Fizik ayt konu anlatımı, Fizik tyt konu anlatımı , Fizik yks konu anlatımı… Merhaba arkadaşlar sizlere bu yazımızda Isı – Sıcaklık – Genleşme hakkında bilgi vereceğiz. Yazımızı okuyarak bilgi edinebilirsiniz..

Isı – Sıcaklık – Genleşme

• Isı ve Sıcaklık
• Hal Değişimi
• Isıl Denge
• Enerji İletim Yolları ve Enerji İletim Hızı
• Genleşme

Isı ve Sıcaklık

Isı ve sıcaklık farklı kavramlardır. Sıcaklık, bir sistemde rastgele hareket eden moleküllerin ortalama kinetik enerjisinin bir göstergesidir. Maddenin molekül veya atomlarının ortalama kinetik enerjisi artarsa sıcaklığı da artar. Sıcaklık, skaler bir
büyüklüktür, termometre ile ölçülür. SI birim sisteminde sıcaklık birimi Kelvin’dir ancak günlük yaşantıda çoğunlukla Celcius derece (˚C )kullanılır.

Maddeden maddeye veya aynı maddenin bölgeleri arasında aktarılan enerjiye ısı denir. Maddeye enerji aktarıldığında maddenin ortalama kinetik enerjisinin artmasına yani sıcaklığının artmasına neden olur. Isı skaler bir büyüklüktür. Birimi joule’dür. Isı enerjisini direk olarak bir aletle ölçemeyiz ancak kalorimetre kabı yardımıyla hesaplayabiliriz.

Çevremizde bazen rastladığımız; “vücut ısısı”, “suyun ısısı”, “havanın ısısı” kullanımları yanlıştır. Doğru kullanım “vücut sıcaklığı”, “suyun sıcaklığı”, “havanın sıcaklığı” şeklinde olmalıdır.

Termometreler

Bir maddenin sıcaklığını ölçmek için kullanılan aletlere termometre denir. Sıcaklığın termometre ile ölçülmesi algılama farklılığından kaynaklanan farklı sonuçları ortadan kaldırır.

Metal Termometreler: Genellikle yüksek sıcaklıkları ölçmek için tasarlanmıştır. Fabrikalarda yüksek sıcaklık ölçümlerinde, fırınlarda ve sanayide kullanılır.

Sıvılı Termometreler: Sıvılı termometreler ile genellikle orta derecede sıcaklıklar ölçülür. Sıvılı termometrelerde alkol ya da cıva kullanılır. Bunun nedeni bu sıvıların sıcaklık değişimine bağlı olarak oldukça iyi genleşmeleridir. Bir sıvılı termometrenin ölçebileceği en yüksek sıcaklık değeri o termometrede kullanılan sıvının cinsine bağlıdır. Bir sıvılı termometre ile ölçüm yaparken termometre sıvısının hal değiştirmemesi gerekir.

Gazlı Termometreler: Düşük sıcaklıklarda daha hassas ölçüm yapmak için gazlı termometreler kullanılır.

Pirometre:Sıcaklığın yaklaşılmayacak kadar yüksek olduğu veya temas edilmeden ölçüm yapmak istediğimiz durumlarda kullanılan termometredir.

Sıcaklık Ölçekleri

Termometreler tasarlanırken saf suyun donma sıcaklığı ve saf suyun kaynama sıcaklığı belirlenerek, iki değer arası eşit bölmelere ayrılır.

Celsius, Fahrenheit ve Kelvin termometreleri şekillerdeki gibi ölçeklendirilmiştir.

Burada, dikkat edilirse; Celsius termometresinin 1 bölmesi (1 °C’lık değişime), Fahrenheit termometresinin 1,8 bölmesine (1 ,8 °F’lık değişime) ve Kelvin termometresinin 1 bölmesine (1K’lık değişime) karşılık gelmektedir.

Öz Isı ve Isı Sığası

Saf bir maddenin 1 gramının sıcaklığını 1˚C artırmak için gerekli ısı miktarına öz ısısı denir. Öz ısı “c” ile gösterilir birimi joule/kg veya cal/g ˚C ve maddeler için ayırt edici bir özelliktir. Öz ısı ile ilgili olarak;

– Öz ısı saf maddeler için ayırt edici bir özelliktir.
– Öz ısı madde miktarına bağlı olarak değişmez.
– Eşit miktarda farklı cins maddelere, eşit miktarda ısı verildiğinde öz ısısı az olan sıvının sıcaklığı daha fazla artar.
– Eşit miktarda farklı cins maddelerin çevreye verdikleri ısı, öz ısısı fazla olanın daha fazladır.
– Denizlerin karalardan daha geç ısınıp soğumasının nedeni suyun öz ısısı diğer maddelere göre fazla olmasıdır.

