MADDE VE ISI

MADDENİN TANECİKLİ YAPISI

Helyum Atomu (Basitleştirilmiş)

Atom, bilinen evrendeki tüm maddenin kimyasal ve fiziksel niteliklerini taşıyan en küçük yapı taşıdır. Atom Yunancada bölünemez anlamına gelen atomostan türemiştir. Atomus sözcüğünü ortaya atan ilk kişi MÖ 440'lı yıllarda yaşamış Demokritos'tur.

Tarihte Atom:

John Dalton: Atom konusunda ilk bilimsel çalışmayı yapmıştır. Atomu içi dolu, parçalanamayan, berk kürelere benzetmiştir

John Joseph Thomson: Atomu üzümlü keke benzetmiştir. Bu modelde keki pozitif yüklere, üzümleri ise negatif yüklere benzetmiş ve atomun parçalanamadığı fikrini yıkmıştır.

Ernest Rutherford: Pozitif yüklere proton, pozitif yüklerin bulunduğu kısma ise çekirdek adını verdi. Elektronların çekirdeğin çevresinde Dünya’nın Güneş çevresinde yaptığı harekete benzer olarak hareket ettiğini söyledi.(Nobel Kimya Ödülü)

Niels Bohr: Çekirdekte bulunan nötronları keşfetti. Elektronların çekirdeğe belirli uzaklıklarda bulunan katmanlarda döndüğünü belirtti. (Nobel Fizik Ödülü)

Modern Atom Teorisi: Modern atom teorisine göre elektronlar çok hızlı hareket ettikleri için sabit bir yerleri yoktur. Elektronun bulunabileceği ve hareket ettiği kısımlar elektron bulutu olarak adlandırılır. Her bulut elektronların bulunma olasılığının en fazla olduğu bölgeyi gösterir.

Atomun Yapısı:

Maddenin en küçük yapıtaşına atom denir. Atomu oluşturan bu parçacıklar proton, nötron ve elektronlardır. Nötron ve protonlar atomun merkezinde bulunur. Nötron ve protonların bulunduğu bu kısım çekirdek olarak adlandırılır. Elektronlar ise çekirdeğin etrafında yer alır.

Proton: Atomun yapısındaki pozitif (+) yüklü taneciklerdir. Protonlar atomun çekirdeğinde bulunur ve p+ sembolü ile gösterilir. Her atomun proton sayısı farklıdır. Örneğin kalsiyum atomunun çekirdeğinde yirmi tane proton varken hidrojen atomunun çekirdeğinde bir tane proton vardır.

Nötron: Atomun çekirdeğinde bulunan yüksüz taneciklerdir. Kütlesi protonun kütlesine hemen hemen eşittir. Nötron n0 sembolü ile gösterilir.

Elektron: Çekirdeğin etrafında dolanan negatif (-) yüklü taneciklerdir. Elektronlar e¯ sembolü ile gösterilir. Kütlesi protondan yaklaşık iki bin kat küçüktür. Elektronların kütlesi proton ve nötronların kütlesinin yanında ihmal edilecek kadar küçük olduğu için atomun kütlesini çekirdek belirler. Elektronlar çekirdeğin etrafında dairesel olarak çok hızlı bir şekilde döner.

Tanecik Adı	Sembol	Elektrik Yükü
Proton	p+	+
Elektron	e¯	-
Nötron	n0	nötr

Atomu oluşturan parçacıklar farklı yüklere sahiptir. Farklı yüke sahip bu parçacıklar birbirini etkileyerek bir arada bulunur ve atomu oluşturur. Protonlar pozitif, elektronlar negatif, nötronlar ise yüksüz parçacıklardır. Elektronlar çekirdekten belirli uzaklıklarda hem kendi etraflarında hem de çekirdeğin etrafında çok hızlı hareket eder. Bu sebeple elektronlar çekirdeğe düşmezler, çekirdek tarafından çekildikleri için de dışarı fırlamazlar.

Atomun çekirdeğinde bulunan proton ve nötronun kütlesi hemen hemen birbirine eşittir. Elektronun kütlesi ise proton ve nötronun kütlesinden çok daha küçüktür. Protonun veya nötronun kütlesi, elektronun kütlesinin yaklaşık olarak 2000 katı kadardır. Bu durumda atomun kütlesinin yaklaşık olarak proton ve nötron kütleleri toplamıdır. Aynı atomda bulunan elektronlar çekirdekten farklı uzaklıklarda bulunur. Elektronların ortalama olarak bulunduğu bölgeler katman olarak adlandırılır.

Molekül:

Aynı ya da farklı cins atomların bir araya gelerek oluşturdukları atom gruplarına molekül denir. Moleküller yapılarında birden fazla atom içerirler. Bir molekül aynı iki atomun bağlanması sonucu ya da farklı sayılarda farklı atomların bağlanması sonucu da oluşabilirler.

