madde ve özellikleri 1
Transkript
madde ve özellikleri 1
MADDE ve ÖZELLİKLERİ KÜTLENİN ÖLÇÜLMESİ Madde Nedir? Kütle, bir cismin sahip olduğu madde miktarının bir ölçüsüdür. "m" ile gösterilir. SI birim sisteminde kütle birimi kilogram (kg) dır. Kütlesi, hacmi ve eylemsizliği olan varlıklara madde denir. Örneğin hava, su, toprak birer maddedir. Maddeler doğada katı, sıvı, gaz ve plazma hâlinde bulunur. Örneğin, suyun döngüsünde kar ya da dolu suyun katı hâli, yağmur sıvı hâli, bulut ise gaz hâlidir. Basınç ve sıcaklık değişimleri maddenin kütlesini değiştirmez. Küçük kütleli maddelerin tartımlarında kg' ın ast katları olan gram (g) ve miligram (mg) da yaygın olarak kullanılır. Maddelerin çoğunu görebiliririz. Su, taş, toprak, defter, kitap, sıra... vb. maddeler görebildiğimiz maddelerdir. Bazı maddeleri ise göremediğimiz hâlde duyu organlarımızla hissedebiliriz. Hava ve koku gibi maddeleri göremeyiz ama hissedebiliriz. Isı, ışık, ses, düşünceler ve fikirler ise madde değildir. Katı maddelerin şekil almış hâline cisim denir. Tüm maddeler atom denilen taneciklerden oluşur. Aynı tür atomlardan oluşan maddelere element, farklı atomlardan oluşan maddelere de bileşik denir. Maddelerin Ortak Özellikleri Maddelerin ortak özelliği, her maddede aynı olabilen özellik demektir. Maddelerin ortak özellikleri; 10 g = 1 dag , 100 kg = 1 q , Maddelerin Ayırt Edici Özellikleri X X X X X X X X X 100 g = 1 hg , 1000 g = 1 kg 1000 kg = 1 t Kefelerden birine kütlesi ölçülecek medde, diğerine ise birim kütleler konulur. Kollar yatay durumda dengeye geldiğinde maddenin kütlesi birim kütlelere eşit olur. Terazinin kolları üzerinde bulunan biniciler ise daha hassas ölçüm yapılmasına yardımcı olurlar. Binicinin terazinin bölmelendirilmiş kolu üzerinde bir aralık yer değiştirmesinin bulunduğu taraftaki kefeye etkisi, terazinin hassasiyetini verir. Her maddede farklı olan ve maddeleri birbirinden ayırt etmeyi sağlayan özelliklere maddelerin ayırt edici özellikleri denir. Ayırt edici özellikler madde miktarına bağlı değildir. Eşit kollu terazinin adından da anlaşıldığı gibi kolları eşit uzunlukta ve kefeleri özdeştir. Kefeler boş iken terazinin kolları yatay olarak dengededir. Tüm maddeler atomlardan oluştuğu için tanecikli ve boşluklu yapıdadır. Atomların özelliklerine göre, maddelerin boşluk miktarları maddeden maddeye farklılık gösterir. Kütle eşit kollu terazi ile ölçülür. Maddelerin kütleleri eşit kollu terazi ile ölçülürken birim kütle denilen bir miktar seçilir. Maddelerin kütleleri birim kütle olarak seçilen madde parçasının kütlesi ile karşılaştırılır. Her maddenin bir kütlesi ve hacmi vardır. Maddeler bulundukları ortamda durumlarını korumak ister. Maddelerin duruyorsa durmasına, hareket ediyorsa hızlarını ve yönlerini değiştirmeden hareketlerini devam ettirmesine maddelerin eylemsizlik özelliği denir. Kütle birimleri onar onar artar ve azalırlar. 