Back to the topics list

maddenin hal değişimi

Maddenin katı, sıvı ve gaz olmak üzere üç hali/fazı vardır. Aynı madde, farklı sıcaklık ve basınç koşulları altında her üç fazda da bulunabilir. Örneğin, 0°'deki buz (katı), ısıtıldığında 0°C'de su (sıvı) olur ve daha fazla ısıtıldığında 100°C'de buhara (gaz) dönüşür. Böylece, bir atmosferik basınçta, farklı sıcaklıklarda üç fazda da su bulunur.

Sabit bir sıcaklıkta bir halden başka bir hale geçiş sürecine faz değişimi denir. Isı alışverişi nedeniyle getirilir.
Katı halden sıvı hale geçişe erime , sıvı halden katı hale geçişe ise donma denir. Sıvıdan buhara geçiş buharlaşma olarak bilinirken, gazdan sıvıya ters değişime yoğuşma (veya sıvılaşma) denir. Katıdan buhara doğrudan geçişe süblimleşme , buhardan katıya ters yönde değişime ise çökelme denir.

ERİME VE DONMA

Sabit bir sıcaklıkta ısının soğurulmasıyla katının sıvı hale geçmesine erime denir. bu Bir katının sıvı hale geçtiği sabit sıcaklığa katının erime noktası denir. Sabit bir sıcaklıkta ısının serbest kalmasıyla sıvıdan katı faza ters geçişe donma denir ve bir sıvının donarak katı hale geldiği sıcaklığa donma noktası denir. Erime sırasında ısı enerjisi emilir ve sabit bir sıcaklıkta donma sırasında reddedilir.

Erime sırasında buzun ısınma eğrisi

Yukarıdaki grafiğe bakın. AB kısmındaki buzun sıcaklığı, tüm buz eriyene kadar 0 °C'ye eşit olarak sabit kalır. Bu süre zarfında sağlanan ısı buzu eritmek için kullanılır. Bundan sonra, eriyen buzun oluşturduğu suyun sıcaklığı 0 °C'den (BC kısmı) yükselmeye başlar.

BUHARLAMA VEYA KAYNAMA

Sabit bir sıcaklıkta ısı absorpsiyonunda sıvıdan gaz (veya buhar) fazına geçişe buharlaşma denir. Buharlaşmanın meydana geldiği özel sıcaklığa sıvının kaynama noktası denir. Benzer şekilde, sabit bir sıcaklıkta ısının serbest bırakılmasıyla buhardan sıvı faza geçişe yoğuşma denir ve yoğuşmanın meydana geldiği özel sıcaklığa buharın yoğuşma noktası denir.
Buharlaşma sırasında sabit bir sıcaklıkta ısı enerjisi emilirken, maddenin aynı kütlesi için bu sıcaklıkta yoğunlaşma sırasında aynı miktarda ısı enerjisi açığa çıkar.

Suyun ısınma eğrisi

A noktasında su oda sıcaklığındadır (20°C) ve daha sonra ısı enerjisinin emilmesiyle sıvı halde bulunduğu AB kısmında suyun sıcaklığı sürekli olarak yükselir. B noktasında kaynama başlar ve BC bölümünde sıcaklık daha fazla yükselmez, ısı enerjisi sürekli olarak emilir ve suyun kaynama noktası olarak B olmak üzere suyun kaynamasını temsil eder.

Bakliyatları pişirirken neden tuz ekliyoruz? Bu, safsızlık eklemenin suyun kaynama noktasını arttırdığı gerçeğine dayanmaktadır. Bakliyatları pişirirken tuz ekliyoruz, böylece su kaynamadan önce içindekilere yeterli ısı enerjisini veriyor ve pişirme daha kolay ve hızlı oluyor. Tepelerde yemek pişirmek ovalara göre neden daha uzun sürüyor? Bu, basınçta bir azalma ile kaynama noktasının düşmesi gerçeğine dayanmaktadır. Tepe, dağ gibi yüksek rakımlarda atmosfer basıncı düşüktür, bu nedenle bu yerlerde su 100 °C'nin altında kaynar ve bu nedenle pişirme için gerekli olan ısı enerjisini içeriğine sağlamaz. Dolayısıyla bu tür yerlerde yemek pişirmek çok daha uzun sürüyor.

GİZLİ ISI VE ÖZGÜL GİZLİ ISI

Sabit bir sıcaklıkta gerçekleşen bir maddenin hal değiştirmesi sırasında önemli miktarda ısı enerjisi emilir veya açığa çıkar.   Bir faz değişiminde emilen veya serbest bırakılan ısı enerjisi, sıcaklıktaki herhangi bir artış veya düşüşle dışarıdan kendini göstermediğinden, buna Gizli ısı denir.
Gizli ısı, bir maddenin birim kütlesi için ifade edildiğinde, özgül gizli ısı olarak adlandırılır ve L sembolü ile gösterilir.

