Maddenin Tanecikli Yapısı ve Isı
1- Maddenin Tanecikli Yapısı :
Boşlukta yer kaplayan, hacmi, kütlesi ve eylemsizliği olan her şeye madde denir. Madde, doğada fiziksel özelliklerine göre katı, sıvı ve gaz olarak 3 halde bulunur.
• Madde hangi halde olursa olsun bütün maddeler taneciklerden oluşmuştur. Maddeleri oluşturan tanecikler bazı maddelerde atomu bazı maddelerde de molekülü temsil eder.
• Maddeyi oluşturan taneciklerin arasında boşluk bulunur.
• Madde hangi halde olursa olsun maddeyi oluşturan tanecikler hareket halindedir. Bu nedenle maddeyi oluşturan taneciklerin hareketlerinden dolayı hareket (kinetik) enerjileri vardır.
• Maddelerin tanecikleri arasındaki boşluk miktarı ve taneciklerin hareketi maddenin haline göre değişir.
SORU : 1- Güneş’ten gelen ışınlar havayı, toprağı ve çevredeki her şeyi nasıl ısıtır?
2- Hava, su, toprak, çevredeki her şey nasıl ısı alır ve ısı verir?
3- Dünyanın ısınması ve soğuması sırasında ısı nasıl aktarılır?
4- Isının aktarımında maddeyi oluşturan tanecilerin rolü (önemi) nedir?
5- Soğuk günlerde niçin ısıya ihtiyaç duyulur?
6- Sıcak günlerde niçin serinleme ihtiyacı duyulur?
7- Resimdeki sıcak hava balonları nasıl hareket ediyor olabilir?
8- Resimdeki oklar havayı oluşturan taneciklerin hareketini nasıl açıklar?
2- Isı :
Bir maddeyi oluşturan taneciklerin sahip oldukları hareket (kinetik) enerjilerinin toplamına ısı denir. Isı bir enerji türüdür ve ısı enerjisi kalorimetre kabı ile ölçülür. (Kutulardaki boncuklarla eşleştirilir).
a) Isı Enerjisi Birimleri :
• Kalori (cal)
• Kilo Kalori (kcal)
• Joule (J)
• Kilo Joule (kJ)
b) Isı Enerjisi Birimlerinin Dönüşümü :
• 1 kcal = 1000 cal
1 cal = kcal
• 1 kJ = 1000 J
1 J = kJ
• 1 cal = 4,18 J
1 cal 4 J
• 1 J = 0,24 cal
1 J 0,25 cal
3- Sıcaklık :
Bir maddeyi oluşturan taneciklerden bir tanesinin sahip olduğu hareket enerjisine (taneciklerin sahip oldukları hareket = kinetik enerjilerinin ortalamasına) sıcaklık denir.
Sıcaklık birimi derecedir. Derece 0C ile gösterilir ve selsiyus derece veya santigrat derece diye okunur.
Sıcaklık, termometre ile ölçülür. Termometrelerin cıvalı, alkolü, ispirtolu ve metal termometre gibi çeşitleri vardır.
4- Isı ve Sıcaklık Arasındaki Farklar :
1- Isı bir enerji çeşidi, sıcaklık ise bir ölçümdür.
2- Isı kalorimetre kabı ile sıcaklık termometre ile ölçülür.
3- Isı birimi kalori (cal) veya Joule, sıcaklık birimi ise derecedir.
4- Isı, madde miktarına bağlıdır, sıcaklık ise madde miktarında bağlı değildir.
SORU : 1- Maddeyi oluşturan tanecikler hareketli midir?
2- Maddeyi oluşturan taneciklerin hareketleri değiştirilebilir mi?
3- Erime ve soğuma sırasında maddeyi oluşturan taneciklerin hareketleri ısı alışverişinden etkilenir mi?
4- Maddenin tanecikleri hangi halde iken daha hareketlidir?
5- Isıalan maddenin taneciklerinin hareketi nasıl değişir?
6- Isıveren maddenin taneciklerinin hareketi nasıl değişir?
5- Isı Enerjisinin Maddenin Tanecikleri Üzerindeki Etkisi :
Maddeler ısıtıldığında ya da soğutulduğunda maddeyi oluşturan taneciklerin hızları ve aralarındaki boşluk miktarı değişirken maddeyi oluşturan taneciklerin büyüklüklerinde (belirgin olarak) değişme olmaz.
Maddeyi oluşturan tanecikler görülemeyecek kadar küçük olduğu için ısı alan veya ısı veren maddelerde gözlenen hareketler taneciklere değil tanecik (molekül) yığınlarına aittir.
a) Isıtılan Maddenin Taneciklerinin Hareketi :
Maddeler ısıtıldığında yani ısı enerjisi aldığında maddeyi oluşturan taneciklerin hareket enerjileri artar yani tanecikler daha hızlı hareket ederler. Hızlı hareket eden tanecikler yavaş hareket eden taneciklere çarparak enerjilerini yavaş hareket eden taneciklere aktarır. Böylece maddeyi oluşturan taneciklerin hızları birbirine eşit olur. Taneciklerin hızları birbirine eşit olduğu için maddenin sıcaklığı her yerinde aynı olur ve maddenin sıcaklığı ilk duruma göre artar.
Sıcak ortamda bulunan tanecikler hızlı hareket ettikleri için tanecikler arasındaki boşluk fazladır ve fazla hacim kaplarlar.
