Farkı kütlelere sahip aynı tür maddelerin ısı sığası
Farklı kütlelere sahip aynı tür maddelerin ısı sığası
Cevap:
Aynı maddenin farklı kütleleri söz konusu olduğunda, bu maddelerin öz ısılarının (c) aynı kalmasına rağmen toplam ısı sığası (C) değerleri değişir. Çünkü ısı sığası (C), maddenin kütlesine (m) ve maddenin cinsine bağlı öz ısı (c) değerine göre hesaplanır. Daha net bakacak olursak:
• Öz ısı (c): Bir maddenin 1 gramının sıcaklığını 1 °C (ya da 1 K) artırmak için gereken ısı miktarıdır.
• Isı sığası (C): Maddenin tüm kütlesinin sıcaklığını 1 °C (ya da 1 K) artırmak için gereken ısı miktarıdır. Matematiksel olarak,
C = m \times c
Yani aynı türdeki iki maddenin kütleleri farklıysa, ısı sığası (C) değerleri de farklı olur. Bunun nedeni, kütlesi daha büyük olan maddenin tamamının sıcaklığını artırmak veya azaltmak için daha fazla ısıya ihtiyaç duyulmasıdır.
Table of Contents
- Öz Isı ve Isı Sığası Nedir?
- Aynı Tür Maddelerde Neden Farklı Isı Sığası Oluşur?
- Formüller ve Temel Kavramlar
- İlgili Örnekler
- Anlamlı Bir Tablo
- Sonuç ve Özet
1. Öz Isı ve Isı Sığası Nedir?
- Öz Isı (c): Bir maddenin 1 gramının sıcaklığını 1 °C arttırmak için gerekli olan ısı miktarıdır ve maddeye özgüdür. Örneğin, suyun öz ısısı yaklaşık 4,18 J/(g·°C) değerindedir ve bu, suya herhangi bir maddeye göre daha fazla ısı vermek gerektiğini gösterir.
- Isı Sığası (C): Bir maddenin tüm kütlesinin sıcaklığını 1 °C artırmak için gereken ısı miktarıdır. Hesaplanırken kütle de dikkate alınır. Dolayısıyla, maddenin kütlesi büyüdükçe ısı sığası artar.
2. Aynı Tür Maddelerde Neden Farklı Isı Sığası Oluşur?
Aynı tür maddeler, moleküler yapıları açısından aynıdır ve öz ısı (c) değerleri aynıdır. Ancak kütleleri farklı olduğunda, toplam ısı sığası (C = m × c) da orantılı olarak artar veya azalır. Yani:
- Büyük kütle → Isı sığası daha yüksek
- Küçük kütle → Isı sığası daha düşük
Bunun sonucunda, 1 kg’lık demir ile 2 kg’lık demir arasında sadece kütle farkından ötürü ısı sığası dikkate değer şekilde farklılık gösterir.
3. Formüller ve Temel Kavramlar
Bir maddenin sıcaklığını ΔT kadar değiştirmek istediğimizde verilmesi gereken ısı (Q) şu ifade ile bulunur:
Q = m \times c \times \Delta T
• m (kütle): Isıtılan ya da soğutulan maddenin kütlesi (gram veya kilogram).
• c (öz ısı): Maddenin öz ısısı.
• ΔT (sıcaklık farkı): Son sıcaklık ile ilk sıcaklık arasındaki fark.
Isı sığası ise:
C = m \times c
Buna göre, kütle iki katına çıkarsa ısı sığası da iki katına çıkar.
4. İlgili Örnekler
Örnek 1:
Aynı maddeden yapılmış 1 kg kütleli K maddesi ile 2 kg kütleli L maddesi olsun. K’nin ısı sığası C_K = 1 \text{ kg} \times c şeklinde olurken, L’nin ısı sığası C_L = 2 \text{ kg} \times c olacaktır. Eğer bu maddelerin öz ısısı 0,5 kJ/(kg·°C) ise:
- C_K = 1 \times 0,5 = 0,5 \text{ kJ/°C}
- C_L = 2 \times 0,5 = 1,0 \text{ kJ/°C}
Bu durumda, 2 kg kütleli L maddesinin ısısını 1 °C artırabilmek için 0,5 kJ yerine 1,0 kJ’lik ısıya ihtiyaç duyulur.
Örnek 2:
Suyun öz ısısı 4,18 J/(g·°C) değerindedir. 100 gram su ile 200 gram su arasında ısı sığası farkını hesaplayalım:
-
100 g su için:
C_{100} = 100 \times 4,18 = 418 \text{ J/°C} -
200 g su için:
C_{200} = 200 \times 4,18 = 836 \text{ J/°C}
Görüldüğü üzere, su miktarı iki katına çıkınca ısı sığası da tam iki katı olur.
5. Anlamlı Bir Tablo
| Özellik | Tanım | Dikkat Edilecek Nokta |
|---|---|---|
| Öz Isı (c) | Maddenin 1 gramının sıcaklığını 1°C artırmak için gereken ısı miktarı | Maddenin türüne bağlı, kütleden bağımsız |
| Isı Sığası (C) | Maddenin tüm kütlesini 1°C artırmak için gereken ısı miktarı | Kütle (m) ile orantılı olarak artar (C = m × c) |
| Kütle (m) | Maddenin miktarını ifade eden skaler büyüklük | Kütle 2 katına çıktığında ısı sığası da 2 katına çıkar |
| Sıcaklık Farkı (ΔT) | Sistem ile çevre arasında ölçülen sıcaklık değişimi (°C veya K) | Isı hesaplamalarında Q = m × c × ΔT formülünde kullanılır |
| Q (Verilen Isı) | Sıcaklık değişimi için sisteme aktarılan veya sistemden alınan ısı miktarı | Gereken ısı miktarı kütle, öz ısı ve ΔT’ye bağlı olarak değişir |
6. Sonuç ve Özet
- Aynı türdeki maddelerin öz ısısı aynıdır, bu nedenle maddenin türü değişmediği sürece, tek bir öz ısı değeri kullanılır.
- Toplam ısı sığası (C) ise kütle ile birlikte artar. Aynı maddenin kütlesi farklı olduğunda, ısı sığaları da farklı değerler alır.
- Bir maddenin ısı sığasının yüksek olması, o maddenin büyük bir kütleye sahip olması durumunda ısıtma veya soğutma için daha fazla ısı enerjisi gerekeceği anlamına gelir.
Kısaca; eğer aynı maddeden farklı kütlelere sahip numuneler elinizde varsa, bunların öz ısıları (c) aynı kalmasına karşın, ısı sığaları (C) kütle ile doğru orantılı olarak değişecektir.