1 g = 10 dg = 100 cg = 1000 mg 1. Kütle 2. Hacim 3. Eylemsizlik 4. Tanecikli yapıdır. Ağırlık, yerin cisme uyguladığı çekim kuvvetidir. G ile gösterilir. Ağırlık, yerçekimi ivmesine bağlı olduğundan değişkendir. Vektörel bir büyüklüktür. Dinamometre ile ölçülür. Birimi Newton(N) dur. Bir cismin kütlesi m, ağırlığı G ile gösterilirse ; G = m.g bağıntısı vardır. Burada kütle birimi kg, ağırlık birimi ise Newton (N) dur. g ise yerçekimi alan şiddetidir. g = 9,8 N/kg olup, ekvatordan kutuplara gidildikçe birazcık artar. X X 1 MADDELERİN HACMİ Katı Cisimlerin Hacimlerinin Ölçülmesi Maddelerin uzayda kapladığı yere hacim denir. Hacim V sembolü ile gösterilir. SI’ da hacim ölçüsü birimi m3 tür. m3, bir kenarı 1m olan küpün hacmidir. Kilometreküp (km3) Hektometreküp (hm3) Dekametreküp (dam3) 1- Geometrik Biçimli Cisimlerin Hacimlerinin Ölçülmesi Geometrik biçimli dikdörtgenler prizması, küp, silindir, piramit, küre, koni gibi katı cisimlerin hacimlerini hesaplayabilmek için önce cisimlerin boyutları ölçülür. Bu değerler hacim bağıntısında yerine konulur ve şeklin hacmi hesaplanır. Hacim = Taban alanı . Yükseklik Üst katları Metre küp (m3) Desimetreküp (dm3) Santimetreküp (cm3) Milimetreküp (mm3) Küp Ast katları a Hacim ölçüsü birimleri biner biner büyür, biner biner küçülür. Özellikle sıvılarda sıkça kullanılan bir başka hacim birimi ise litre (L) dir. a a 1 L = 1 dm3 = 1000 cm3 tür. 1 mililitre (mL) = 10-3 L = 1 cm33 c 1m3 = 1000 dm3 -3 1 dm3 = 1000 cm3 = 10 m3 -3 -6 1 cm3 = 1000 mm3 = 10 dm3 = 10 m3 -9 1mm3 = 10 m3 V=a.b.c b a Silindir ÖRNEK : 12 mm3 = ................... cm3 12 mm3 = ................... dm3 12 mm3 = ................... m3 3 m3 = .................... dm3 3 m3 = ................... cm3 3 m3 = ................... mm3 V = a.a.a = a3 ; 8 m3 = ....................... L ; 21 dm3 = ...................... mL ; 5 cm3 = ...................... m3 ; 0,1 dm3= ...................... mm3 ; 6 L = ..................... cm3 ; 4 mL= ....................... L V = . r2 . h h r Küre Sıvıların Hacimlerinin Ölçülmesi Sıvılar akışkandır ve belli bir şekilleri yoktur. Bulundukları kabın şeklini alırlar. Bu nedenle sıvıların hacmi dereceli silindir ya da litre kabı ile ölçülür. Birbirine karışmayan ve birbiri içinde çözünmeyen sıvılar bir kaba konulduğunda toplam hacim sıvıların ayrı ayrı hacimlerinin toplamına eşit olur. r 4 . r3 3 V= Koni, piramit gibi geometrik cisimlerin tepesi sivrilerek nokta halini almıştır. Tepesi sivri bu cisimle için de aynı kural uygulanır. Fakat bunların tepesi inceldiğinden sonuç 3’ e bölünür. Dereceli silindir Alkol - su karışımında durum böyle olmaz. Su ile alkol birbirine karıştırıldığında karışımın hacmi, su ile alkolün ayrı ayrı hacimlerinin toplamından küçük olduğu görülmektedir. Bu durum, sıvıların da içinde boşluk olduğunu ve çözücü sıvının bu boşlukları doldurduğunu gösterir. Koni Piramit h h r a V= Litre kabı 2 . r2 . h 3 