SICAKLIK OLÇÜMÜ VE TERMOMETRELER Cisimlerin hangilerini sıcak, hangilerinin soğuk olduğu hakkında dokunma duygumuzla bir fikir edinebiliriz . Fakat dokunma ve hissedebilme duygusu, sıcaklık ölçmek için yanıltıcı olabildiği gibi kesinde değildir. Şekilde bir elimizi soğuk (5 C) diğer alimizi sıcak (45 C) suya daldırıp bir süre sonra aynı anda iki elimiz sıcak, sol elimiz ise soğuk hisseder. Bu nedenle sıcaklığı kesin sayılarla ifade etmek için ölçü araçları kullanılır. Bu ölçü araçlarına termometre denir. Isı ve sıcaklık ölçülebilir büyüklükler olduğundan, ısı calorimetre ile sıcaklık ise termometre ile ölçülür. Sıcaklık T ile sembolize edilir. Günlük hayatta en çok kullanılan termometre celsius termometresidir Bu termometre 1 atmosferik basınç altında içinde cıva bulunan her iki ucu kapalı ince bir boru suyun dolma noktasını 0, kaynama noktasını 100 ile gösterilerek ve bu aralığın 100 eşit parçaya bölünmesiyle oluşturulmustur. Yani termometrelerde, suyun donma ve kaynama sıcaklıklarını baz alınarak a, bu sıcaklık aralığı değişik şekilde bölmelendirilerek farklı termometreler yapılmaktadır. Fahrenheit termometresinde, suyun donma noktası 32 F, kaynama noktası 212 f alınarak bu aralık 180 eşit bölmeye ayrılmıştır. En düşük sıcaklık – 273 C tır. Bu sıcaklığı 0 gösterilerek oluşturulan Kelvin termometresinde suyun donma noktası 273 K, kaynama noktası 373 K alınarak 100 eşit bölme yapılmıştır. Termometreler arasındaki ilişki orantı yoluyla bulunabilir. C-O = F-32 = K-273 100 180 100 Kelvin ile cesius arasında ise, T(K) = T© + 273 eşitliği vardır. Ayrıca termometreler arasında dönüşüm yapılırken orantı yöntemi de kullanılabilir. Örneğin suyun sıcaklığı 0 C tan 10 C ta çıkarıldığında yani 10 bölme yükseldiğinde fehrenheit termometresınde 18 bölme yükselir ve T(F) = 32 + 18 = 50 F değerini gösterir. Termometreler arasındaki ilişki orantı yoluyla bulunabilir. C-O = F-32 = K-273 100 180 100 Kelvin ile cesius arasında ise, T(K) = T© + 273 eşitliği vardır. Ayrıca termometreler arasında dönüşüm yapılırken orantı yöntemi de kullanılabilir. Örneğin suyun sıcaklığı 0 C tan 10 C ta çıkarıldığında yani 10 bölme yükseldiğinde fehrenheit termometresınde 18 bölme yükselir ve T(F) = 32 + 18 = 50 F değerini gösterir. Termometre Çeşitleri Sıcaklık termometre ile ölçülür. Sıcaklık değişimleri cisimlerin fiziksel özelliklerinde bir takım değişiklikler meydana getirir. Genelde sıcaklığı artan maddeler hacimde büyür (genleşir), sıcaklığı azalan maddeler ise hacimce küçülür. Hacimce büyüme ve küçülme alınan yada veriln ısı ile orantılıdır. Genleşmeleri ve büzülmeleri sıcaklıkla orantılı olan katı, sıvı ve gaz maddeler kullanılarak termometreler yapılmıştır. Bunların dışında, basınç, senk, direnç ve benzeri özellikleri değişikliklerde termometrelerin hızlanmasında kullanılan özellikleridir. Termometreler, sıvılı, metal ve gazlı termometreler olmak üzere üçe ayrılır. Sıvılı termometreler ise, cıvalı termometreler ( Laboratuar ve hasta termometresi) ve alkollü termometreler ( duvar termometresi) olarak ikiye ayrılır. Termometrelerin çalışma prensipleri birbirinden farklıdır. Ancak iyi bir ölçüm için, termometrelerin bölmelendirilmesi ölçülecek sıcaklık için uygun olmalıdır. Biz burada sadece sıvılı termometreleri inceleyeceğiz. Sıvılı termometreler cıva ve renklendirilmiş alkolden yapılan laboratuar , duvar ve hastane termometreleridir. Cıva ve alkolün genleşmesi ve büzülme sıcaklıkla orantılıdır. Cıva ve alkolün donma ve sıcaklıkları incelendiğinde, havanın sıcaklığının -42 C olduğu bir günde , bu sıcaklığı cıvalı termometre ile ölçemeyiz. Aynı şekilde