Özgül Isı, Erime ve Buharlaşma Isı Örnekleri

Birkaç video önce öğrendik ki, mesela düşük bir sıcaklıkta, buzla başlayalım. Mesela buradaki -10 derece olabilir hal değişimlerinde Celsius derece kullanabiliriz. Çünkü asıl önemsediğimiz sıcaklık farkı, mutlak sıcaklık değil. Yani Celsiusta 1 derece fark ile kelvinde 1 derece fark bu durumda da aynıdır. Celsius veya kelvin kullanmamız fark etmez. Şimdi -10 derece sıcaklıktaki buzla başlıyoruz ve suya ısı enerjisi ekledikçe,sıcaklık yükseliyor. Moleküller en azından oldukları yapıda titreşmeye başlıyorlar. Ortalama kinetik enerjileri de yükseliyor. 0 dereceye gelene kadar sıcaklığı artıyor. 0 derece de buzun erime sıcaklığı. Eklenen ısı enerjisi, buzun sıcaklığını arttırmaya devam etmiyor. En azından şuradaki kısa zamanda. Çünkü bu ısı enerjisi kristal yapıyı kırmak için kullanılıyor. Yani buza potansiyel enerji eklemek için. Kısacası buzu eritmek için. Yani tam burada 0 derece sıcaklığında buz var, fakat biz ısı ekledikçe elimize geçen 0 derecede su. Demek ki 0 derecede hem su hem buz elde edilebilir. Eğer elimizde buz varsa, onu su yapmak içinse ısı eklemek gerekir. Erimenin tamamlanmasının ardından verilen ısı enerjisi tekrar sıcaklığı arttırmakta kullanılıyor. Ve daha sonra 100 derecede yani suyun kaynama sıcaklığında tam şurada, benzer bir hal değişimi tekrar gerçekleşiyor. Yükselen ısı sıcaklığı arttırmak için değil, sistemdeki potansiyel enerjiyi arttırmak için kullanılıyor. Su molekülleri birbirinden uzaklaştırılıyorlar. Aynı şekilde, beni yeryüzünden uzaklaştırsalar, potansiyel enerjim olur, çünkü geri düşebilirim. Bu moleküllerler de aynı şekilde geri düşebilirler. Ama buradaki enerji aslında suyu buharlaştırmak için gerekli enerji. Bu tarafta 100 derecede su var, sıvı halde. Ve bu tarafta da 100 derecede su buharı var. Daha çok ısı ekledikçe sıcaklık artmaya devam ediyor. Ama eğer bana "ben bunları daha önce öğrendim, artık sayıları tam olarak bilmek ve ne kadar ısı gerekiyor onu öğrenmek istiyorum" derseniz, hemen şurada ki bilgilere bakabiliriz. Bu sayılar özellikle farklı hallerdeki su molekülleri için. Eğer herhangi başka bir elemente veya moleküle bakarsanız elinize farklı sayılar geçer. Ama buradaki ilk sayı füzyon ısısı. Bu, 100 derecedeki suyu 100 derecedeki buza dönüştürek için gereken ısı. Yani bu çizgideki şu uzunluk, bu eksende, 333 Joule'dur. Eğer sola gidiyorsanız buz yapmak için o kadar almak gerekir. Eğer sağa gidiyorsanız suya çevirmek için o kadar eklemek gerekir. Buna füzyon ısısı deniliyor; bir şeyi eriterek birleştirdiğinizde, katı hale getirmiş olursunuz çünkü. Tabi bu ısı aynı zamanda erime ısısı olarak da adlandırılır. Füzyon ısısı ve erime ısısı kavramları aynı anlamda kullanılırlar. Ama asıl önemli olan sayı, 333.Bir de buharlaşma ısısı var, 2257 joule/gram. 2257, bu eksen üzerindeki şu uzaklık oluyor. Yani eğer elimizde bir gram 100 derecede sıvı su varsa ve bunu 1 gram 100 derecede su buharına çevirmek istiyorsam tabii burada basınca başka şeyler olmadığını, basınca etki eden şeyler olmadığını düşünerek yapıyoruz, yani sabit basınçtayız. Böyle bir durumda sisteme 2257 joule eklemem gerekir. Eğer 100 derecede 1 gram su buharı varsa ve bunu yoğunlaştırmak istersem, sistemden bu kadar enerji almam gerekir. Artık hal değişimi için gereken enerji miktarını biliyorsunuz. Ama bu bölümlere ne oldu? Bir gram buzun sıcaklığını bir derece Celsius veya kelvin bir derece arttırmak için ne kadar enerji lazım? Bunu bulabilmek için özısıya bakıyoruz. Bir gramlık buzu bir kelvin ısıtmak için 2 joule enerji gerekir. Fakat sıvı haldeyken neredeyse iki katı kadar enerji gerekir. Suyu bir kelvin ısıtmak için gram başına 4 joule enerji gerekir. Buhar olduğu zamansa katı hale daha yakın bir ısı gerekir bir kelvin ısıtmak için. Ve şimdi bildiklerimizi kullanarak -10 derece buzdan 110 derece buhara geçmenin ne kadar enerji alacağını bulabiliriz. Bunu bir çözelim. İlk yapacağımız şey -10 derece buzdan, 0 derece buza geçmek. Buzu 10 derece ısıtmak için ne kadar enerji gerek? Yani sıcaklıktaki değişimden bahsediyoruz. 