Maddenin Isı ile Etkileşimi: Isınma, Hâl Değişimi ve Grafikler (LGS)

Konu Özeti

Maddeler ısı aldığında ya sıcaklıkları artar ya da hâl değiştirir. Bu konuda ısınmanın kütle, madde cinsi ve sıcaklık değişimine bağlı olduğunu öğreneceksin. Hâl değişiminde sıcaklığın neden sabit kaldığını ve ısınma-hâl değişimi grafiklerini nasıl yorumlayacağını da göreceksin. Terleme, çiy ve buzlu içeceğin serinletmesi gibi günlük olayları ısı alışverişiyle açıklamak LGS'de sık sorulan bir beceridir.

Temel Kavramlar

• Isı: Sıcaklık farkından dolayı maddeler arasında akan enerjidir; sıcak maddeden soğuk maddeye doğru akar.
• Sıcaklık: Taneciklerin ortalama kinetik enerjisinin ölçüsüdür; birimi °C'dir.
• Özısı (c): 1 g maddenin sıcaklığını 1 °C değiştirmek için gereken ısıdır. Suyun özısısı yaklaşık 1 cal/g·°C'dir ve birçok maddeden büyüktür.

Q = m · c · ΔT

Burada Q alınan veya verilen ısı (cal ya da J), m kütle (g), c özısı ve ΔT = son sıcaklık − ilk sıcaklıktır. Isınma miktarı kütleye, madde cinsine ve sıcaklık değişimine bağlıdır. Bu yüzden su gece geç ısınır ve geç soğur.

Isınmayı Etkileyen Etmenler

Deney kuralı: Eş kütleli su ve zeytinyağı aynı ısıtıcıyla aynı süre ısıtılırsa yağın sıcaklığı daha çok artar, çünkü yağın özısısı daha küçüktür. Deneyde yalnızca bir değişken (cins, kütle veya ΔT) değiştirilmeli, diğerleri sabit tutulmalıdır.

Hâl Değişimi ve Gereken Isı

Hâl değişimi sırasında verilen veya alınan ısı taneciklerin arasındaki bağları etkiler; sıcaklık değişmez. Saf maddeler hâl değişimi boyunca sabit sıcaklıkta kalır. Aşağıdaki tabloda hâl değişimleri ve ısı alışverişi özetlenmiştir.

Q = m · L

Burada L, birim kütlenin hâl değiştirmesi için gereken ısıdır (cal/g). Erime ısısı ve buharlaşma ısısı her madde için farklıdır. Su için erime ısısı 80 cal/g, buharlaşma ısısı yaklaşık 540 cal/g'dır.

Isınma ve Hâl Değişimi Grafikleri

Sıcaklık-zaman grafiğinde sabit güçte ısıtıcı kullanıldığında geçen süre verilen ısıyla orantılıdır. Grafikte eğimli ve yatay bölümler farklı olayları gösterir.

• Eğimli bölümler: Madde tek hâldedir ve sıcaklığı artar.
• Yatay bölümler: Hâl değişimi vardır ve sıcaklık sabittir. İlk yatay bölüm erimeyi, ikincisi kaynamayı gösterir.
• Yatay bölümün düzeyi erime veya kaynama sıcaklığını, uzunluğu ise hâl değişimi için geçen süreyi gösterir; kütle arttıkça uzar.
• Eş kütleli maddeler aynı ısıtıcıyla ısıtılırsa grafiği daha dik olan maddenin özısısı daha küçüktür.
• Saf olmayan maddelerde (karışımlarda) hâl değişimi sırasında sıcaklık sabit kalmaz.