Özgül Isı (Öz Isı, Isınma Isısı) Nedir ?
Geceleri neden denizler karalardan sıcak olur ? Metaller neden her zaman çabuk ısınır ve çabuk soğur ? İşte bu soruların cevapları özgül ısı veya öz ısıda gizli gelin hep beraber bu kavramı inceleyelim.
Özgül Isı (Öz Isı) Tanımı ve Özellikleri
Birbirinden farklı materyallerin sıcaklıklarını 1 derece arttırmak için farklı miktarlarda ısı enerjisi uygulamak gerekir. Örneğin 1 kg demirin sıcaklığını 20 dereceden 30 dereceye kadar çıkarmak için 4.5 kJ miktarında bir ısı enerjisi gereklidir. Öte yandan 1 kg suyun sıcaklığını 10 derece arttırmak isterseniz 41.8 kJ’lük bir ısı enerjisine ihtiyacınız vardır.
Bunun nedeni de suyun enerji depolama kapasitesi demire göre oldukça yüksek, demirin ısı iletkenliği de suya göre oldukça yüksektir. Yani bir maddenin sıcaklığını arttırabilmek için önce o maddenin ısı depolama kapasitesinden daha fazla enerji uygulamanız gerekmektedir. Kısacası maddelerin enerji depolama kapasitesini belirten kavrama özgül ısı, öz ısı veya ısınma ısısı denir.
Özgül Isı (Öz Isı) Birimi
Özgül ısı ya da öz ısı, bir maddenin birim kütlesinin sıcaklığının 1 derece arttırılması için gerekli enerji olarak tanımlanabilir. Öz ısı için genellikle kullanılan birimler; kj/ (kg. °C) , kj / (kg.K)’dir. Bu iki birim aynıdır çünkü öz ısı sıcaklık farkına bağlıdır ve ΔT = ΔK olduğundan bu birimler arasında bir fark yoktur. Öz ısı bazen mol miktarı ile belirtilebilir o zamanda birimi kJ/kmol.°C veya kJ/kmol.K’dir.
Özgül Isı Formülü
Öz ısı birimine baktığımız zaman enerji, kütle ve sıcaklığa göre değiştiğini görürüz. Termodinamik ve ısı transferinde sıkça kullanılan termal enerji denklemiyle öz ısı formülü türetilebilir.
Q = m . c . ΔT
- Q = Termal Enerji (J)
- m = Kütle (kg)
- c = Öz ısı (kj/ kg.°C , kj/kg.K)
- ΔT = Sıcaklık Farkı (°C ,K)
Öz ısı formülü de aşağıdaki gibi olur.
c = Q / m.ΔT
Sabit Hacimde ve Basınçta Özgül Isı
Özgül ısı; enerji, kütle ve sıcaklığa bağlı bir değişkendir. Termodinamikten aşina olduğumuz iki tür öz ısı vardır. Bunlar; sabit basınçta öz ısı CP ve sabit hacimde öz ısı CV .
Sabit hacimde öz ısı CV , maddenin birim kütlesinin sabit hacimde 1 derece yükseltilmesi için gerekli enerji olarak tanımlanabilir. Aynı işlem sabit basınç altında yapılırsa da gerekli enerji sabit basınçta öz ısı CP olur.
CP her zaman CV ‘den büyük olur. Çünkü sabit basınçta yapılan iş daha fazla enerji gerektirir.
Isı İletkenliği ve Özgül Isı
Her maddenin kendisine göre enerji depolama kapasitesi vardır. Bilindiği gibi metaller çabuk ısınır ve çabuk soğur. Bir metali ısıtmak için çok fazla bir enerji sarf etmeniz gerekmez bunun nedeni ise ısı iletkenliklerinin yüksek olmasıdır. Bu yüzden de ısıyı uzun süre tutamazlar ve özgül ısıları düşüktür. Su da ise bu durum tam tersidir. Su, metallere göre geç ısınır ve geç soğur. Suyun ısıl iletkenliği de düşüktür ancak metallere göre özgül ısısı yüksektir.Kısacası ısı iletkenliği ile özgül ısı ters orantılıdır.
Aşağıdaki tabloda bazı maddelerin öz ısı ve ısıl iletkenlik değerlerini görebilirsiniz.
Bazı Maddelerin Öz Isı ve Isı İletkenlik Katsayı Değerleri
| Madde | Öz Isı ( kj / kg.°C ) | Isı İletkenlik Katsayısı (W/m.°C) |
| Su | 4.18 | 0.6 |
| Hava | 1.046 | 0.024 |
| Demir | 0.45 | 80.2 |
| Bakır | 0.38 | 401 |
| Alüminyum | 0.9 | 237 |
| Civa | 0.138 | 8.54 |
| Gümüş | 0.236 | 429 |
| Altın | 0.13 | 317 |
| Elmas | 0.5 | 2300 |
| Tahta | 1.674 | 0.13 |
| Cam | 0.83 | 0.78 |
Yukarıdaki tablodan da görüldüğü üzere ısı iletkenliği yüksek olan maddelerin öz ısıları düşük, özgül ısı değerleri yüksek olanların da ısıl iletkenlik katsayıları düşüktür.
Kaynak: Mühendislik Yaklaşımıyla Termodinamik Yunus A. Çengel
Emre hocam yukarıdaki (https://muhendistan.com/ozgul-isi-oz-isi-nedir/) sayfasındaki özısı ile ısı iletkenliği katsayısı karşılaştırması yaptım ben de . Evet genelde ters orantılı ama Alüminyum-Civa ve su-hava karşılaştırmasında tutmuyor.
Sebebi ne acaba?
Teşekkürler
Merhabalar Tayfun Bey,
Nasıl bir tutarsızlık söz konusu biraz daha açabilir misiniz? Teşekkür ederiz.
Merhaba “ısı iletkenliği ile özgül ısı ters orantılıdır” yazmışınız. Bu çıkarımı hangi bilimsel bilgiye dayanarak yazdınız? Ben başka kaynaklara baktım ancak böyle bir çıkarıma rastlamadım. Teşekkürler.
Merhabalar, öncelikle yararlandığım kaynak: Yunus A. Çengel. “Mühendislik Yaklaşımıyla Termodinamik” ayrıca tabloda belirtilen maddelerin özelliklerine bakarak da ısıl iletkenliği yüksek olan maddeler ısıyı daha az depoladığını görebilirsiniz. Mantık yürütürseniz de bir maddenin çok iyi bir ısıl iletken olması için ısıyı bünyesinde çok uzun süre tutmaması gerekir.
Emre bey cevabınız için teşekkür ederim. Ancak listeye baktığımızda altın-bakır ya da elmas-bakır kıyaslamasında ters orantı görünmüyor. Üstteki yorumda Tayfun bey de bu durumu sormuş. Hava-su civa-alüminyum kıyasında da benzer bir durum var. Paylaştığınız tablodaki bilgiler doğru ise “ısı iletkenliği ile özgül ısı ters orantılıdır” ifadesi tablodaki bilgilerle çelişiyor.
Aslında o ifadeler de gayet doğru, sonuçta dikkat ederseniz ısıl iletkenliği yüksek olanın özgül ısısı düşük, özgül ısısı yüksek olanın da ısıl iletkenliği düşük. Tabloda buna uygun. Belki cümle “ısı iletkenliği ve özgül ısı birbirleriyle ters orantıldır” demek daha doğru olabilir. Ama burada bir çelişki ben göremedim. Hava ile suyu değil, iletkenlikle özgül ısıyı kıyaslıyoruz. Burada altını çizdiğim nokta ısıl iletkenliği yüksek olan maddelerin özgül ısılarının, iletkenlik değerine göre çok daha düşük olması gerekliliği. Siz bir maddenin ısıl iletkenliğini arttırmak isterseniz özgün ısı değerini düşürmeniz gerekiyor.
LGS ye hazırlanan 8. Sınıf öğrencilerinin kaynaklarda karşısına bu durumla ilgili sorular çıkıyor. Örneğin, aynı sıcaklık ve kütleye sahip K ve L küreleri ince bir mum tabakasına bırakılıyor. Diyelim ki önce K küresi düşüyor( o zaman K nin ısı iletkenliği daha yüksek). Bu durumda K ve L kürelerinin öz ısıları hakkında kesin bir kanaat getirebilir miyiz? Benim sorguladığım olay aslında bu. Bu sebeple maddeleri kendi içinde kıyaslıyorum. Sonuçta “İki madde içinde ısı iletkenliği yüksek olan maddenin öz ısı değeri kesinlikle diğer maddeden küçüktür” yargısı doğru olmuyor.
Merhabalar. Düşük alaşımlı bir çeliğin özgül ısı kapasitesini nasıl bulabilirim? Çeliğin spektral analiz sonucu elimde var.