Bir maddenin sıcaklığını 1 ˚C artımak için gerekli ısı miktarına ısı sığası veya ısı kapasitesi denir C ile gösterilir . Matematiksel olarak;

Isı sığası= Kütle. Öz ısı   

C= m.c    şeklinde ifade edilir.

Hal Değişimi

Bir maddeye ısı verildiğinde ya da madde ile çevresi arasında ısı alış – verişi olurken maddenin sıcaklığı değişir. Ancak ısı alış – verişi sırasında maddenin sıcaklığının değişmediği durumlar da vardır. Bu durumlar maddenin katıdan sıvıya geçmesi (erime), sıvıdan gaza geçmesi (buharlaşma), gazdan sıvıya geçmesi (yoğunlaşma), sıvıdan katıya geçmesi (donma) dır. Bu olaylara hal değişimi ya da faz değişmesi denir.

Hal Değiştirme Isısı

1 gram maddenin hal değiştirmesi için gerekli olan ısı miktarına, hal değiştirme ısısı denir. Ayırt edici bir özelliktir. L harfi ile gösterilir. Madde eriyorsa erime ısısı, donuyorsa donma ısısı denir. Aynı cins maddelerin erime ve donma ısıları eşittir. Bu nedenle 1 gram buzun erimesi için gerekli olan ısı değeri ile 1 gram suyun donarken ortama verdiği ısı değeri aynıdır. Bu değer ise 80 kaloridir.

Benzer biçimde 1 gram suyun kaynaması için gerekli olan ısı değeri ile 1 gram su buharının yoğunlaşırken ortama verdiği ısı değeri aynıdır. Bu değer ise 540 kaloridir. 1 gram maddenin hal değiştirmesi için gerekli olan ısı miktarı L ise, m gram maddenin hal değiştirmesi için gerekli olan ısı miktarı

Q = m.L  formülü ile ifade edilir.

Isıl Denge

Sıcaklıkları farklı maddelerin aralarındaki ısı akışı, maddelerin sıcaklıkları eşitlenince durur. Bu sıcaklığa denge sıcaklığı denir. Denge sıcaklığı Td ile gösterilir.

– Denge sıcaklığında olan maddeler ısıl (termal) dengedeki maddeler adı verilir. Isıl dengedeki maddelerin sıcaklıkları eşittir.
– Maddelerin denge sıcaklığı, sıcaklığı büyük olan maddeninkinden daha büyük; sıcaklığı küçük olanından küçük olamaz.
– Dış ortamdan izole edilmiş ve birbirine temas eden iki maddenin arasındaki ısı alışverişinde maddeler ısıl dengeye ulaştığında birinin verdiği ısı miktarı diğerinin aldığı ısı miktarına eşittir. Bu durumu matematiksel olarak;

Qalınan=Qverilen

Enerji İletim Yolları ve Enerji İletim Hızı

Enerji İletim Yolları

Isı enerjisi, bir maddeden başka bir maddeye bir yerden başka bir yere üç farklı yolla transfer olur: İletim yoluyla, konveksiyon (dolanım) yoluyla ve ışıma yoluyla.

Isı enerjisinin, bir maddenin atom ya da moleküllerinin hareketiyle iletilmesine ısının iletim yoluyla yayılması denir. İletilen madde değil enerjisidir.

Bir maddenin ısı iletim hızı, maddenin cinsine bağlıdır. Isıyı iletim yoluyla en iyi ileten metallerdir. Metaller, içinde hareket eden ve enerjiyi bir bölgeden diğerine taşıyabilen çok sayıda serbest elektron içerdikleri için iyi ısı iletkenidir. O halde gümüş gibi, bakır gibi iyi iletkenlerde ısı iletimi atomların titreşmesi ve serbest elektronların hareketi ile oluşur.