Bir su molekülü 3 atomdan oluşur; iki hidrojen ve bir oksijen. Bir hidrojen peroksit molekülü iki hidrojen ve 2 oksijen atomundan oluşur.

YOĞUNLUK

Boyutları aynı olan demir ve tahta kutunun ağırlıkları farklıdır; Demir kutunun daha ağır olmasının nedeni demirin yoğunluğunun tahtadan fazla olmasıdır. Çoğu zaman cisimlerin şekline bakarak yoğunluklarını tahmin edemeyiz. Bu nedenle yoğunluğu hesaplamak için matematiksel bir formüle ihtiyacımız vardır.

Yoğunluğu Hesaplama

Bir maddenin birim hacminin (1 cm³) kütlesine oranına maddenin yoğunluğu denir. Bir cismin yoğunluğunu bulmak için cismin kütlesini hacmine böleriz.

Yoğunluk = ^Kütle/_Hacim

Formülde verilenleri sembollerle yazarsak,

d: yoğunluk, m: kütle, V: Hacim

Formülümüz şu şekilde olur; d = ^m/_V

Yoğunluğun birimi g/cm³ (gram bölü santimetre küp)

Yoğunluk (özkütle) maddenin ayırt edici özelliğidir. Ayırt edici özellik sadece o madde ait olan özelliktir. Örneğin saf suyun yoğunluğu 1 g/cm³’tür. Bu değer saf maddeler içinde sadece suya aittir. Su ister bir bardak, ister bir kova olsun yoğunluğu hep aynı kalır. Demirin yoğunluğu 7,86 g/cm³’tür. Demir bir sandalye veya demir köprüde yoğunluk yine aynıdır.

Yoğunlukların Karşılaştırılması

Bir cismi suya attığımızda yüzmesi ya da batması yoğunluğuna göre anlaşılır.

• Cisim yüzüyorsa yoğunluğu sıvının yoğunluğundan azdır
• Cisim askıdaysa yoğunluğu sıvının yoğunluğuna eşittir
• Cisim batmışsa yoğunluğu sıvının yoğunluğundan büyüktür

Maddenin hallerinden yoğunluğu en az olanı gazlardır. En çok yoğunluk ise genellikle katılardır.

MADDE VE ISI

• Isı bir enerji türüdür.
• Maddeler birbirlerine ısı alıp verebilir.
• Isı alan bir maddenin genellikle sıcaklığı artar.
• Isı veren bir maddenin genellikle sıcaklığı azalır.
• Birimi kalori veya jolule (jul)’dür.
• Kalorimetre kabıyla ölçülür.

Günlük hayatta çoğu zaman ısı enerjisine ihtiyaç duyarız;

• Vücudumuzu ısınması,
• Binaların ısıtılması,
• Yemek pişirme,
• Banyo suyunun ısıtılması,
• Yaz aylarında deniz suyunun ısınması ısı enerjisi sayesinde gerçekleşir.

Isı Nasıl Yayılır?

Isınan bir maddenin tanecikleri hızlanır. Hızlanan tanecikler yanındaki yavaş taneciklere çarparak onları da hızlandırır. Bu sayede ısı madde içinde yayılmış olur.

Isı İletkeni Nedir?

Farklı maddelerin ısıyı iletme miktarları da farklıdır. Çıplak ayakla evimizdeki halı ve fayans zemine bastığımızda farklı sıcaklıklar hissederiz. Ocakta kaynayan çaydanlığın metal kısmı elimizi yakarken sap kısmı yakmaz. Bunlar maddelerin farklı ısı iletkenliklerinin olduğunu gösterir.

Isıyı kolay ileten maddelere ısı iletkeni denir.

• Tencere ve tavaların metal yüzeyi
• Kalorifer peteği
• Soba borusu
• çaydanlık altı vb ısı iletkenlerine örnek olarak verilebilir.

Isı Yalıtkanı

Isıyı iyi iletmeyen maddeler ısı yalıtkanı olarak kullanılır. Isı yalıtkanları yüksek sıcaklığın insanlara zarar vermesini engellemek için ve binalarda ısı yalıtımı yapmak için kullanılır.

Isı Yalıtımı Nedir?

Evlerimizin kışın sıcak yazın ise serin olmasını isteriz. Kış aylarında yaktığımız odun ya da kömür odayı ısıtır. Bu ısı hemen kaybolmasını istemeyiz. Bunun için evlerimizde ısı yalıtımı yapmamız gerekir. Evlerde ısı yalıtım malzemeleri duvarlara, çatıya, pencere ve kapılara ve bina zeminine yerleştirilir.

