ISI ALIŞVERİŞİ VE DENGE

Isı ve sıcaklık konusu. Sıcaklıkları birbirinden farklı olan maddeler arasındaki ısı alışverişi ve denge sıcaklığı. Denge sıcaklığının hesaplanması.


Sıcaklıkları farklı, aynı veya farklı tür maddeler birbirleri ile karıştırılınca veya üst üste konulunca aralarında bir ısı alışverişi olur. Bu ısı akışı daha sıcak olan maddeden kendisinden daha az sıcak olan maddeye doğrudur. Isı alışverişi her iki maddenin de sıcaklığı eşitleninceye kadar devam eder. Isı alışverişi durduğunda her iki maddenin sıcaklığı eşit olur.

Isı alışverişi nasıl meydana geliyor sorusuna cevap verecek olursak;

Isı maddelerin moleküllerinin sahip olduğu hareket enerjisi toplamı, sıcaklık ise bu moleküllerden ortalama hızda olan bir molekülün sahip olduğu hareket enerjisi idi. İşte sıcaklığı yüksek olan bir maddenin molekülleri daha hızlı hareket veya titreşime sahip olduklarından bu maddeler temas ettikleri cismin moleküllerine çarparak onları da hızlandırırlar. Böylece bu maddenin sıcaklığını artırmış olurlar.

Denge Sıcaklığının Hesaplanması

İki madde karıştırılınca veya üst üste konulunca son sıcaklık değeri maddelerin kütleleri ve özısıları ile doğru orantılı bir büyüklüktür. Sıcaklığı 70 °C kütlesi 100 g olan su ile sıcaklığı 35 °C ağırlığı 10 g olan su karıştırılırsa denge sıcaklığı 70 °C ye yakın bir değer alır. Her iki suyun kütlesi eşit olsaydı denge sıcaklığı 52,5 °C gibi bir değerde olacaktı.


Aynı cins ve aynı kütledeki cisimler birbirleri ile temas ettirildiğinde denge sıcaklığı aşağıdaki formülle bulunur.

Tdenge = Tmin + Tmax
2





Örnek:

Sıcaklığı 50 °C olan 1 kg su ile sıcaklığı 80 °C olan 1 kg su karıştırılıyor. Denge sıcaklığı kaç °C olur?


Çözüm:

Tdenge = Tmin + Tmax
2



Tdenge = 50 + 80
2




Tdenge = 65 °C olarak bulunur.

Yukarıdaki formül kütleleri aynı olan aynı cins maddelerin denge sıcaklığını hesaplarken kolaylık sağlar. Şimdi genel formüle bakalım.


Q = m.c.∆t idi. Bu formülü aralarında ısı alışverişi yapan maddelere uygulayalım. 

A maddesi ile B maddesi karıştırılıyor olsun A maddesinin kütlesi mA, özısısı cA ve sıcaklığı tA  olsun. B maddesinin kütlesi mB, özısısı cB ve sıcaklığı tB olsun. A maddesinin sıcaklığı B maddesinin sıcaklığından daha yüksek olsun. Bu durumda bu iki madde temas ettirilirse A maddesi ısı kaybedecek ve sıcaklığı azalacak, B maddesi ise ısı kazanacak ve sıcaklığı artacaktır.

Alınan ısı verilen ısıya eşit olduğundan, A maddesinin kaybettiği kadar ısıyı B maddesi kazanmış olacaktır. A maddesinin sıcaklığı tA dan denge sıcaklığına düşecek, B maddesinin sıcaklığı ise tden denge sıcaklığına yükselecektir. Bu durumda aşağıdaki gibi bir eşitlik kurulabilir.

Qverilen = Qalınan

Qverilen = mA . cA.(tA – tdenge)

Qalınan = mB . cB . (tdenge – tB)

mA . cA.(tA – tdenge) = mB . cB . (tdenge – tB)

Yukarıdaki denklemin çözümünden cisimlerin alıp verdikleri ısı miktarı ve son sıcaklıkları bulunur.


Örnek:

48 °C de 240 g su ile 30 °C de 209 g alkol karıştırılıyor. Karışımın denge sıcaklığı kaç °C olur?

(csu = 4,18 J/g °C, calkol = 2,4 J/g °C)


Çözüm:

Su daha sıcak olduğundan ısı veren madde su olacaktır. Suyun verdiği ısı;

Qverilen = 240 . 4,18 . (48 – td)

Sıcaklığı suyun sıcaklığından düşük olan alkol ısı alacaktır. Alkolün aldığı ısı enerjisi;

Qalınan = 209 . 2,40 . (td – 30)

Verilen ısı ile alınan ısı birbirine eşit olduğundan,

240 . 4,18 . (48 – td) = 209 . 2,40 . (td – 30)

240:2,40 = 100 ve 209:4,18 = 50 olduğuna göre,

100 (48 – td) = 50(td – 30)

2(48 – td) = td – 30

96 – 2td = td – 30

3td = 126

td = 42 °C


Örnek:

Başlangıç sıcaklığı 60 °C olan 500 g su başka bir sıvı ile karıştırılıyor. Karışım sonucunda suyun denge sıcaklığı 40 °C olduğuna göre suyun verdiği ısı kaç J dür?

(Suyun özısısı 4,18 J/g°C)

Çözüm:

Suyun verdiği ısı enerjisi miktarı;

Qverilen = 500 . 4,18 . (60 – 40)

Qverilen = 41800 J



Örnek:

Sıcaklığı 90 °C olan 420 g alüminyum ile sıcaklığı 60 °C olan 900 g B cismi üst üste konuluyor. Karışımın denge sıcaklığı 70°C olduğuna göre B cisminin özısısı kaç J/g°C dir?

(Alüminyumun özısısı 0,9 J/g °C)

Çözüm:

Qverilen = 420 . 0,9 . (90 –70)

Qalınan = 900 . cB . (70– 60)

420 . 0,9 . 20 = 900 . cB . 10

75,6 = 90. cB

cB = 0,84J/g °C olarak bulunur.


Isı Alışverişi ve Denge



SANATSAL BİLGİ

24/03/2017

  • YORUM YAZ
  • ADI SOYADI(veya nick)
  • YORUM
COPYRIGHT© HER HAKKI SAKLIDIR
Sitede Yer Alan Bilgi Belge Ve Materyallerin İzinsiz olarak Kopyalanması ve Alıntılanması Yasaktır

SANATSAL BILGI