Isı iletimi, iletim ortamının iki ucu arasında sıcaklık farkı varsa gerçekleşir. Sıvı molekülleri arasındaki uzaklık katı molekülleri arasındakilerden, gaz molekülleri arasındaki uzaklıkta sıvı molekülleri arasındakilerden daha büyüktür. Bu nedenle sıvılar ve gazlar ısıyı iletim yoluyla iyi iletmezler. Boşluğun ısı iletkenliği yoktur.

Isının Konveksiyon Yoluyla Yayılması: Maddenin sıcaklığının yüksek olduğu yerde yoğunluğu daha azalır, sıvı ve gaz maddelerde bu yoğunluk farkı olur. Sıvı ve gaz maddelerde bu yoğunluk farkından dolayı atom ve moleküller yer değiştirirler bu sayede enerji madde içinde taşınmasına ısının konveksiyon yoluyla yayılması denir.

Isının konveksiyon yoluyla yayılması için mutlaka madesel ortama ihtiyaç vardır. Sobanın odayı ısıtması ve tenceredeki suyun kaynaması ısının konveksiyon yoluyla yayılmasına örnek verilebilir.

Isının Işıma Yoluyla Yayılması: Dünyamızın en önemli enerji kaynağı olan Güneş bize enerjisini ışıma yoluyla iletmektedir. Isının maddesel ortama ihtiyaç duymadan yayılmasına ısının ışıma yoluyla yayılması denir.

Katı Maddelerdeki Enerji İletim Hızı

Farklı maddelerin enerji iletim hızları farklıdır. Metallerin enerji aktarım hızları diğer maddelere göre daha fazladır. Metallerin enerji aktarım hızları serbest elektron sayılarına bağlı olarak değişiklik gösterir.

Maddelerin ısı iletkenliğini ısı iletim katsayısı ile ifade edilir.1 m2’lik yüzey alanına sahip maddelerin iki yüzeyi arasındaki sıcaklık farkından dolayı bir yüzeyinden diğer yüzeyine en kısa mesafede birim zamanda geçen ısı miktarına ısı iletkenlik katsayısı denir.

Birimi watt/metre. kelvin’dir. Isı iletkenlik katsayısı maddeler için ayırdedici bir özelliktir. Maddelerin ısı iletim hızı;

– Maddenin cinsine,
– Maddenin iki ucu arasındaki sıcaklık farkına,
– Maddenin kalınlığına,
– Enerji iletiminin gerçekleştiği maddenin yüzey alanına bağlıdır.

Enerji Tasarrufu

Ülkemizde de enerji tasarrufu sağlamak için binalarda ısı yalıtımı zorunlu hâle getirilmiştir. Enerji iletim hızı düşük olan maddelere yalıtım malzemeleri denir.

Binanın yalıtım malzemeleriyle kaplanarak yapılan enerji yalıtım işlemlerine “mantolama” adı verilir.

Binalar yapılırken tuğlaların kalın kullanılması veya kullanılan ince tuğlaların arasına strafor veya cam elyaf adı verilen maddeler konularak yapılması birer yalıtım örneğidir. Binalarda ısı yalıtımı sayesinde büyük oranlarda enerji tasarrufu sağlanmaktadır.

Küresel Isınma ve Sera Etkisi

Son yıllarda, Dünya üzerinde yapılan ölçümler, hava, kara ve deniz sıcaklıklarının ortalama değerlerinin önceki yıllara göre arttığını göstermektedir. Ortalama sıcaklıklardaki bu artışa küresel ısınma denir. Küresel ısınmanın ana sebeplerinden biri insanların doğaya verdikleri zararlardır. Kullandığımız, fosil yakıtlardan çıkan sera gazları, kişisel bakım Ürünleri, parfüm ve deodorant küresel ısınmayı tetiklemektedir. Bunların yanında güneşte meydana gelen periyodik olaylar da (patlama gibi) küresel ısınmaya sebep olmaktadır.

Küresel ısınma;
– Dünya üzerinde iklim değişikliğine,
– Buzulların erimesine,
– Canlı türlerinin yok olmasına (özellik deniz canlılarının),
– Deniz seviyesinin yükselmesi sonucu içme suyu sıkıntısına,
– Tarımsal kuraklığa, ve bunlar gibi, yaşamımızı doğrudan etkileyen olaylara neden olmaktadır.
– Küresel ısınmayı engellemek için alınabilecek bireysel önlemlerden bazıları,

Küresel Isınmayı Önlemek İçin Alınması Gereken Önlemler
– Standart ampulünüzü tasarruf ampulü ile değiştirin ve bir yıldaki karbondioksit salınımını 75 kg azaltın.
– Toplu taşıma araçları kullanın, yürüme mesafelerine yürüyerek gidin.
– otomobillerin hava ve yakıt filtrelerini temiz tutun.
– Geri dönüşüme mutlaka önem gösterin.
– Daha az sıcak su kullanarak enerji kullanımını azaltın.
– Elektronik cihazlarınızı (televizyon, müzik çalar gibi) tamamen kapatın (kapama düğmesinden ya da fişten çekin)
– Her yıl mutlaka ağaç dikin.
– Parfüm ve deodorant kullanımınızı azaltın.