Isı yalıtımı hem para tasarrufu sağlar hem de duman oluşumunu azalttığı için çevrenin korunmasına katkı sağlar.

Isı yalıtkanlarının kullanım alanları

• Binalarda ısı yalıtım malzemesi olarak,
• Otomobillerde yalıtım malzemesi olarak,
• Kışlık giysilerde,
• Fırınlarda,
• Buz dolabı ve soğutucularda,
• İşçilerin bazı güvenlik ekipmanlarında,
• İtfaiyeci giysilerinde,
• Kamp için tasarlanan uyku tulumlarında,
• tencere ve tavaların kulplarında,
• Fırın eldivenlerinde,
• Termoslarda,
• Kış sporu (kayak vb) yapan sporcuların giysilerinde,
• Bina camlarında,
• Evlere yemek servisi kutularında vb

Isı Yalıtım Malzemeleri

• Plastik Köpük: Yanıcıdır. Uzun ömürlüdür. Binaların iç ve dış duvarlarında kullanılır. Çevreye zararlıdır. Fiyatı uygundur.
• Ahşap: Yanıcıdır. Kısa ömürlüdür. Binaların döşemelerinde kullanılır. Çevreye zararı yoktur. Fiyatı çok pahalı değildir.
• Katran: Yanıcıdır. Kısa ömürlüdür. Tavanlarda ısı yalıtımı amacıyla kullanılır.
• Cam Yünü: Kolay alev almaz. Uzun ömürlüdür. Tesisat borularında, binaların tavanlarında, iç ve dış duvarlarda kullanılır.  Çevreye zararı yoktur. Fiyatı ucuzdur.
• Silikon Yünü: Kolay alev almaz. Uzun ömürlüdür. Bina dış cephelerinde kullanılır.  Çevreye zararı yoktur. Fiyatı çok ucuzdur.
• Taş yünü: Kolay alev almaz. Uzun ömürlüdür. Binaların iç ve dış duvarlarında ve tavanlarında kullanılır. Çevreye zararı yoktur. Fiyatı ucuzdur.

Yalıtım malzemesi seçilirken ortamın özelliklerine ve süresine dikkat etmek gerekir. Örneğin yangın riski olan alanlarda plastik köpük gibi yanıcı özelliği olan yalıtım malzemesi kullanmak uygun olmaz.

Isı yalıtımının faydaları

• İçerideki ısıyı korur. Bu nedenle evler kışın çabuk soğumaz.
• Isı yalıtımı varsa evimiz yazın çabuk ısınmaz.
• Isı yalıtımı daha az yakıt tüketmemizi sağlar.
• Isı yalıtımı para tasarrufu sağlar.
• Isı yalıtımı (yakıt tüketimini azalttığı) için hava kirliliğini azaltır.
• Yalıtım malzemeleri duvarların nemlenmesini önlediği için boya kabarması ve duvarda çatlamalar olmaz.
• Binanın ömrü uzar.
• Yaşam kalitesini arttırır.

Isı İletkeni

Isıyı iyi ileten maddelere ısı iletkeni denir. Genellikle metaller ısı iletkenidir. Demir, bakır, gümüş, alüminyum gibi maddeler iyi,i ısı iletkenidir.

Isı çabuk iletilmesini gerektiren yerler vardır. Örneğin yemek pişirirken ocaktaki ısının hemen yemeğe ulaşması gerekir. Bu nedenle tencere – tava gibi kapların tabanı ısı iletkenlerinden yapılır.

YAKITLAR

Yakıldığında etrafına ısı veren maddelere yakıt denir. Yakıtlar günlük hayatta çeşitli amaçlarla kullanılır.

Yakıtların kullanım alanları

• Evlerde ısınmayı sağlar
• Otomobillerin çalışmasını sağlar
• Su ısıtmak için kullanılır
• Yemek pişirmeyi sağlar
• Termik santrallerde elektrik üretmeyi sağlar
• Sanayide metalleri eritmede kullanılır
• Uçakların uçması için enerji sağlar
• Çakmağın çalışmasını sağlar vb.

Yakıtlar fiziksel hallerne göre katı yakıt, sıvı yakıt ve gaz yakıt olmak üzere 3’e ayrılır.

1. Katı YakıtlarOdun ve kömür türleri katı yakıtlardır. Odun ağaçlardan elde edilir. Kömür ise topraktan çıkarılır. Kömürler fosilleşmiş bitkilerdir. Dünyada en çok kullanılan katı yakıt kömürdür. Kömürün olumsuz yanı yandığında havaya çok duman vermesidir. Bu nedenle kömür kullanmak hava kirliliğine neden olmaktadır.
2. Sıvı YakıtSıvı yakıtların çöğu petrolden elde edilir. Ham petrol damıtılarak dizel, benzin, gaz yağı, jet yakıtı, fuel oil gibi sıvı yakıtlar elde edilir. Petrol de kömür gibi fosilleşmiş canlılardan oluşmuştur. Sıvı yakıt olarak kullanılan biyodizel bazı bitkilerden ve atık yağlardan insanlar tarafından üretilir. İspirto alkolden yapılan bir sıvı yakıttır.
3. Gaz YakıtlarDoğalgaz, hava gazı ve biyogaz gaz haldeki yakıtlardır. Doğalgaz fosil bir yakıttır ve kömür madenlerinin yakınlarında, yer altından çıkarılır. Dünyada ve ülkemizde yaygın olarak kullanılır. Doğalgaz evlerin ısıtılmasında ve yemek yapmada, elektrik üretiminde ve bazı otomobillerin çalışmasında kullanılır. Havagazı kömürden elde edilen bir yakıttır. Biyogaz ise bitki ve hayvan atıklarının çürümesiyle oluşan yanıcı gazlardır.

Fosil Yakıt Nedir?

Petrol, kömür ve doğalgaz fosil yakıt olarak adlandırılır. Bu yakıtlar milyonlarca yıl önce fosilleşmiş canlı kalıntılarından oluşmuştur. Fosil yakıtlar kaynağını canlılardan alır. Canlılar ise besinlerini güneş enerjisine borçlu olduğu için fosil yakıtların asıl kaynağı Güneş’tir.

Fosil yakıtların kaynağı sınırlı olduğu için zamanla tükenecektir. Bu nedenle fosil yakıtlar yenilenemez enerji olarak sınıflandırılır. Ayrıca yandıklarında atmosfere yaydıkları duman nedeniyle hava kirliliğine neden olmaktadırlar.

Türkiye’de ve dünyada en çok fosil yakıtlar kullanılmaktadır. Özellikle ülkemizde fosil yakıt kaynakları azdır. İhtiyacımız olan yakıtın çoğunu dış ülkelerden ithal etmekte, bu nedenle ülke ekonomisi zarara uğramaktadır. Hem ekonomi, hem de çevre açısından daha iyi olan yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelmek gereklidir.

Yenilenebilir Enerji

Fosil kaynaklı olmayan ve tükenmeyen enerji türleridir. Atmosfere zararlı gazlar yaymadığı için yenilenebilir enerji türlerinin çoğu çevreye zararsızdır.

1. Güneş enerjisiGüneş ışınlarından enerji üreten sistemlerdir. Güneşten sıcak su üreten güneş panelleri, güneşten elektrik üreten güneş pilleri ve yansıtıcı aynalardan oluşan güneş kuleleri günümüzde kullanılmaktadır. Bu teknoloji sürekli gelişmekte, güneşten daha çok yararlanabilen sistemler üretilmektedir. Ülkemizde özellikle sıcak su üretmek amacıyla kullanılmaktadır.
2. Rüzgar EnerjisiRüzgarın hareketini bir jeneratör yardımıyla enerjiye çeviren sistemlerdir. Rüzgar türbini olarak adlandırılan bu sistemlerin büyük ve küçük modelleri vardır. Çevreye zararı yoktur. Türbinlerin dönerken çıkardığı ses gürültü kirliliğine neden olabilir. Son yıllarda ülkemizde kullanımı artmaktadır.
3. Jeotermal Enerji Yeraltı sıcak sularından faydalanılır. Termal suların sıcaklığı elektrik üretiminde veya evlerin ısıtılmasında kullanılır. Ülkemiz jeotermal enerji bakımından çok zengindir. Ülkemizdeki tüm jeotermal kaynaklar verimli olarak kullanılamamaktadır.
4. Hidroelektrik EnerjiBarajlarda biriktirilen sular sayesinde elektrik üretilmesidir. Suyun hareketiyle jeneratörler çalıştırılır ve elektrik üretilir. Ülkemizde çok yaygındır. Duman oluşturmak ve uzun yıllar düşük maliyetlerle çalışır. Hidroelektrik santralin kurulacağı alanın iyi seçilmesi, tarihi alanların su altında kalmaması ve baraj yapılan akarsudaki su dengesinin bozulmaması gerekir.
5. Biyokütle EnerjisiBitki ve hayvan atıklarının kullanılmasıyla üretilen enerjilerdir. Tezek: Hayvan dışkısının kurutulmasıyla oluşturulur. Kırsal bölgelerde kullanılmaktadır. Odun ve saman da yakacak olarak kullanılmaktadır. Biyoyakıt üretiminde kullanılan mısır, kanola, şeker kamışı da biyokütleye örnektir. Evlerde kullanılan kızartma yağlarından biyoyakıt yapılır. Bu yağlar belediyelerce toplanmaktadır. Atık yağların lavabodan dökülmesi su kirliliğine neden olur.