Cevaplar

2013-01-26T14:07:53+02:00


Bir cismin içerdiği ısı miktarı nelere bağlıdır? (Can Girgin)

Belli bir, örneğin 1 atm basınç altında ve 0 K sıcaklığında, katı bir cisim düşünelim. Katıyı oluşturan parçacıklar, yani atom veya moleküller, aralarındaki görece güçlü bağlar nedeniyle, uzayda belli konumlara sahiptirler. Basıncın aynı kalmasını sağlayarak cismi ısıtmaya başlayacak olursak, parçacıklar bu yaklaşık sabit konumları etrafında salınmaya başlarlar. Isı ilave edildikçe, salınımların genliği artar. Bu arada basıncın aynı kalabilmesi için; cismin hacminin artması, yani genleşebilmesi gerekir. Bu ise parçacıkların, kendilerini dış ortamdan ayıran yüzeyi dışarıya doğru ilerletmesi, dolayısıyla da dış ortam basıncına karşı iş yapması anlamına gelir. İlave edilen ısının bir kısmı da, bu işe (kuvvet çarpı yol) gitmek zorundadır. Isı ilave edildikçe, parçacıklar giderek artan kinetik enerjiyle salınmakta, sıcaklık da zaten, parçacıkların ortalama kinetik enerjisinin bir ölçüsünü oluşturmaktadır. Öte yandan, basınç daha yüksek olsaydı; parçacıklar birbirlerine daha yakın konumlarda bulunmak zorunda kalır ve aralarındaki bağlar o kadar daha güçlü, salınımlarının genliğini arttırmak da o kadar daha güç olurdu. Yani basınç daha yüksek olsaydı, sıcaklık daha yavaş artardı.

Bu durum, ergime noktasına kadar devam eder. Bu noktadan itibaren ilave edilen ısı, parçacıkların ortalama kinetik enerjilerini arttırmak yerine, aralarındaki bağları kırmaya harcanır ve cisim, sıcaklığı değişmezken, katı halden sıvı hale geçer. Bu dönüşüm sırasında eklenen ısıya, ‘ergime ısısı’ denir. Cismin tümünün sıvıya dönüşmesinden sonra, parçacıklar arasındaki güçlü bağların yerini, örneğin su molekülleri arasındaki Van der Waals kuvvetleri gibi, görece zayıf çekim kuvvetleri almıştır. Dolayısıyla, parçacıklar artık birbirlerine göre konumlarını değiştirebilmekte ve belli konumlar etrafında salınmak yerine, birbirlerinin üzerinden kayarak veya etrafından dolanarak hareket edebilmektedirler. Isı ilavesine devam edildiği takdirde, hareketlerinin ortalama kinetik enerjisi artar. Basınç aynı kalabilmesi için hacim artmakta, bu da tabii; hacim artışının gerektirdiği iş nedeniyle, sıcaklığa da yansımaktadır. Halbuki basınç yükselebilseydi eğer; parçacıklar birbirlerine daha yakın konumlarda bulunmak zorunda kalır ve aralarındaki çekim kuvvetleri daha güçlü, salınımlarının genlik ve hızını arttırmak daha güç olur; yani sıcaklık daha yavaş artardı.

Bu durum, kaynama noktasına kadar devam eder. Bu noktadan itibaren ilave edilen ısı, parçacıkların ortalama kinetik enerjilerini arttırmak yerine, aralarındaki çekim kuvvetlerinin yenilmesi, yani bu kuvvetlerin oluşturduğu potansiyel çukurunun aşılması için harcanmaya başlanır. Sıvının tümüyle gaza dönüşmesinden sonra, parçacıklar arasındaki ortalama uzaklıklar artmış, aralarındaki çekim kuvvetleri hemen tümüyle ortadan kalkmıştır. Bu dönüşüm sırasında eklenen ısıya, ‘buharlaşma ısısı’ denir. Parçacıklar artık; çoğu zaman boşlukta serbestçe ve gelişigüzel yönlerde hareket etmekte, birbirlerine ancak, yollarının kesişmesi halinde gerçekleşen çarpışmalar sırasında kuvvet etki ettirebilmektedir: Klasik ideal gaz. Isı ilavesine devam edildiği takdirde, hareketlerinin ortalama kinetik enerjisi artar. Artar da artar, sıcaklıkla birlikte...

Kısacası, 0 K’den başlayarak herhangi bir sıcaklığa kadar ısıtılması sırasında cisme aktarılan toplam ısı miktarı; içerdiği parçacıkların sayısına, parçacıklar arasındaki bağ ya da çekim kuvvetlerinin gücüne ve menziline, hacmin ve dış ortam basıncının bu arada izlemiş olduğu değişim sürecine bağlıdır. Yani; kütlesine, hacmine, basıncına ve sıcaklığına: m, p, V, T... Yalnız, kütleyi bir tarafa bırakacak olursak, maddenin davranışını betimleyen bir ‘durum denklemi’ vardır ki; P, V, T fiziksel değişkenlerinden birinin diğerlerine bağımlı olmasına yol açar. Sonuç olarak, bir cismin içerdiği ısı miktarı, kütlesinden başka, P, V, T değişkenlerinden herhangi ikisine bağlıdır.

0
2013-01-26T14:08:12+02:00

içindeki maddelerin titrşmesine bağlıdır

0