Madde ve temel özellikleri

Madde ve temel özellikleri

   Uzayda yer kaplayan, hacmi, kütlesi, ve eylemsizliği olan herşeye madde denir. Maddeler içinde bulundukları sıcaklığa göre katı, sıvı, gaz halde olabilirler. (Buz, su ve buhar gibi...)

Katılar

   Belli şekil ve sabit bir hacmi olan ve eylemsizliğe uyan maddelere katı maddeler denir. Genellikle katıların molekül sayısı sıktır.

Sıvılar

   Belli bir şekli olmayıp, sabit bir hacmi olan ve konuldukları kabın şeklini alan ve akışkan olan maddelere sıvı madde denir.

Gazlar

   Gazların sabit şekilleri ve hacimleri yoktur. Gazlar içine konuldukları kabın şeklini alırlar ve hacimleri hapsedildikleri kabın hacmine eşittir Gazlar kolayca sıkıştırılabilir ya da genişletilebilir. İçimize çektiğimiz hava, yanan cisimlerden çıkan duman ve kaynayan sudan yükselen buhar gazlara birer örnektir.

Maddelerin altı ortak özellikleri vardır :

1.   Eylemsizlik              4. Tanecikli Yapı
2.   Hacim                      5.  Boşluklu Yapı
3.   Kütle                        6.  Elektrikli yapı

1. Eylemsizlik

   Bir maddenin sahip olduğu hareket ve şekil durumunu koruma meyline eylemsizlik denir. Arabanın üzerinde arabayla beraber giden bir cisim için , arabanın aniden yavaşlaması halinde cisim hareketini devam ettirmek ister ve arabadan ileri doğru hareket eder. Ayrıca arabanın aniden hızlanması sırasında geriye hareketimiz ve aniden fren yapınca da ileri doğru hareketimiz eylemsizlik prensibine uymamızdan dolayıdır.

2. Hacim

   Hacim, maddenin boşlukta işgal ettiği yerdir. Aynı yerde iki farklı madde aynı anda bulanamaz. Örneğin testiye su doldurursanız, testinin içindeki hava dışarı çıkar. Su dolu kaba bir cisim atıldığında, cisim sıvının yerini değiştirir. Hacim V ile gösterilir.

Düzgün Geometrik Şekilli Katıların Hacmi

1. Prizma şeklindeki bir katının hacmi, farklı üç boyutunun çarpımından bulunur.



2. Yarı çapı r olan kürenin hacmi ,                                                                                                 





Hacim birimleri uzunluk birimlerinin küpüdür.

(cm³ , m³ , dm³ , gibi...)

Ölçeklendirilmiş Kaplar Yardımıyla Hacim Ölçme

   Düzgün geometrik olmayan katı cisimlerin hacimleri, ölçeklendirilmiş (dercelendirilmiş) kaplar yardımıyla ölçülür. Atıldığında sıvıya batan ve içinde erimeyen bir cismin hacmi, yerini değiştirdiği veya taşırdığı sıvının hacmine eşittir.
Sıvıların hacmi ise dereceli kaplara konularak ölçülür.
   Gazların hacmi ise bulundukları kabın hacmine eşittir. Sabit sıcaklıkta gazların hacimleri basınçla ters orantılıdır. Sıvıların hacimlerinin basınç altında değişmediği kabul edilir. Katıların bir kısmının basınç altında hacmi değişir, bir kısmı ise basınçtan etkilenmez...

Belli Sıcaklık ve Basınçta Bir Gazın Hacmi Şöyle ölçülür...

   Gazın çözülemeyeceği bir sıvı seçilir...Dereceli kap içinde sıvı varken ters çevrilir. Hacmi ölçülecek olan gaz kaba alttan gönderilir. Aynı yerde iki ayrı madde aynı anda bulunamayacağından gaz dereceli kaptaki sıvıyı aşağı doğru iterek boşaltır. Dereceli kaptaki sıvı seviyesi, gazın hacim değerini gösterir.
   Gazların hacimleri basınç ve sıcaklık faktörlerinden etkileneceğinden basınç ve sıcaklık şartları altında verilir. ( 1 atmosfer basınç, 0 ˚C sıcaklık gibi...)

Kütle ve Terazi

Kütle :  Bir cismin içerdiği madde miktarına o cismin kütlesi denir. Kütle m  harfi ile gösterilir. Bir maddenin kütlesi, sıcaklık ve içinde bulunduğu yere göre değişmez. Dünyanın ve uzayın her yerinde kütle sabittir. Kütle eşit kollu terazi ile ölçülür. Günlük hayatta eşit kollu terazilerin pek çok çeşidini görebiliriz. Kütle birimleri, g-kütle (g-m) ve kg-kütle (kg-m) ‘dir.

Terazi :   Kütleleri kıyaslamaya yarayan basit bir ölçü aletidir. Güvenilir terazilerde kütleler kefelerin üzerinde farklı yerlere konsalar bile denge bozulmaz...

Eşit Kollu Terazi :  Eşit kollu terazi moment prensibine göre çalışır. Destek noktasına göre, cismin momentleri birbirini dengeler. Bir cismin kütlesi çekim ivmesine bağlı değildir. Ama çekim ivmesinin olmadığı yerde eşit kollu terazi çalışmaz...



Binicili Terazinin Duyarlığı

   Eşit kollu terazinin duyarlığını artırmak için, terazi kolunun üstünde hareket ettirilebilen ek ağırlıklar kullanılır. Bu ek ağırlıklara binici adı verilir. Binicinin kütlesi m gram ve terazinin bir kolu n kadar eşit bölmeye ayrılmış ise,  m / n oranı, binicinin ardışık iki bölme arasında hareketi durumunda sağlayacağı katkısının gram karşılığı değerini verir. Binici sağa doğru bir bölme daha kaydırılırsa sağ kefeye m / n kadar gram ilave edilmiş anlamına gelir. Eğer binici 3 bölme kaydırılmış ise, 3. m / n kadar gram ilave edilmiş olunur.
Bazı sorularda m / n oranı bilgi olarak verilir. Örneğin, binicinin ardışık iki bölme arasında yer değiştirmesi 1 grama karşılık geliyor denilmiş ise m / n = 1 olarak verilmiş demektir.

Örnek 1 :   Eşit kollu terazilerde, K cisimleri ile L cismi
Şekil - 2.2 deki gibi biniciler yardımıyla dengelenmiştir...

Bu terazide binicinin bir bölme hareketi 1 grama karşılık geldiğine göre, K cisminin kütlesi kaç gramdır?



Çözüm :   Terazi her iki durumda da dengede olduğundan,
                                 2K =   L + 2 . 1  ( Şekil 2.2 için )
                                   L =   K + 3 . 1  ( Şekil 2.3 için )
                                 2K =   K + 3 + 2
                                   K =   5 gram      bulunur.


Ağırlık

   Bir cisme, bulunduğu noktada etki eden kütle çekim kuvvetine o cismin ağırlığı denir. Ağırlık dinamometre denilen yaylı kantarla ölçülür...

Kütle ile Ağırlık Arasındaki Farklar

1.   Kütle skaler bir büyüklük, ağırlık vektörel bir büyüklüktür.
2.   Kütle cismin bulunduğu yere göre ve içinde bulunduğu sıcaklığa göre değişmez. Ağırlık ise bulunduğu yerdeki çekim kuvvetine göre değişir.
3.   Dünya için kütle ve ağırlık aynı rakamlarla ifade edilebilir, fakat birimleri farklıdır. Örneğin, dünyada bir cismin kütlesi 10 g-kütle ise, ağırlığı 10 g-kuvvet  ‘tir.
4.   Kütle ve ağırlığın her ikisi de ayırt edici özellik değildir.
5.   Kütle eşit kollu terazi ile ağırlık ise dinamometre ile ölçülür.

Öz kütle

Bir maddenin birim hacminin kütlesine öz kütle denir. Öz kütle d  ile gösterilir. Saf maddelerin öz kütleleri yani birim hacimlerinin kütle miktarları farklıdır. Normal koşullar altında ;

Saf Alüminyum 1 cm³ ü , 2.7 gram                                               Kütle                        m
Saf demirin 1 cm³ ü , 7.8 gram                                Öz kütle =   -------             d  =  --------
Saf civanın 1 cm³ ü , 13.6 gramdır.                                              Hacim                       V



Aynı şartlarda öz kütle, kütle ve hacmin miktarına bağlı değildir. Örneğin 10 cm³ aliminyum ile 20 cm³ alüminyumun özkütlesi aynıdır. Aynı sıcaklıktaki 1 gram demir ile 1000 gram demirin özkütlesi de aynıdır. Çünkü, fiziksel şartlar yani basın ve sıcaklık sabit iken kütle ile hacim doğru orantılıdır. Şekil 3.1 deki grafikte doğrunun eğimi sabit ve cismin öz kütlesine eşittir. Öyleyse, kütle – hacim grafiğinde eğim kütleyi verir...

Cismin Öz kütlesi İki Nedenden Dolayı Değişebilir

1.   Basıncın etkisiyle öz kütle değişebilir. Kütle sabit kalmak şartıyla basınçla madde sıkıştırılabilir ve hacim azalmasıyla da öz kütle artar.

2.   Sıcaklık sabitse kütle hacimle doğru orantılı olarak artar. Eğer kütle Şekil 3.2 (a) deki gibi ikinci dereceden artıyorsa ( m = d . V ) hem hacim artıyor hem de yoğunluk artıyordur. Yoğunluğun artması kütlenin soğuduğunu gösterir. Aynı şekilde, Şekil 3.2 (b) de kütlenin hacme göre azalması yoğunluğun azaldığını gösterir ki o da cismin ısınması anlamına gelir...



Şekil 4.1 deki Öz Kütle – Kütle Grafiğinde ;

1.durumda,    kütle sabit iken öz kütle artmıştır. O halde hacim azalmıştır. Hacmin azalması, ya  da
                      maddenin basınç etkisiyle sıkıştırıldığını gösterir.                                                         
2.durumda,    kütle artarken, öz kütle sabit kalmıştır. Demek ki kütleyle hacim doğru orantılı olarak
                      artmıştır. O halde cismin sıcaklığı değişmediği gibi, basınçla da hacim küçültülmesi
                      yapılmamıştır.
3.durumda,    kütle sabit iken öz kütle azalmıştır. Demek ki hacim artmıştır. Hacim artması cismin
                      cismin sıcaklığının arttığını yada üzerindeki basıncın azalmasını gösterir.
4.durumda,    öz kütle sabit iken kütle azalmıştır. Yani hacimde kütle ile orantılı olarak azalmıştır.
                      Bu da sıcaklıkla ve basınçta bir değişiklik olmadığını gösterir...



Karışımların Öz kütlesi

   Birbirine homojen olarak karışabilen sıvılıların karıştırılmasıyla, karışan sıvıların öz kütlelerinden farklı bir öz kütle elde edilir. Bir karışımın öz kütlesi, karışan sıvıların öz kütlelerine ve karışıma oranlarına bağlıdır.
   İki yada daha fazla sıvının karıştırılmasından meydana gelen karışımın öz kütlesi ;

                                                                Toplam Kütle
                            dkarışım  =  -------------------
                                                                Toplam Hacim
     
   
   Karışımın öz kütlesinin değeri, karışan sıvıların öz kütlelerinin arasında bir değerdir. Diyelim ki karışan maddelerin öz kütleleri 1,2,3, ve 4 g / cm ³ olsun. Karışımın öz kütlesi 1 ve 1 den küçük olmadığı gibi, 4 ve 4 den de büyük olamaz. Karışan iki maddenin öz kütlesi hacimce fazla karışan sıvının öz kütlesine daha yakın olur...

Özel Durumlar

1.   Bir homojen karışımı meydana getiren maddeler eşit hacimli ise, karışımın öz kütlesi karışan maddelerin öz kütlelerinin aritmetik ortalamasından bulunur. Öz kütleleri  d1 ve d2 olan sıvılarda eşit hacimde karıştırılmış ise karışımın öz kütlesi ;

                                                                         d1 + d2 
                                                                      dk = -----------
                                                                                    2
2.   Özkütleleri d1 ve d2 olan sıvılardan eşit kütle alınarak karıştırılmış ise, karışımın öz kütlesi ;

                                                                               2d1 . d2
                                                                      dk = ----------
                                                                                d1 + d2
                                                                                                    bağıntısından bulunur...





Katıların Öz kütlesinin Ölçülmesi

   Aynı maddeden yapılmış küplerin kütle – hacim değerleri aynıdır. Bu değer maddenin kütlesine veya hacmine bağlı değildir. Madde miktarı arttığında buna bağlı olarak hacim miktarı da artmakta, ama kütle – hacim oranı değişmemektedir. Farklı maddelerden yapılmış kütleler için bu oran farklıdır. İşte madde miktarına bağlı olmayan ve maddenin türüne göre değişen bu özellik maddeleri birbirinden ayırt etmede kullanılır.


Sıvıların Öz kütlesinin Ölçülmesi


   Sıvıların öz kütlesini bulabilmek için de sıvının hacminin ve kütlesinin bilinmesi gerekir. Sıvının hacmi dereceli silindir yardımıyla bulunur. Kütlesini bulmak için dereceli silindir önce boş tartılır (m1) sonra belli bir hacimde sıvı konularak tartılır (m2). İki tartım arasındaki fark sıvının kütlesini verir. Kütle – Hacim oranından sıvının öz kütlesi hesaplanır. Sıvıların hacimlerini ölçmek kütlelerini ölçmekten daha kolaydır. Bu nedenle sıvılar günlük hayatta hacimleri ölçüşülerek alınıp satılır.

Gazların Öz kütlesinin Ölçülmesi

Bir balonda bulunan oksijen gazının öz kütlesini nasıl ölçebileceğinizi düşününüz. Bu gazın öz kütlesinin ölçmek için gazın kütlesinin ve hacminin ölçülmesi gerekir. Ancak gazların kütle hacimlerini ölçmek katı ve sıvılarınkileri ölçmekten daha zordur. Çünkü gazlar elle tutulamaz ve hatta çoğunu görmek bile mümkün değildir.