Gizli ısı, bir maddenin fazındaki değişikliklerle ilgilidir. Spesifik olarak faz katı, gaz veya sıvı arasında değiştiğinde bir maddeden salınan veya emilen enerji olarak tanımlanmaktadır. Aynı zamanda, tüm sistemin sıcaklığını yükseltmeden bir maddeye verilen veya bu maddeden çıkan gizli enerjidir. Her madde katı, sıvı ve gaz iki tür enerjiden oluşmaktadır. Biri parçacıkların hareketinden kaynaklanan kinetik enerjidir, diğeri ise bu parçacıkların sistemdeki konumuna karşılık gelen potansiyel enerjidir. Farklı maddelerle ilgili bir başka bilgi ise yapılarının fazlarına göre değişmesidir.
Örneğin, su düşünüldüğünde katı fazında buz, gaz halinde ise buhar olarak bilinmektedir. Buzdaki su molekülleri birbirine çok yakındır, bu da kesin şekline karşılık gelmektedir. Dahası, buzdaki moleküller daha yüksek bir mukavemet ile birbirine bağlandığından, kinetik enerji de minimumdur. Öte yandan, su molekülleri buhar formunda çok uzaktadır, bu nedenle buhar fazındaki moleküllerin kinetik enerjisi maksimum olmaktadır. Bir maddenin sıcaklığını yükseltmeden fazını değiştirmek için gereken ısıya gizli ısı denmektedir. Kelimenin tam anlamıyla, bu terim gizli anlamına gelmektedir çünkü bu nedenle, bu enerji bir faz değişikliği gerçekleşene kadar moleküller içinde gizlemektedir. Dikkat edildiğinde su durumunda, faz değişimine neden olmak için ısı yeterli olmaktadır. Örneğin, bir tencereye su döküp gaz ocağı açıldığında, su anında kaynamaya başlamaz, bunun yerine, birkaç dakika geçtikten sonra kabarcıklar oluşmaya başlar ve tencere bir kapakla kapatıldığında, en yakın süre de kapak buharla kaplanmaktadır.
Buz erir ve sıvı su haline gelirse yani, bir faz değişimi sırasında ısı transferinden sıcaklık değişimi olmamaktadır. Örneğin, Güneş tarafından ısıtılan bir çatı üzerinde eriyen buz sarkıtlarından damlayan su düşünüldüğünde, tersine su, düşük sıcaklıktaki çevre tarafından soğutulan bir buz tepsisinde donmaktadır.
Katı maddeyi eritmek için enerji gereklidir, çünkü katıdaki moleküller arasındaki yapışkan bağlar parçalanmalıdır, böylece moleküller karşılaştırılabilir ve kinetik enerjilerde hareket edebilirler; dolayısıyla sıcaklıkta bir artış olmamaktadır. Benzer şekilde, sıvıyı buharlaştırmak için enerjiye ihtiyaç vardır, çünkü sıvıdaki moleküller çekici kuvvetlerle birbirleriyle etkileşime girmektedir. Faz değişimi tamamlanıncaya kadar sıcaklık değişimi olmamaktadır. Başlangıçta 0 ° C’de bir bardak limonata sıcaklığı, tüm buz eriyene kadar 0 ° C’de kalmaktadır. Tersine, enerji donma ve yoğuşma sırasında, genellikle termal enerji biçiminde salınmaktadır. Moleküller bir araya getirildiğinde yapışma kuvvetleri tarafından yapılır ve bir arada kalabilmeleri için karşılık gelen enerjinin dağıtılması gerekmektedir. Bir faz değişikliğinde yer alan enerji iki ana faktöre bağlıdır, bunlarda bağların veya kuvvet çiftlerinin sayısı ve gücü. Bağların sayısı moleküllerin sayısı ve dolayısıyla numunenin kütlesi ile orantılıdır. Kuvvetlerin gücü ise moleküllerin türüne bağlıdır.
Faz Geçişleri
Faz geçişleri, sıvı oluşturmak için katıdaki moleküller arasındaki çekici kuvvetlerin kısmen üstesinden gelmek için enerji gerekmektedir. Aynı enerji dondurmanın gerçekleşmesi için de giderilmelidir. Moleküller, sıvıdan buhara giderken büyük mesafelerle ayrılmaktadır ve moleküler çekiciliğin üstesinden gelmek için önemli enerji gerekmektedir. Yoğuşmanın gerçekleşmesi için aynı enerji uzaklaştırılmalıdır ve faz değişimi tamamlanıncaya kadar sıcaklık değişimi olmamaktadır.
Buzun Isıtılması
Buzun ısıtılması, faz değişikliklerinde önemli miktarda enerji yer almaktadır. Örneğin, 0 ° C’de
bir kilogram su elde etmek ve 0º C’de bir kilogram buzu eritmek için ne kadar enerji gereklidir. Sıcaklıktaki değişiklik ve su değeri için denklemi kullanarak (334 kJ/kg), Q = mLf = (1.0kg) (334kJ/kg) = 334kJ’nin bir kilogram buz eritmek için enerjiye ihtiyaç duyulmaktadır. Bu, 1 kg sıvı suyun sıcaklığını 0ºC’den 79,8ºC’ye yükseltmek için gereken aynı miktarda enerjiyi temsil ettiği için çok fazla enerjidir. Suyu buharlaştırmak için daha da fazla enerji gerekmektedir ve normal kaynama noktasında (atmosferik basınçta 100ºC) 1 kg sıvı su buharı değiştirmek 2256 kJ alacaktır. Bu örnek, bir faz değişikliği için enerjinin, bir faz değişikliği olmadan sıcaklık değişiklikleriyle ilişkili enerjiye kıyasla çok büyük olduğunu göstermektedir.
Faz değişimleri muazzam bir stabilize edici etkiye sahiptir. Başlangıçta -20 ° C’de buz örneğine sabit bir oranda ısı eklemeyi düşünüldüğünde, başlangıçta buzun sıcaklığı doğrusal olarak yükselir ve 0 ° C’ye ulaşana kadar ısıyı 0,50 cal/C sabit bir oranda emmektedir. Bu sıcaklıkta bir kez, tüm numune eriyene kadar buz erimeye başlar ve toplam 79,8 cal/g ısıyı emer. Bu faz değişikliği sırasında sıcaklık 0 ° C’de sabit kalmaktadır. Tüm buzlar eridikten sonra, sıvı suyun sıcaklığı yükselir, ısıyı 1.00 cal/C’lik yeni bir sabit hızda emmektedir, ayrıca belirli ısıların faza bağlı olduğu unutulmamalıdır. Tüm sıvı buhar haline geldiğinde, 100ºC’de su kaynamaya başlamaktadır ve bu faz değişikliğini tamamlamak için su 539 cal/g ısı emene kadar sıcaklık tekrar sabit kalmaktadır.
Isıtma ve Faz Su Değişimleri
Isıtma ve faz su değişimleri, eklenen enerjiye karşı sıcaklık grafiğidir. Sistem, buz sıvı su haline gelmek için ısınırken buhar buharlaşmayacak ve buharlaşma meydana geldiğinde, buhar sistemin içinde kalacağı şekilde yapılandırılmıştır. 0ºC ve 100ºC’deki sabit sıcaklık değerlerinin uzun uzanmaları, sırasıyla büyük erime ve buharlaşma gizli ısısını yansıtmaktadır.
Gizli Füzyon Isısı Nedir?
İki bardak soda düşünüldüğünde, A bardak soğuk sodaya sahipken, B bardak buz küpleri içeren sodaya sahipse, açıkçası B olan daha uzun süre soğuk kalmaktadır. Bu, füzyonun gizli ısısının devreye girdiği yerdir. Katı maddeyi sıvıya dönüştürmek için gereken ısı veya tam tersi olarak tanımlanmaktadır. Belirtilmesi gereken önemli bir nokta, bu değişikliğin sıcaklığı değiştirmeden de gerçekleşmesidir. Bir katı bir sıvıyı dönüştürmeye çalışıldığında, sisteme ısı sağlanmalıdır. Öte yandan, sıvı bir katıya dönüşeceği zaman, gizli füzyon ısısı verilmektedir. Buzdaki gizli füzyon ısısı, spesifik ısısından çok daha yüksektir, bu nedenle bir içeceği daha uzun süre serin tutmaktadır. Ek olarak, buz ve sudaki gizli ısının yüksek değeri de buzun yavaş erimesinden sorumludur.
Gizli Buharlaşma Isısı nedir?
Gizli buharlaşma ısısı, sıvıyı buhara dönüştürmek için gerekli olan enerji miktarıdır. Belirtildiği 
gibi, su muazzam miktarda gizli ısı tutabilmektedir. Gizli buharlaşma ısısından dolayı, buhar yanıklarının sıcak suyun neden olduğu yanıklara kıyasla çok tehlikeli olduğu düşünülmektedir. Çünkü buhar kişinin elini yaktığında, yoğunlaşmaya başlamaktadır. Bu nedenle, sıcak suyun basitçe yapmadığı bu yoğunlaşma için daha da fazla enerji kullanmaktadır. Sonuç olarak, bu faz değişikliği nedeniyle buharlı su yanıkları son derece tehlikelidir.
Sıcaklık Değişmezse, Uygulanan Isı Nereye Gider?
Makale boyunca, gizli ısının sıcaklıkta bir değişiklik yaratmadığı belirtildi, bu yüzden bir tava su ısıtıldığında, sıcaklık hemen yükselmemektedir. Çünkü uygulanan ısının, ilk önce fazını değiştirmek için ortamın bağlarını kırmak için kullanılmasıdır. Sudaki parçacıklar birbirine çok yakın olduğu için, dış ısı bağları koparmakta, kinetik enerjiyi arttırmakta ve sıvıyı buhara dönüştürmektedir.
Kaynakça:
ncas.ac.uk
socratic.org
brainly.in
nature.com
Yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu