Madde Ve Isı

1.MADDENİN TANECİKLİ YAPISI ve ISI

Evrende katı sıvı ve gaz halde bir çok madde bulunmaktadır. Bu maddelerin hepsi atom ve moleküllerden meydana gelir. Tüm atom ve moleküller bir enerjiye sahiptirler. Maddenin tanecikli yapısı ünitesinde gördüğünüz gibi moleküller birden fazla atomun bir araya gelmesiyle meydana gelirler. Tüm atomlar sürekli titreşim yaparlar ve bu yüzden ısı enerjisine sahiptirler. Isı iletimi maddeyi meydana getiren moleküllerin titreşimi sayesinde gerçekleşir.Bir maddeyi meydana getiren moleküllerin toplam kinetik enerjisine ısı denir.

Bu güne kadar duyduğunuz enerji çeşitlerini düşünün. Elektrik enerjisi, ışık enerjisi, güneş enerjisi….vb; doğada sayısız enerji çeşidi bulunur. Bunlar hayatımızın pek çok alanında işimizi kolaylaştırmak amacıyla kullanılır. Örneğin elektrik enerjisi farklı enerji türlerine dönüşebilir.

Yukarıdaki aletleri incelediğimizde sizce enerji dönüşümleri nasıldır?

Bu olaylarda görüldüğü gibi enerji türleri kendi aralarında dönüşebilir. Rüzgar enerjisi elektrik enerjisine, yada elektrik enerjisi ısı enerjisine dönüşebilir. Daha önce moleküllerin kendi içinde titreşim hareketi yaptığını söylemiştik. Fen ve Teknoloji dersinin Kuvvet ve Hareket konusundan hatırlayacağınız gibi hareket eden cisimler hareket enerjisine sahiptirler. Buna göre, titreşen atom ve moleküllerin hareket enerjisine sahip olduğunu söyleyebiliriz. Maddenin sıcaklığı artırılır ise moleküllerin titreşimleri de artar.

Peki hareket enerjisi artan moleküller eski düzenlerini koruyabilirler mi? Bunu aşağıdaki şekiller üzerinde inceleyelim.

Moleküller hareket enerjileri küçükken de titre-şirler ancak titreşim alanları daha kısıtlı olur. Bu yüzdende şekildeki gibi bir düzen içinde kala-bilirler.Cisme ısı enerjisi verilirse moleküllerin hareket enerjisi artar. Yani titreşimleri artar. Ve birbirleriyle çarpışmaya başlarlar. Buda molekül yapılarının düzensizleşmesine neden olur.Cisme daha fazla ısı enerjisi verildiğinde ise moleküller daha da fazla titreşeceği için çarpışmalar ve dağılmalar daha da artar. Bu da moleküllerin daha da düzensizleşmesine neden olur.

Burada da görüldüğü gibi ısı enerjisi arttırılan cisimlerin içindeki moleküllerin hareket enerjisi artar ve ısınan cisimlerde moleküller düzensizleşir. Yani ısınan maddeler hareketlenir.

Peki bir maddeyi ısıtıp moleküllerinin hızlanması sağlandığında bu moleküllerin çevreyle etkileşimi nasıl olur? Örneğin bir kaba su doldurup ocağa koyduğumuzda suyun ısınmasının sebebi nedir? Ocağın verdiği ısıyla etkileşen kaptır. Isı enerjisini alan kap molekülleri hızlanır. Bu moleküller su molekülleri ile etkileşim içine girerler.

Hızlanmış bu moleküller su molekülleri ile çarpışarak onlarında hızlanmalarına neden olurlar. Ve suyun ısı enerjisini artar. Bu kabın üst yüzeyine eğilip bakarsanız kabın üstündeki havanın dalgalandığını görürsünüz. Sizce bunun nedeni nedir?

Tıpkı hızlanan su moleküllerinin birbirlerine çarparak birbirlerini hızlandırması gibi, hızlanmış su moleküleride hava moleküllerine çarparak titreşimler nedeni ile ısı enerjisini aktarır. Yani ısı alışverişi meydana gelir. Kap aldığı ısıyı suya, suda havaya aktarır. Sıcaklıkları farklı olan iki madde bir araya getirildiğinde sıcaklığı büyük olan maddeden küçük olana doğru ısı akışı gerçekleşir. Bu olaya ısı alışverişi denir.Bu durum moleküller ısıl dengeye ulaşıncaya kadar devam eder.

Isıca yalıtılmış bir kapta 10 derece sıcaklıkta su vardır. Bu kaba sıcaklığı 40 derece olan yağ dökülüyor.

Maddeler arasındaki ısı alışverişi için hangisi doğrudur?

A) Sıvıların kütleleri bilinmediği için yorum yapılamaz.

B) Aralarında ısı alışverişi olmaz.

C) Su yağa ısı verir.

D) Yağ suya ısı verir.

Isı alışverişi sıcaklığı büyük olan maddeden küçük olana doğru gerçekleşir. Buna göre sıcaklığı büyük olan yağ küçük olan suya ısı verir.

Yanıt:D

Bu alıştırmada da görüldüğü gibi hızlı ve yavaş moleküller bir araya geldiklerinde kinetik enerjisi büyük olan moleküller ısı verirlerken, kinetik enerjisi küçük olan moleküller ısı alırlar.

Yani hızlıdan yavaşa ya da sıcaktan soğuğa doğru ısı akışı olur. Bu olay sıcaklık dengesi sağlanıncaya kadar devam eder.

Biz yiyeceklerin bozulmaması için onları buzdolabına koyarız. Buzdolabına konulan bir su şişesini düşünelim. Su başlangıçta sıcakken moleküllerinin kinetik enerjileri büyüktür. Dolabın içindeki hava soğuk yani moleküllerin kinetik enerjileri küçüktür. Suyu dolaba koyduğumuzda su ısıyı dolabın içindeki havaya verir. Dolabın motoru da hava içindeki ısı artışını azaltmak için çalışır. Ve sonunda su ve hava eşit sıcaklığa ulaşıncaya kadar bu süreç devam eder.

Sonuç olarak sıcaklıkları farklı iki cisim bir araya geldiğinde sıcak cisimden soğuk cisme bir ısı geçişi olur. Bu durum maddelerin sıcaklıkları eşitleninceye kadar devam eder.

2. ISININ YAYILMA YOLLARI

A. Isının İletim Yoluyla Yayılması:

Sizce çayınızın içindeki kaşık nasıl ısınır? Odanın bir köşesinde yanan sobanın sıcaklığını diğer köşeden nasıl hissedersiniz? Isı enerjisi sıvı, katı ve gazlarda nasıl yayılır?

Bir ucundan Berkecan’ın tuttuğu metal boru, diğer ucundan ısıtıldığında kısa bir süre sonra Berkecan’ın eli yanmaya başlıyor ve ellerini çekmek zorunda kalıyor.Sizce Berkecan’ın eli neden yandı?

Katılarda katıyı meydana getiren taneciklerin birbirine çok yakın olduğunu biliyorsunuz. Metalde katı bir maddedir. Isıtılmaya başlandığında tanecikler daha hızlı hareket ederler ve birbirleriyle çarpışır aldıkları enerjiyi birbirlerine aktarırlar. İşte Berkecan’ın tuttuğu borunun bir ucundan ısıtılmasına rağmen diğer ucundan bunu hissetmesi ısının tanecikler tarafından aktarılmasıyla gerçekleşir. Isının atomdan atoma molekülden moleküle titreşimler yolu ile yayılmasına iletim yoluyla yayılma denir.