TERMOMETRELER SICAKLIK

TERMOMETRELER
SICAKLIK
Bir maddenin belli bir standarda göre soğukluğunu veya ılıklığını gösteren nicelik, sıcaklık olarak bilinir.
Maddeyi oluşturan taneciklerin ( moleküllerin) tek tek kinetik enerjileri aynı olabildiği gibi, farklı da olabilir. Bütün moleküllerin kinetik enerjileri toplanıp tanecik sayısına bölünürse, ortalama bir değer bulunur. Bu ortalama değer hangi maddede daha fazla çıkmış ise o maddenin sıcaklığı daha fazladır. Mesela bir maddenin ortalama enerji değeri, diğerinin iki katı ise sıcaklığı da iki katı denebilir.
İşte sıcaklık dediğimiz şey, madde moleküllerinin ortalama kinetik enerjileriyle doğru orantılı bir büyüklüktür. Diğer bir ifadeyle;
Bir maddenin ortalama hızda bulunan bir molekülünün (kinetik) hareket enerjisi ile doğru orantılı büyüklüğe sıcaklık denir.
Sıcaklığın artması demek, madde moleküllerinin hareket enerjilerinin artması demektir.
“Yanan bir kibrit çöpünün sıcaklığı mı, bir deniz suyunun sıcaklığı mı daha büyük?”diye sorulursa, elbette yanan bir kibrit çöpünün sıcaklığı daha büyük denecektir. Çünkü yanan kibrit çöpünde tek bir taneciğin kinetik enerjisi, deniz suyunun tek bir taneciğinin kinetik enerjisinden daha büyüktür. Ancak hangisinin ısısı daha büyük diye sorulduğunda da deniz suyunun ısısı daha büyüktür deriz. Çünkü deniz suyunun bütün taneciklerin kinetik enerjilerinin toplamı yanan kibrit çöpünün bütün taneciklerinin kinetik enerjilerinin toplamından daha büyüktür.
Buna göre,
• Isı, bir enerji çeşididir. Sıcaklık ise enerji değildir. Bir ölçümdür.
• Isı kalorimetre ile ölçülür, sıcaklık ise termometre ile ölçülür.
• Isı birimi kalori veya joule’dür. Sıcaklık birimi ise derecedir.
TERMOMETRELER
Sıcaklık ölçmek için kullanılan araçlara termometre denir. Maddelerin boyutunda olan değişim, sıcaklığında olan değişimi gösterebilir. Termometreler de bu esasa göre düzenlenmiş aletlerdir.
Termometrelerin çoğuna maddenin ısındığı zaman genleşmesi, soğuduğu zaman ise büzülmesi olgusundan faydalanılır. İlk termometreyi 1593’te İtalyan bilim adamı Galileo Galiei’nin yaptığı sanılmaktadır. Galileo’nun termometresi bir cam balon ile bunun altına takılmış bir cam borudan oluşuyordu. Borunu alt ucu açıktı ve bir kaptaki suya daldırılmış durumdaydı. Balondaki hava sıcaklığa bağlı olarak genleştikçe ya da büzüldükçe, borudaki su düzeyi de alçalıyor ya da yükseliyordu.
Bugün kullanılan sıvılı termometrelerin ilk örnekleri 1655 dolaylarında geliştirldi; bunlar önceleri renkli alkollü daha sonra da cıvalıydı. Cıva hızla çevresindeki sıcaklığa erişir, düzenli olarak genleşir ve borudaki düzeyi kolaylıkla görülür. 357C de kaynadığı ve –39C de donduğu için geniş bir sıcaklık aralığında kullanılabilir. Alkol 78C de kaynadığı için yüksek derecelerde kullanılamaz; buna karşılık –117C ye kadar sıvı halde kaldığı için kutuplardaki düşük sıcaklıkların ölçümünde kullanılabilir. Termometrelerde kullanılacak alkole kırmızı ya da mavi maddeler katılarak sıvının daha iyi görülebilmesi sağlanır.
Sıvılın termometre yapımında, balon ve boru hemen hemen en üst düzeye kadar alkol ya da cıvayla doldurulur; havanın dışarı atılabilmesi için ısıtılır ve sonra da borunun en üst ucu hava geçirmez bir biçimde kapatılır. Sıvı soğuyup büzüldüğünde, borunun içinde bir vakum ortamı, yani bir hava boşluğu oluşur. Sonra da boru derece denilen bölümler halinde ölçeklendirilir.
Termometrelerde 76cm-Hg basıncında sabit iki sıcaklık değeri seçilir. Biri buzun erime sıcaklığı, diğeri de suyun kaynama sıcaklığıdır. Bazı bilim adamları, sıcaklık ölçümleri konusunda değişik ölçekler teklif etmişlerdir. Galileo’nun zamanında ölçeğin en alt noktası kar sıcaklığı, en üst sınırı da öküzün kan sıcaklığıydı ve bu iki nokta arası 40 dereceye bölünürdü.