Genleşme

Bir maddeye ısı verildiğinde sadece maddenin sıcaklığı değişiyorsa verilen ısı maddenin molekülleri arasındaki bağları gevşetir ve moleküllerin arası açılır. Isı verilerek maddenin hacminin artması olayına genleşme denir. Genleşme maddenin üç hali için de gözlenebilir.

Katılarda Genleşme

Katı madde, çubuk şeklinde ise boyca uzama, levha şeklinde ise yüzeyce genleşme, küre ve silindir gibi cisimlerde ise hacimce genleşme olarak incelenir.

Boyca Uzama: Katı bir çubuk, ısıtılıp sıcaklığı artırıldığında boyunun uzadığı gözlenir. Boyu uzayan bir çubuğun genişliği de artar. Fakat boyundaki artışın yanında genişliğindeki artış ihmal edilecek kadar küçüktür.Bundan dolayı metalin tek boyutta genleştiği kabul edilir ve buna boyca uzama denir.

Yüzeyce Genleşme: İnce levha şeklindeki katı maddelerin kalınlığındaki genleşme, yüzeyindeki genleşmenin yanında çok küçük kaldığı için dikkate alınmaz. Dolayısıyla böyle bir levhadaki genleşmeye yüzeyce genleşme denir. Yüzey alanı 𝑆0 olan ince metal bir levha ısıtıldığında yüzey alanı artar. Yüzey alanındaki ΔS artış miktarı ΔS= 𝑆0.2a. ΔT bağıntısı ile hesaplanır. İki boyutta genleşme olduğu için a uzama katsayısı 2a olarak alınmıştır. Benzer şekilde soğutulan levhanın yüzey alanındaki azalma da aynı bağıntı ile hesaplanır.

Yüzeyce genleşme aslında fotokopi makinesinde bir cismin daha büyük ya da daha küçük fotokopisini çekmek gibidir. Boyutları değişir fakat şekli değişmez.

Hacimce Genleşme: Bütün maddeler hacimce genleşir. Fakat bazı doğrultulardaki genleşmeler ihmal edilecek kadar küçük olduğunda, boyca uzana ve yüzeyce genleşme durumları olur. İlk hacmi 𝑉0 olan küresel bir cismin sıcaklığı ΔT kadar değiştirildiğinde hacmindeki değişme miktarı olan ΔV, ΔV = V-𝑉0=𝑉0.3λ.Δt  bağıntısıyla hesap edilir.

Gazların Genleşmesi

Maddelerin genleşme kat sayıları arasında a_gaz > a_sıvı> a_katı ilişkisi vardır. Bütün gazlar aynı miktarda genleştiğinden genleşme gazlar için ayırt edici bir özellik değildir.

Sıvıların Genleşmesi

Isıtılan bir sıvı, hacimce genleşir. İçi su dolu bir kap ısıtıldığında sıvının taşması, genleştiğini gösterir. Aynı cins sıvıların sıcaklığı eşit miktar artırılırsa, hacmi büyük olan sıvı daha fazla genleşir. Su diğer sıvılardan farklı şekilde genleşir. Suyun 1 atmosferlik basınç altında +4 °C altında ve üstündeki sıcaklıklarda suyun hacmi artar. Eğer suyun diğer sıvılardan farklı özelliği olmasaydı yani diğer sıvılar gibi davransaydı, sular üstten değil dipten donardı. Dolayısıyla denizlerde hayat olmazdı. Halbuki su üstten donup 1 m kalınlığında buz tabakası olsa da, suyun dip taraftaki sıcaklığı +4 civarındadır. Çünkü yoğunluğu en fazla olan sıvı dipte olur.

TYT Fizik Konuları Konu Dağılımı için tıklayınız.

AYT Fizik Konuları Konu Dağılımı için tıklayınız.