Özgül gizli ısının SI birimi J kg ^-1'dir , diğer yaygın birimler cal g ^-1'dir .
1 kal g ^-1 = 4,2 × 10 ³ J kg ^-1

Erime ısısı, belirli bir kütle veya miktarda sıvıyı katılaştırmak için çekilmesi veya belirli bir kütle veya miktarda katıyı eritmek için eklenmesi gereken termal enerjidir. Ayrıca gizli füzyon ısısı olarak da adlandırılır. Gizli buharlaşma ısısı, madde parçalandığında, durumu sıvıdan gaz haline tutarlı bir sıcaklıkta değiştirerek tüketilen veya atılan ısıdır.
Buzun özgül gizli erime ısısı, sıcaklıkta herhangi bir değişiklik olmaksızın 0 °C'deki bir birim buz kütlesini 0 °C'deki suya eritmek için gereken ısı enerjisidir. Buzun özgül gizli donma ısısı, 0 °C'deki bir birim su kütlesi, sıcaklıkta herhangi bir değişiklik olmaksızın 0 °C'de donarak buza dönüştüğünde açığa çıkan/serbest bırakılan ısı enerjisidir. Buz için, özgül gizli füzyon ısısı 336000 J kg ^- 1'dir, yani 0 °C'deki 1 kg buz, 0 °C'de suya dönüştürmek için 336000 J ısı enerjisini emer. Buharlaşma için, 1 g su üzerinde 1 g su dumanına geçmesi beklenen ısı miktarıdır (540 cal g ^-1 ). Aşama hareketinde 1 g su dumanı ve 1 g su oluşumu sırasında benzer bir ısı ölçüsü salınır.

Gizli füzyon ısısının kinetik model temelinde açıklanması
Kinetik modele göre, bir katıdaki moleküller ortalama konumları etrafında titreşirler. Bir molekülün toplam enerjisi, hareketinden kaynaklanan kinetik enerjisinin (sıcaklığa bağlıdır) ve potansiyel enerjisinin (moleküller arasındaki çekim kuvvetine ve aralarındaki mesafeye bağlıdır) toplamıdır. Sıcaklık değişmeden katı sıvı hale geçtiğinde, moleküllerin ortalama kinetiği değişmez, ancak moleküller arasındaki mesafe ortalama olarak artar. Moleküller arasındaki çekim kuvvetlerine karşı ayrışmayı artırmak için (yani moleküllerin potansiyel enerjisindeki artış için) bir miktar enerji gerekir. Böylece erime sırasında sağlanan ısı enerjisi sadece moleküllerin potansiyel enerjisini arttırmada kullanılır ve erime gizli ısısı olarak adlandırılır.

örnekler

• Dağlardaki kar bir anda erimez: Bunun nedeni, buzun yüksek özgül gizli füzyon ısısına (336000 J kg ^-1 ) sahip olmasıdır. Isı enerjisini güneşten aldığı için yavaş yavaş suya dönüşür. Gizli ısı düşük olsaydı, güneşten gelen ısıyı alarak tüm karlar kısa sürede erir ve nehirlerde taşkınlar oluşurdu.
• Soğuk ülkelerde göl ve göletlerdeki su birdenbire donmaz: Bunun nedeni, buzun özgül gizli ergime ısısının yeterince yüksek olmasıdır, bu nedenle göl ve göletlerdeki su büyük miktarda ısıyı serbest bırakmak zorunda kalacaktır. donmadan önce çevreleyen. Suyun yüzeyinde oluşan buz tabakasının zayıf bir ısı iletkeni olması göl suyunun ısı kaybını da önleyerek gölün birden donmasını engeller.
• İçecekler, 0 °C'deki buz gibi soğuk suya göre bir parça buz eklendiğinde daha hızlı soğutulur: Bunun nedeni, 0 °C'deki 1 gram buzun, 0 °C'deki suda erimesi için içecekten 336 J ısı enerjisi almasıdır. C. Bu içecekler, 0 °C'deki 1 gram buz gibi suya kıyasla, 0 °C'deki 1 gram buza ek 336 J ısı enerjisi açığa çıkarır.

• Terleme soğumaya neden olur: Terleme, vücut ısınızı düzenlemeye yardımcı olan hayat kurtaran bir vücut işlevidir. Havalar ısındığında ya da egzersiz ya da ateş nedeniyle vücut ısınız yükseldiğinde, cildinizdeki kanallar aracılığıyla ter dışarı atılır. %90 oranında su içerir. Vücudunuzda bulunan ter damlaları, sıvıdan buhara faz geçişi için vücut ısısını kullanır. Bu, vücut sıcaklığının korunmasına yardımcı olan ve vücudu soğutan bir soğutma etkisi ile sonuçlanır.
• İçindeki su kaynarken tencerenin kapağını açarken her zaman dikkatli olun: Suyun büyük bir gizli buharlaşma ısısı vardır. Buhar, kolunuzun derisinde yoğunlaştığında, ciddi yanıklara neden olan çok büyük miktarda gizli ısı açığa çıkar.

Soru 1: 10 kg buzu eritmek için ne kadar ısı enerjisi gerekir? (Buzun özgül gizli ısısı = 336 J g ^-1 )
Çözüm: m = 10 kg, L = 336 J g ^-1
Gerekli ısı enerjisi = mL = 10000 × 336 = 3360000 J

Soru 2: 40 °C'deki 250 gram suya buz katılarak sıcaklığı 0 °C'ye düşürülür. Eklenen buz kütlesini bulun. (Özgül gizli ısı buz 336 J g ^-1 ve suyun özgül ısı kapasitesi 4,2 J g ^-1 K ^-1 )
Çözüm: Suyun kaybettiği ısı enerjisi = buzun kazandığı ısı enerjisi
Sıcaklıktaki düşüş 40 - 0 = 40 °C'dir.
Su ile kaybedilen ısı = m⋅c⋅Δt = 250 × 4,2 × 40 = 42000 J
Buzla kazanılan ısı = 42000 = buz kütlesi × 336 ⇒ buz kütlesi = 42000 ∕ 336 = 125 g

Soru 3: 10125J ısı enerjisi, 100°C'de 4,5 gram suyu 100°C'de buhara kaynatıyor, SI birimlerinde buharın gizli ısısını bulun.
Çözüm: Buharın gizli ısısı L = 10125 J ∕ (4,5 × 10 ^-3 ) kg = 2250 × 10 ³ J∕kg