V= a. b.h 3 b 2-Düzgün Biçimli Olmayan Cisimlerin Hacimlerinin Ölçülmesi Kuru Kumun Hacminin Ölçülmesi Dereceli kapta bulunan kuru kumun üzerine su döküldüğünde, su dereceli silindirdeki kum seviyesini geçiyorsa karışımın hacmi, su ve kuru kumun ayrı ayrı hacimlerinin toplamından daha küçük olur. Bunun nedeni, kuru kum taneciklerinin arasında hava boşluğu olması ve suyun bu boşlukları doldurmasıdır. Kaşık, taş parçası, kum gibi şekli düzgün olmayan katı maddelerin hacimlerinin ölçülmesinde, cisimlerle yer değiştiren sıvının hacminin ölçülmesinden yararlanılır. İki madde evrende aynı yeri işgal edemiyeceklerinden dolayı, bir taş parçası tamamen su dolu kaba atıldığında, sıvıda erimemek şartıyla, hacmine eşit hacimde su taşırır. Taşan suyun hacmi ölçülerek taşın hacmi bulunur. Tamamen dolu olmayan derceli bir kap içindeki sıvıya cisim atıldığında, cismin hacmi kadar hacimde sıvı yer değiştirir. Cisim atılmadan önce sıvı düzeyi V1, atıldıktan sonra sıvı düzeyi V2 düzeyine geliyorsa, cismin hacmi, Buna göre, kumun gerçek hacmi, karışımın hacminden suyun hacmi çıkarılarak bulunur. su Vkum = Vkarışım - Vsu Kum tanecikleri arasındaki havanın hacmi ise, kum ve havanın ayrı ayrı hacimlerinin toplamından, karışımın hacmi çıkarılarak bulunur. V1 Vhava = Vbeklenen- Vkarışım ÖRNEK 1: Dereceli silindirde bulunan 60 cm3 kuru kum üzerine 80 cm3 hacmindeki su eklenince toplam hacim 125 cm3 oluyor. Buna göre; a) Kum tanecikleri arasındaki havanın hacmi kaç cm3 tür? b) Kum taneciklerinin hacmi kaç cm3 tür? c) Kuru kumun hacimce % kaçı havadır? V2 V1 Vcisim = V2 - V1 eşitliğinden bulunur. a) 15cm3 b) 45cm3 c) %25 Bu hacim ölçme yöntemine sıvının yer değiştirmesi yöntemi denir. Böyle bir yöntemle düzgün geometrik biçimli cisimlerin de hacmi bulunabilir. Eğer katı bir cisim sıvı içine atıldığında çözünüyorsa, cismin gerçek hacmini bulamayız. Çünkü, katı cismin katı hâli ile sıvı hâlinin hacmi eşit değildir. İkinci neden ise, katı cismin içinde olabilecek hava boşluklarından dolayı eridiğinde hava, sıvıdan kabarcıklar halinde çıkar ve katı hacmi ile sıvı haldeki hacmi eşit olmaz. Bundan dolayı düzgün biçimli olmayan cisimlerin hacmi ölçülürken sıvı içinde çözünmemesi gerekir. ÖRNEK 2: 300 cm3 hacminde su, V hacmindeki kuru kuma katılmış ve karışımın toplam hacmi 600 cm3 olmuştur. ÖRNEK : Hacmi V kadar olan katı bir X cismi, içerisinde 45 cm3 çizgisine kadar su bulunan dereceli kaba konulduğunda su düzeyi Şekil -2 deki gibi 70 cm3 çizgisine kadar çıkıyor. Kuru kum tanecikleri arasında % 40 oranında hava olduğuna göre, kuru kumun V hacmi kaç cm3 tür? su su (V=500 cm3) 3 70cm 3 45cm X Gazların Hacimlerinin Ölçülmesi Buna göre, V kaç cm3 tür? Gazlar, içine konuldukları kabın tümünü doldurduklarından, gazların belirli bir hacmi olduğu söylenemez. Katı ve sıvıların ise belirli bir hacmi vardır. Bir gazın hacmi, içine konulduğu kabın hacmine eşittir. Örneğin; hacmi 