondurmanın, katı yağ, buz sıcakta erir. 
Metaller fabrikalarda eritilerek kalıplara dökülür.
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.
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.
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.
Soğuk havada araçların, ağaçların üzerinde su kırağılaşır.

Güve kovucu olarak kullanılan naftalin katı haldedir. Naftalin sıvı hale geçmeden süblimleşir.
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.



Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir