İng. Water and Ice Thermodynamics

Maddenin, basınç, hacim, sıcaklık gibi makroskopik özelliklerini açıklayan, aralarında ilişki kuran ve bunları maddenin mikroskobik özellikleri olan atom ve moleküllerin hareketleri ile ilişkilendiren bilim dalına “termodinamik” denir. Termodinamik, maddenin katı, sıvı, gaz halleri ve hal dönüşümleri ile ilgilenir.

Faz, bir malzemenin fiziksel özelliklerinin her noktasında aynı olduğu bölgedir. Bir madde faz değişimine uğradığında (yani hal değiştirirken), genellikle enerji alır ya da verir.

Suyun buza dönüştüğü süreçte katı faza geçen su molekülleri açığa çıkan enerji sayesinde sıvının sıcaklığını arttırır. Aşırı soğutulmuş bir buz parçası ısıtıldığında, buzun sıcaklığı 0°C’ye ulaşıncaya kadar ısınır ve ardından bu sıcaklıkta erimeye başlar. Buzun suya dönüştüğü sıcaklığa “erime noktası” denir (bkz. donma noktası). Buz-su karışımının sıcaklığı, tüm buz suya dönüşünceye kadar 0°C’de sabit kalır (bkz. buz kristalizasyonu). Isıtma devam ettiğinde eriyen suyun sıcaklığı 100°C ulaşana kadar yükselir, buharlaşmaya başladığında yani buhara döndüğünde (suyun gaz halindeki fazı); bu sıcaklığa “kaynama noktası” denir. Suyun buharlaştığı süreçte, buharlaşan moleküller sıvının çekici kuvvetlerinden kaçarken kinetik enerjide oluşan artış, sıvının sıcaklığındaki düşüş olarak yansır. Faz değişimini başlatmak için gerekli olan enerji suyun iç termal enerjisinden alınmaktadır, bu da sıvının daha düşük bir sıcaklığa doğru soğumasına sebep olur. Yine, su-buhar karışımı, tüm sıvı su buhara dönüşene kadar 100°C sıcaklıkta kalır. Kaba daha fazla ısı aktarılması durumunda ise buharın sıcaklığı yükselir.

Hal değişikliği sırasında karışımın sıcaklığının sabit kaldığını bilmek önemlidir. Bunun sebebi karışıma aktarılan enerjinin, sıcaklığı arttırmak yerine moleküler bağlarını kırmaya harcanmasıdır. Birçok madde, ısı uygulandıkça, her hal değişiminde sıcaklık sabit kalacak şekilde benzer davranışta bulunur.