Sıcaklık T ile sembolize edilir. Günlük hayatta en çok kullanılan termometre Celcius termometresidir.
1-Celcius (Santigrad C): Bu termometre 1 atmosferlik basınç altında içinde cıva bulunan her iki ucu kapalı ince bir boru, suyun donma noktasını 0, kaynama noktasını 100 ile gösterilerek ve bu aralığın 100 eşit parçaya bölünmesiyle oluşturulmuştur.
2-Fahrenheit (F): Buzun erime sıcaklığını 32, suyun kaynama sıcaklığını 212 kabul etmiştir.
3.Reaumur termometresi(°R): Suyun donma noktası 0°R, kaynama noktası 80°R olarak kabul edilir.
3-Kelvin (K): Sıcaklıklar için başlangıç noktasını –273C kabul etmiş ve bütün sıcaklı derecelerini pozitif sayılarla anlatmıştır. Bu ölçekte sıcaklık için sıfır, mutlak sıfırdır. Bundan dolayı bu ölçeğe mutlak sıcaklık ölçeği de denir.
Oysa ki bu sıfırlar, sıcaklık için gerçek anlamda sıfır değildir. Sıfır sıcaklık demek, madde taneciklerinin kinetik enerjilerinin kalmaması demektir. Halbuki erimekte olan buz taneciklerinde de bir kinetik enerji vardır. Yapılan araştırmalar hiçbir maddenin –273C de moleküllerinin titreşemediğini göstermiştir.
Ölçülen bir sıcaklık, örneğin bir odanın sıcaklığı termometrelerde farklı sayılarla gösterilecektir.
Celcius termometresinde okunan değere C,
Fahrenhiet tekine F,
Kelvin dekine T,
X termometresindekine de X diyelim
(C/100)= (F-32) / 180 =(K –273) / 100 = (X-A) / (B-A)
Fahrenheit’a Celsius’a Kelvin’e
ºF F (ºF – 32)/1.8 (ºF-32)*5/9+273.15
ºC (ºC * 1.8) + 32 C ºC + 273.15
K (K-273.15)*9/5+32 K – 273.15 K
Ortalama sıcaklığı arttırıldığında, Celcius termometresinde 10 bölme yükselme olursa, Fahrenheit termometresinde 18 bölme, Kelvinde 10 bölme yükselme olur.
TERMOMETRE ÇEŞİTLERİ
Sıcaklık termometre ile ölçülür. Sıcaklık değişimleri cisimlerin fiziksel özelliklerinde bir takım değişiklikler meydana getirir. Genelde sıcaklığı artan maddeler hacimce büyür (genleşir), sıcaklığı azalan maddeler ise hacimce küçülür. Hacimce büyüme ve küçülme sıcaklık değişimiyle orantılıdır. Genleşmeleri ve büzülmeleri sıcaklıkla orantılı olan katı, sıvı ve gaz maddeler kullanılarak termometrelere yapılmıştır. Bunların dışında basınç, renk, direnç vb. özelliklerdeki değişiklikler de termometrelerin hazırlanmasında kullanılan özelliklerdir.
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 çalıma prensipleri birbirlerinden 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 hasta termometreleridir. Cıva ve alkolün genleşmesi ve büzülmesi sıcaklıkla orantılıdır.
Cıva ve alkolün donma ve kaynama 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.
Bazı sobaların ve kurutma fırınlarının kapaklarında görülen türden fırın termometreleri, genellikle değişik metallerin genleşmesindeki farka dayanır. Bir çelik şerit ile pirinçten yapılmış bir şerit boydan boya birbirine tutturulur ve bir uçları sabitleştirilerek birlikte bobin halinde sarılır. Pirinç ısındığı zaman çelikten daha çok genleşir ve sıcaklık yükseldiğinde bobinin bir yüzündeki genleşme öteki yüzündeki genleşmeden daha çok olur; bu yüzden de bobin kıvrılır. Bobinin serbest ucu derecelendirilmiş bir kadran üzerindeki göstergeye bağlıdır.
Termoelektrik termometrede (ısıl çift ya da termokupl da denir.), uçları birbiri üzerine dolanmış, farklı metallerden iki tel bulunur. Tellerin açık uçları, elektrik gerilimi farkını ölçmeye yarayan bir aygır olan duyarlı bir voltmetreye bağlıdır. Burulu uçlar ısındığında sıcaklığa bağlı bir gerilim doğar. Termoelektrik termometreler, saniyede erimiş çeliğin ya da başka metallerin sıcaklıkları gibi yüksek sıcaklıkları ölçmekte kullanılır.