deniz seviyesinde kaynamakta olan suyun sıcaklığını alkollü termometre ile ölçemeyiz. Çünkü deniz seviyesinde su 100 C ta kaynar. Alkolün kaynama noktası 78 C olduğundan yeterli olmaz. Isının Ölçülmesi Isının bir ölçüsü olan sıcaklık, cismin moleküllerinin ortalama kinetik enerjileri ile doğru orantılı bir büyüklüktür. Sıcağı arttırmak için yani moleküllerin hareketlerini hızlandırmak için çimse dışarıdan enerji vermek gerekir. Cismin sıcaklığını arttırmak için verilen enerji çeşidine ısı enerjisi denir. Isı, kalori yada joule birimiyle ölçülür. 1 kalori (1cal) 1 gram suyun sıcaklığı 1C arttırmak için verilmesi gereken ısı miktarına denir. Bir maddenin aldığı ısıyı ölçmek için ısı alış verişi yapan maddeler ortamdan yalıtılmalıdır. Bu yalıtımı sağlayan ve ısının ölçülmesinde kullanılan araçlara kalorimetre kabı denir. Basit bir kalorimetre kabı, iç içe geçmiş iki kaptan oluşur. İçteki kap gümüşle kaplı çelik yada camdan yapılır. İç yüzü parlatılmış dış kabın içine iç kap konur. Kapların yüzeylerinin parlak olması ışıma yolu ile ısı kaybını önler. İletim yolu ile ısı kaybını önlemek için iki kap arasındaki hava boşaltılır. Kap yalıtkan maddeden yapılmış bir kapak ile kapatılır. Kapak üzerinde iki delik vardır. Termometre ve karıştırıcı bu delikten geçirilerek sıvı içine konur. Karıştırıcı ile sıvı karıştırılır ve ısının, sıvının her tarafına eşit olarak dağılması sağlanır. Termometre sıvının sıcaklığını ölçer. Şekilde verilen kalorimetre kabında termometrenin ilk sıcaklığı okunur. Karıştırıcı bir süre döndürülürse termometrenin gösterdiği sıcaklık artar. Bu sıcaklık farkından faydalanılarak suyun aldığı ısı miktarı bulunabilir. Bu olayda karıştırıcıyı döndürmekle harcanılan enerji suya aktarılır. Buda bulunan ısı miktarına yaklaşık olarak eşittir. Kalori metre içindeki suyun miktarı azaltılırsa, aynı süreli döndürme sonunda termometredeki sıcaklık değeri daha büyük olur. İlk ve son sıcaklık arasındaki fark artar. Bu ise ısının madde miktarına bağlı olduğunu gösterir. Isı Miktarının Ölçülmesi Isı alan maddelerin sıcaklığı artar. Isıdaki artış ile sıcaklık değişimi arasındaki ilişkinin tam olarak belirlenebilmesi için bu bilgi yeterli değildir. Sıcaklık artışının, ısının dışında nelere bağlı olduğunu inceleyerek bulalım. 1.) Aynı cins ve eşit kütleli sıvıya eşit miktar ısı enerjisi verildiğinde, sıvıların sıcaklıklarının eşit miktarda arttığı görülür 2.) Aynı cins fakat farklı kütleli sıvılara, eşit miktar ısı enerjisi verildiğinde, kütle az olan ısının sıcaklığının daha fazla arttığı görülür. 3.) Farklı cins ve eşit kütleli sıvılara eşit miktar ısı enerjisi verildiğinde, sıcaklık değişimlerinin farklı olduğu görülür. Bu üç deneysek gözlemden de anlaşıldığı gibi, sıcaklık artışı, verilen ısı miktarından başka, maddenin kütlesine ve cinsine bağlıdır. Maddenin cinsinin etkisi öz ısı ile ifade edilir. Öz Isı Bir maddenin 1 gramının sıcaklığı 1 C artırmak için verilmesi gereken ısı miktarına öz ısı denir. Öz ısıya bazen ısınma ısısı da denebilir. Öz ısı c ile gösterilir ve maddeler için ayırt edilir bir özelliktir. Yani aynı şartlarda ayrı maddelerin öz ısıları faklıdır. Kütlesi m, öz ısısı c olan bir maddenin sıcaklığı T kadar değiştirmek için verilmesi yada alınması gereken ısı enerjisi, Q=m.c.T eşitliği ile bulunur. Kütle gram, c öz ısı cal/g.C, sıcaklık C cinsinden alınırsa , ısı enerjisi calori cinsinden bulunur. T sıcaklık değişimi, T = T yüksek – T düşük tür. Madde Öz ısı (cal/g. C) Su 1 Etil Alkol 0,6 Su Buharı 0,5 Buz 0,5 Alüminyum 0,217 Demir 0,113 Cam 0,109 Prinç 0,094 Bakır 0,09O Gümüş 0,056 Cıva 0,033 Kurşun 0,031