İçindekiler
Özgül Isı (Öz Isı) Tanımı ve Özellikleri
Özgül ısı, kütlesi 1 kg olan bir cismin sıcaklığını 1 °C veya 1°K artırmak için gereken ısı miktarı olarak tanımlanmaktadır. Hacim, basınç ve sıcaklık gibi şartlara göre özgül ısı değerleri değişiklik göstermektedir. Bu sebepten dolayı ısıl hesaplamaları yapıldığı zaman basınç veya hacimden birinin sabit tutulması gerekir.
Ayrıca basınç ve hacim; Cv (sabit hacim), Cp (sabit basınç) sembolleri kullanılarak ifade edilir. Akışkan maddelerde sıcaklık farkı olduğu için hesaplama yaparken özgül ısı tablolarında bulunan değerlerden faydalanılmaktadır.
Tüm cisimlerin özgül ısı kapasiteleri sıcaklık değerlerine göre değişir. Hiçbir cismin ya da maddenin sıcaklık değeri aynıdır diyemeyiz. Örnek verecek olursak;
0 °C’ deki suyun öz ısı kapasitesi 4217 J/kg °C,
20 °C’ deki suyun öz ısı kapasitesi ise 4182 J/kg °C,
Çoğu zaman problem çözerken suyun ısınma ısısı 4200 J/kg°C olarak hesaplanır.
Özgül Isı (Öz Isı) Birimi
Öz ısı ya da diğer bir tabirle özgül ısı, herhangi bir maddenin birim kütle sıcaklığının 1 °C derece arttırılması için gerekli olan enerjiye denir. Genel olarak yaygın bir şekilde kullanılan birimler; kj/ (kg. °C) , kj / (kg.K)’dir. Bahsedilen bu iki birimin aynı olduğunu söyleyebiliriz.
Çünkü özgül ısı, sıcaklık farkına bağlıdır, dolayısıyla ΔT = ΔK olduğu için bu birimler arasında değer farkı yoktur diyebiliriz. Özgül ısı arada bir mol miktarı olarak belirtilebilir. Öyle belirtildiği zaman birimi, kJ/kmol.°C ya da kJ/kmol.K olarak alabiliriz.,
Maddelere Göre Özgül Isı Kapasiteleri
Az önce de bahsettiğimiz gibi her maddenin özgül ısı kapasitesi farklıdır. Bakır, alüminyum ve cam özgül ısı kapasiteleri farklı değerlere işaret etmektedir.
Bazı maddelerin öz ısı kapasiteleri aşağıdaki gibi verilmiştir.
Özgül Isı Formülü
Öz ısı birimi; enerji, kütle ve sıcaklığa göre değişiklik gösterir. Öz ısının formülü, termodinamik ve ısı transferlerinde sık sık kullanılan termal enerji denklemler sayesinde bulunabilir.
Q = m . c . ΔT
Bu denklemde yer alan birimler ve anlamları aşağıdaki gibi verilmiştir;
Termal Enerji (J) =Q
Kütle (kg) = m
Öz ısı (kj/ kg.°C , kj/kg.K) = c
Sıcaklık Farkı (°C ,K) = ΔT
Yukarıdaki denklemden yola çıkarak Öz ısı formülü aşağıdaki gibidir.
c = Q / m.ΔT
Sabit Hacimde ve Basınçta Öz Isı
Özgül ısı; kütle, enerji ve sıcaklığa bağlı bir değişkendir demiştik. Termodinamik konusundan aşina olduğumuz iki çeşit özgül ısı mevcuttu. Bunlar; sabit basınçta öz ısı CP ve sabit hacimde öz ısı CV’dır.
Sabit hacimde öz ısı CV , sabit hacimdeki bir maddenin birim kütlesinin 1 °C arttırılması için gerekli olan enerji olarak tanımlanmaktadır. Aynı işlem sabit basınç üzerinde uygulandığı zaman gerekli enerjiye sabit basınçta öz ısı CP denmiş olur.
Unutulmamalıdır ki CP değeri her zaman CV değerinden daha büyük olur. Neden diye sorarsanız, bunun cevabı çok basittir. Her zaman sabit basınçta gerçekleştirilen iş daha fazla enerji gerektirir.
Isı İletkenliği ve Özgül Isı
Özgül ısı konusunda ısı iletkenliği önemli bir ayrıntıdır. Bilindiği üzere, her maddenin kendi kapasitesine göre enerji depolama kabiliyetleri vardır. Ayrıca metaller, çabuk ısınan ve çabuk soğuyan elementlerdir. Dolayısı ile bir metali ısıtmak isterseniz bunun için çok fazla enerji sarf etmenize gerek yoktur.
Bunun nedeni, az önce bahsettiğimiz gibi, ısı iletkenliklerinin yüksek olmasıdır. Sonuç olarak metallerin ısıyı uzun süre tutma kabiliyetleri yoktur. Bu yüzden de özgül ısıları düşüktür. Bu durum suda aksini göstermektedir, yani su, metallere göre geç ısınır ve geç soğur.
Suyun termal iletkenliğinin de düşük olduğunu söyleyebiliriz fakat özgül ısısı metallere göre oldukça yüksektir. Özetlemek gerekirse suyun termal iletkenliği ile özgül ısı ters orantılıdır.
Bazı Maddelerin Öz Isı ve İletkenlik Değerleri
Her maddenin öz ısısı ve termal iletkenlik değerleri birbirinden farklıdır. Aşağıda hazırladığımız tabloda bazı maddelerin öz ısı ve termal iletkenlik değerlerine göz atabilirsiniz.
Yukarıdaki tabloyu yorumladığımızda termal (ısı) iletkenliği yüksek olan maddelerin öz ısılarının düşük olduğunu görmek mümkündür. Aynı şekilde öz ısısı yüksek olan maddelerin termal iletkenlik katsayıları da düşüktür.
Özgül Isı Hesaplamaları İçin Örnek Problemler
Özgül ısı üzerine hazırladığımız bu bloğun en önemli başlıklarından biri de özgül ısı problemleri. Aşağıda vereceğimiz birkaç örnek problem sayesinde öz ısı hesaplamalarını zihninizde netleştirebilirsiniz. Unutmayın, ne kadar çok problem çözerseniz sizin için anlaması o kadar kolay olur
Örnek Problem 1
20 °C deki sıcaklıkta 2 kg ve 5 kg suyun 100 °C sıcaklığa ulaştırmak için gereken ısı miktarını bulunuz?
Çözüm
- Önce özgül ısı formülünü hatırlayalım;
Q = m c (t2-t1)
Q1 = m1 c (t2-t1) - 20 °C sıcaklıkta 2 kg hacimli suyun 100 °C sıcaklığa ulaştırmak içi gereken ısı miktarı;
m = 2 kg,
c = öz ısıyı ifade ettiği için tablodan bulmanız gerekir. (Tabloda 20 °C’ de suyun öz ısı kapasitesi 4182 J/kg °C’dir fakat problem çözerken 4200 J/kg°C olarak alınır.
ΔT = (t2-t1) yani ısı farkı hesaplaması yapılır. Bu da (100°C -20°C)’dir. - Bu değerleri öz ısı formülüne yerleştirelim:
Q1 = 2 . 4200 (100-20) = 672000 J - Aynı işlemi 5kg kütleye sahip su için bir daha uygulayalım;
Q2 = m2 c (t2-t1)m2 = 5 kg,
c = 4200
(t2-t1) = (100-20)
Q2 = 5 . 4200 (100-20) = 1680000 J sonucunu elde etmiş oluruz.
Örnek Problem 2
Kütlesi 5000 gram olan alüminyum bloğun sıcaklığı 120 °C’ den 15 °C’ye düşürülmelidir. Sizden istenen alüminyumdan çekilen ısı miktarını bulmaktır.
Çözüm
- Formülü hemen hatırlayalım;
Q = m c (t2-t1) - Formüle göre değerleri yerleştirelim;
Cal = 950 j /kg °C (Öz ısı değerlerini tablodan takip etmeyi unutmamalısınız.)
m = 5000 gr = 5 kg
Q = m cal (t2-t1)
Q = 5 . 950 (15-120)
Q = – 498750 j = – 498750/1000 = 498,750 kj
Eğer özgül ısı hesaplamalarında sonuç negatif (-) çıkıyorsa bu, sistemden ısı çekildiğini belirtir. Bu blog sayesinde özgül ısı hesaplama üzerine pratik bilgiler edinebilirsiniz.