2.05 joule bölü gram*kelvin özısımız çarpı ısıtmamız gereken buzun kütlesi çarpı istediğimiz ısı değişimi. Özısı da kelvin olduğundan 10'u da kelvin almamız gerekiyor, ama bu sefer Celcius olarak alalım. Peki bu neye eşittir? Hemen hesap makinesini çıkaralım. 2.05 çarpı 200 çarpı 10 eşittir 4100 joule. Bu, 4100 joule.Peki, şimdi yaptığımız sadece şu bölüm.Bu uzunluk 4100 joule. 0 derece olan buzu 0 derece suya çevirmemiz lazım. Bunun için füzyon ısısını kullanıyoruz; 333 joule bölü gram kelvin. Onu 200 gramla çarpıyoruz, eritmeye çalıştığımız miktar. 333 çarpı 200 eşittir 66600 joule. 200 gram buzun, 0 derece sıcaklıkta suya dönüşmesi için 66600 joule lazım. Şimdi buzu suya çevirdik. Şimdiyse 0 derece sudan 100 derece suya gitmemiz lazım. Şimdi suyun özısısını alalım. O da 4.178. Binde 178.. 4.178 joule bölü gram Celsius çarpı 200 gram çarpı 100 derece Celsius. Fark ediyoruz ki Celsius dereceler birbirini götürür ve gram birimleri de birbirlerini götürürler. Ve geriye joule kalır, zaten istediğimiz de bu. Ne kadar ısı, enerji lazım onu bilmek istiyoruz. Bu adımda 4.178 çarpı 200 çarpı 100 bir saniye evet 4.178 çarpı 200 çarpı 100 eşittir 83560 joule. 4 çarpı 200 eşittir 800, çarpı 100 evet bu doğru. Şimdi 100 derece su buharı ile uğraşıyoruz. Yani bunu 110 derece su buharı yapmak istiyoruz. Şimdi buharlaşma ısısını kullanıyoruz; 1.89 j bölü g kelvin çarpı buharın kütlesi yani 200 gram. Bu tabii ki değişmez çünkü kütleyi arttırıp azaltmıyoruz.Kütle sabit. Çarpı sıcaklık değişimi, yani 10 derece. 10 derece değişim çarpı 200 çarpı 1.89 eşittir 3780. Ve fark ettim ki büyük bir hata yapmışım! Yani aslında düzeltilemez bir hata değil, yoksa videoyu tekrar çekerdim.Ama neyse. Şimdi ben sadece 0 derece suyu 100 derece suya çevirmek için gereken enerjiyi buldum, yani şurdaki enerji. Ve burada 100 derece buhardan 110 derece buhara geçmek için gereken enerjiyi buldum, yani buda şuradaki kısım. 100 derece suyu 100 derece buhara geçirmek için gereken bölümü atlamışım! Bu önemli bir konu.Buharı hesaplamadan önce onu buraya yazmalıydım, fakat şimdi şuraya yazacağım. 100 derece suyu 100 derece buhara çevirmek için bu işte şuradaki adım, yani hal değişimi. Buharlaşma ısısını, 2257 j bölü g, ile 200 gramı çarpıyorum. Bu da 2257 çarpı 200 eşittir 451400. Yani bu bölüm,bizim 200 gramlık örneğimiz için 450000 j, şurasıysa 83000 j. Bu taraf 3780 j. Yani bu sisteme koyduğumuz toplam enerji, -10 derece buzdan 110 derece buhara gitmek için, tek yapmamız gereken, bu adımların hepsinde bulduğumuz Bütün gerekli enerjileri toplamak. -10 derece buzdan 0 derece buza geçmek için, tabi ki yine 200 gramımız var, 4100 J gerekir. 4100 artı 66600 bunu ekranın dışında yapıyorum eşittir 66600 artı 0 derece sudan 100 derece suya geçmek için 83560. Şimdi ise bu 100 derece suyu 100 derece buhara çevirmek için gereken 451000 J daha ekliyoruz. Ve 100 derece buhardan 110 derece buhar elde etmemiz için 3780 J daha ekliyoruz. Şu an elde ettiğimiz sayı 609040 J. Yani bütün bu 200 gramlık örnekte, -10 dan 110 a kadar gitmemiz, 609040 J gerektirdi bunu kısaca 609 kilojoule olarak de verebiliriz. Belki "vay, ne kadar büyük sayıymış" diye düşünebilirsiniz. Yani 200 gram buzu alıp onu ocakta ısıtmak 609 kilojoule'lük ısı gerektirir. Bu evimizde ki ocakta kolayca yapabileceğiniz bir şey. Bir videomuzun daha sonuna geldik.