Gazlı termometrelerle geniş bir sıcaklık aralığında son derece duyarlı ölçümler yapılabilir; bu nitelikleri dolayısıyla da başka termometre ve pirometrelerin doğruluğunu sınamak için gazlı termometrelerden yaralanılır. Hidrojen ve azot gibi gazlar düzgün biçimde genleşir ve hacimleri her C için yaklaşık 273’te bir birim kadar artar. Mutlak sıfırda kuramsal olarak hacimleri de sıfır olur; ama bu sıcaklığa ulaşmadan önce sıvılaşırlar.
Dirençli termometre ya da termistor genellikle platinden yapılmış metal bir telin ısındıkça direncinin artmasıyla sıcaklık ölçer. Direnç değişimleri mutlak sıcaklık ölçeğiyle yakın bir uyum içindedir. Dirençli termometre yapmak için, direnci sıcaklıktaki yükselmeyle önemli bir düşüş gösteren yarı iletken maddeler kullanılabilir. Dirençteki değişim düzgün değildir; ama ölçme aralığının genişliği ve ölçme hızı dirençli termometreyi çok yararlı bir aygıt haline getirmiştir.
TERMOMETRENİN DUYARLILIĞI
Küçük sıcaklık değişimlerinden etkilenen termometrelerin duyarlılığı daha fazladır. Bunu için termometrelerin haznesinde daha sıvı ve sıcaklıkta daha çok genleşen bir sıvı olmalıdır. Cıvanın tercih edilmesi bundan dolayıdır. Ayrıca kılcal boru dar olmalı ki genleşen sıvının hareketi rahat gözlenebilsin. Yerçekiminin sıfır olduğu yerde termometre çalışır. Çünkü genleşme yer çekimine bağlı değildir.
BİR SU TERMOMETRESİ YAPALIM
Deneyin Amacı : Termometrenin yapılışını ve çalışma prensibini görmek.
Kullanılan Araç ve Gereçler:
1.cam balon(250ml.lik) 5.tüp maşası 9.sacayağı 13.döküm ayak
2.tek delikli lastik tıpa 6.beherglas (500ml.lik) 10.mürekkep 14.statif çubuk
3.uzun cam boru 7.bağlama parçası 11.su 15.buz parçaları
4.karton parçası( 2.20cm) 8.ispirto ocağı 12.damlalık 16.cetvel ve kalem
Deney Düzeneği:
DENEYİN YAPILIŞI:
1-Cam balonu su ile doldur.Damlalık ile birkaç damla mürekkep damlat ve mürekkebin karışmasını sağla.
2- Tek delikli lastik tıpaya uzun cam boruyu geçir.
3- Cam boru geçirilmiş lastik tıpayı cam balona takınız.
4- 2.20 cm. ebadındaki karton parçasını cetvelle işaretleyerek derecelendiriniz ve iki ucunu bükerek cam boruya
geçiriniz.
5- Cam balonu , içinde buzlu su bulunan beherglas içine batırınız ve 5-6 dak. bekleyiniz. Cam borudaki su seviyesinin son durumunu tespit ederek işaretleyiniz.
6- Cam balonu buzlu-su bulunan beherglasdan çıkarınız ve kaynamakta olan diğer beherglasdaki suya batırınız.
5-6 dak. bekledikten sonra cam borudaki su seviyesinin son durumunu tespit ediniz ve işaretleyiniz.
VERİLERİ DEĞERLENDİR:
1- Cam balonu buzlu su ve kaynar sıcak su dolu beherglaslara koyduğunda cam borudaki su seviyesi nasıl değişti?
2- Yaptığın termometre ile gerçek termometrenin benzer ve farklı yönleri nelerdir?
Deney Sonucu:
Yaptığınız termometre ile gerçek bir termometrenin çalışmasını nasıl açıklarsınız?
Teorik Bilgi:
Termometre ile sıcaklık ölçülür. Yapıldıkları maddeye göre metal, sıvılı ve gazlı olmak üzere 3 çeşit termometre vardır. Sıvılı termometrelerde hazne ve kılcal borudan oluşmuştur. Hazne içine civa ya da renklendirilmiş alkol konur. Hazne ısıtılırsa içindeki sıvı, kılcal boru içinde yükselir. Soğuduğu zaman büzülerek yeniden hazneye döner. Sıvı seviyesinin karşısındaki sayılar ölçülen sıcaklığı Celcius ( Selsiyus) olarak gösterir.
Termometrelerde her aralık bir derece olarak adlandırılır.
Laboratuarlarda, duvar ve hastalarda kullanılan termometreler sıvılı termometrelerdir.
Hasta termometresiyle ölçüm yapıldıktan sonra cıva düzeyinin hemen düşmemesi için civanın toplandığı haznenin üzerinde bir boğum bulunur. Tekrar ölçüm yapmak için termometreyi silkelemek gerekir.
Bu içerik internet kaynaklarından yararlanılarak sitemize eklenilmiştir
Ekleyen: Berke