• Taneciklerin hızı artar.
• Tanecikler arasındaki boşluk artar.
• Maddenin hacmi artar.
b) Soğutulan Maddenin Taneciklerinin Hareketi :
Maddeler soğutulduğunda yani ısı enerjisi kaybettiğinde (verdiğinde) maddeyi oluşturan taneciklerin hareket enerjileri azalır yani tanecikler daha yavaş hareket ederler. Yavaş hareket eden tanecikler, hızlı hareket eden taneciklerden enerji alırlar. Böylece maddeyi oluşturan taneciklerin hızları birbirine eşit olur. Taneciklerin hızları birbirine eşit olduğu için maddenin sıcaklığı her yerinde aynı olur ve maddenin sıcaklığı ilk duruma göre azalır.
Soğuk ortamda bulunan tanecikler yavaş hareket ettikleri için tanecikler arasındaki boşluk azdır ve az hacim kaplarlar.
• Taneciklerin hızı azalır.
• Tanecikler arasındaki boşluk azalır.
• Maddenin hacmi azalır.
6- Isı Aktarımı (Isı Alışverişi) :
Sıcaklıkları farklı olan maddeler bir araya getirildiklerinde yani birbirlerine dokundurulduklarında sıcaklık farkından dolayı maddenin taneciklerinin arasında enerji aktarımı (alış verişi) gerçekleşir. Aktarılan bu enerji ısı enerjisidir.
Hızlı hareket eden taneciklere sahip madde ile yani sıcaklığı fazla olan madde ile yavaş hareket eden taneciklere sahip madde yani sıcaklığı az olan madde birbirine dokundurulursa maddenin tanecikleri çarpışır. Çarpışma sırasında tanecikler arasında ısı alışverişi gerçekleşir. Çarpışmadan sonra hızlı hareket eden tanecikler yavaşlarken yavaş hareket eden tanecikler hızlanır. Tanecikler arasındaki ısı aktarımı, taneciklerin hızları (sıcaklıkları) eşit oluncaya kadar devam eder. Taneciklerin hızları eşit olduğunda maddenin sıcaklığı da her yerinde eşitlenmiş olur.
Bir maddede ısı aktarımı, o maddenin taneciklerinin çarpışması ile gerçekleşir. Farklı sıcaklıklardaki maddeler birbirlerine dokundurulduklarında (temas ettiklerinde) ısı aktarımı, sıcak olan maddedeki taneciklerin, soğuk olan maddedeki taneciklerle çarpışması ile gerçekleşir.
Isı alan maddenin taneciklerinin hızı (hareketliliği) artar.
Isı veren maddenin taneciklerinin hızı (hareketliliği) azalır.
7- Isı Enerjisinin Maddeler Üzerindeki Etkileri :
Isı bir enerji çeşididir ve maddeler üzerinde 3 türlü değişiklik yapabilir. Bunlar;
• Sıcaklık Değişimi
• Hal Değişimi
• Boyut Değişimi (Genleşme veya Büzülme)
a) Sıcaklık Değişimi :
Sıcaklığın var olmasının nedeni ısı enerjisidir. Sıcaklık, maddenin aldığı veya verdiği ısı enerjisinin bir göstergesidir.
Bir madde dışarıdan ısı enerjisi aldığında yani madde ısıtıldığında, verilen ısı enerjisini maddeyi oluşturan tanecikler alır ve tanecikler bu enerjiyi hareket enerjisine dönüştürür. Yani maddeyi oluşturan taneciklerin hareket enerjileri artar. Bu nedenle de maddenin sıcaklığı artar.
Bir madde dışarıya ısı enerjisi verdiğinde yani madde soğutulduğunda maddeyi oluşturan taneciklerin hareket enerjileri azalır. Bu nedenle de maddenin sıcaklığı azalır.
b) Hal Değişimi :
Katı, sıvı ve gaz halindeki maddelerin ısı enerjisi etkisiyle bir halden diğerine dönüşmesine hal değişimi denir. Hal değişimi olayı ısı enerjisi sayesinde gerçekleşir. Madde hal değiştirdiğinde o maddeyi oluşturan taneciklerin sayısı ve büyüklüğü değişmez, sadece taneciklerin birbirlerine olan uzaklığı ve yaptıkları hareket değişir.
c) Boyut Değişimi (Genleşme veya Büzülme) :
Dışarıdan ısı enerjisi alan maddelerin hacimlerinde meydana gelen artışa genleşme denir.
Dışarıya ısı enerjisi veren maddelerin hacimlerinde meydana gelen azalmaya büzülme denir.
Bir madde dışarıdan ısı enerjisi aldığında yani madde ısıtıldığında, maddeyi oluşturan taneciklerin hareket enerjileri artar. Taneciklerin hareket enerjileri artınca titreşim hızları artar ve tanecikler birbirlerinden uzaklaşırlar. Bu nedenle de maddenin hacmi artar yani madde genleşir.
Bir madde dışarıya ısı enerjisi verdiğinde yani madde soğutulduğunda, maddeyi oluşturan taneciklerin hareket enerjileri azalır. Taneciklerin hareket enerjileri azalınca titreşim hızları azalır ve tanecikler birbirlerine yaklaşırlar. Bu nedenle de maddenin hacmi azalır yani madde büzülür.