1L olan bir kaptaki havanın hacmi de 1L dir. Bu kaptaki hava, hacmi 5L olan başka bir kaba aktarılırsa havanın hacmi de 5L olur. Gazların hacmi sıcaklık, basınç gibi dış etkenler vasıtası ile değişir. Örneğin; lastik balonun sıcak yerde hacmi büyür, soğuk yerde hacmi küçülür. (25 cm3) 3 ÖZKÜTLE Özkütle-Kütle ve Özkütle-Hacim Grafikleri Bir maddenin birim hacminin kütlesine özkütle denir. Özkütle d sembolü ile gösterilir. Özkütle = Kütle Hacim d= Arı haldeki bir maddenin, sıcaklığı ve üzerine etki eden basınç sabit ise; kütle-hacim grafiği doğrusal olarak değişir. Böyle bir durumda kütle arttıkça hacim de artar. m V 3 SI birim sisteminde kütle kg, hacim m olduğundan özkütlenin birimi kg / m3 şeklindedir. Özkütlenin birimi g / cm3 ya da g / L olarak da kullanılmaktadır. kütle hacim Kütle-hacim grafiğinin eğimi (tan ) özkütleyi verir. Sabit basınç ve sabit sıcaklıkta kütle-hacim grafiğinin eğimi de sabittir. özkütle Şekil-I de, kütlenin artmasına rağmen özkütlenin değişmemesi, maddenin hacminin de kütle ile orantılı olarak arttığı kütle anlamına gelir. Her maddenin sabit sıcaklık ve basınçta, kendine özgü sabit bir özkütlesi vardır. Bu nedenle özkütle, madde miktarına bağlı değildir, sadece madde türüne bağlıdır. Şekil-II de, hacmin artmasına rağmen özkütlenin değişmemesi maddenin kütlesinin de hacmi ile orantılı olarak arttığı anlamına gelir. Sabit basınç ve sıcaklık altında her maddenin özkütlesi farklıdır. Bu nedenle özkütle maddeler için ayırt edici bir özelliktir. özkütle hacim Aynı şartlarda özkütle, kütle ve hacim miktarlarına bağlı değildir. Çünkü, kütle arttıkça maddenin cinsine göre hacmi de artar, oran sabit kalır. Bir maddenin özkütlesini değiştirmek için ya basıncını, ya da sıcaklığını değiştirmek gerekir. Aynı şartlar altında özkütleleri eşit olan maddeler aynı madde olabilir. Özkütleleri farklı olan maddeler ise kesinlikle farklı maddelerdir. Kütle sabit kalmak şartıyla bir maddeye basınç uygulanırsa, madde sıkışacağından hacmi küçülür. Kütle sabit kaldığı için özkütlesi artar. Sıcaklık özkütleyi etkileyen bir faktör olduğu için, maddelerin aynı sıcaklıktaki özkütleleri karşılaştırılabilir. Farklı sıcaklıklarda özkütleleri eşit olan iki cismin, aynı sıcaklıkta özkütleleri eşit olmaz. Bir maddenin hâl değişimi olmayacak şekilde sıcaklığı artırılırsa, hacmi artar. Dolayısıyla kütle sabit kaldığından özkütlesi azalır. Sıcaklıkla özkütle ters orantılıdır. Bir cisim, özkütleleri farklı olan iki sıvı içerisinde, farklı miktarlarda batar. Cisim, özkütlesi küçük olan sıvıda daha fazla batarken, özkütlesi büyük olan sıvıda daha az batar. ÖRNEK 1: Kenar uzunluğu 2 cm olan küp şeklindeki bir cismin kütlesi 72 g olarak ölçülmüştür. Küpün yapıldığı maddenin özkütlesi nedir? (d=9 g/cm3) ÖRNEK 2: Ağzına kadar alkol dolu bir kaba, kütlesi 240 g, özkütlesi 2,4 g/cm3 olan bir taş atılırsa, kaptan taşan alkolün hacmi kaç cm3 olur? (V= 100 cm3) 4