- Sıcaklığı tanecik hareketiyle açıklamak ve Celsius ile Kelvin arasında dönüşüm yapmak
- Bir maddeyi ısıtmak için gereken ısı miktarını hesaplamak
- İletim, konveksiyon ve ışımayı ayırt etmek
Sıcak çaya konan metal kaşık çabucak ısınır, tahta kaşık ise neredeyse hiç ısınmaz. Yazın Hazar Denizi'nin suyu havadan çok daha yavaş ısınır. Bunları anlamak için sıcaklık ve ısının ne olduğunu ve nasıl farklılaştığını bilmemiz gerekir.
Sıcaklık neyi gösterir?
Bütün maddeler sürekli ve düzensiz hareket eden küçük taneciklerden, yani atom ve moleküllerden oluşur. Buna ısıl hareket denir. Sıcaklık, taneciklerin ne kadar hızlı hareket ettiğini gösterir: cisim ne kadar sıcaksa molekülleri o kadar hızlı hareket eder.
Günlük hayatta sıcaklığı Celsius ölçeğiyle ölçeriz: normal açık hava basıncında buz 0 °C'de erir, su 100 °C'de kaynar. Fizikte Kelvin ölçeği de kullanılır. Bu ölçeğin sıfırı olan mutlak sıfır (−273 °C), ısıl hareketin en zayıf olduğu sıcaklıktır; hiçbir şey bunun altına soğutulamaz.
- TKelvin ölçeğine göre sıcaklık, K cinsinden
- tCelsius ölçeğine göre sıcaklık, °C cinsinden
Örneğin 20 °C = 293 K; sıcaklık farkı ise iki ölçekte de aynıdır.
İç enerji ve ısı miktarı
Bir cismi oluşturan bütün taneciklerin hareket ve etkileşim enerjilerinin toplamına iç enerji denir. İç enerji iki yolla değiştirilebilir: iş yaparak (ellerini birbirine sürtünce ısınır) ya da ısı alışverişiyle (kaynar suya konan kaşık ısınır). Isı alışverişinde cismin aldığı ya da verdiği enerjiye ısı miktarı (Q) denir ve o da joule ile ölçülür.
- Qısı miktarı, J cinsinden
- cmaddenin öz ısısı, J/(kg · °C) cinsinden
- mkütle, kg cinsinden
ΔT — sıcaklık değişimi (son − ilk), °C cinsinden
| Madde | c, J/(kg · °C) |
|---|---|
| Su | 4200 |
| Buz | 2100 |
| Alüminyum | 920 |
| Demir | 460 |
| Bakır | 400 |
Çaydanlıktaki 2 kg suyu 20 °C'den kaynama sıcaklığına (100 °C) kadar ısıtmak için ne kadar ısı gerekir?
Çözümü gösterÇözümü gizle
Q = m · c · ΔT = 2 · 4200 · 80 = 672 000 J = 672 kJ.
1 kg suya ve 1 kg demire aynı miktarda, 42 000 J ısı veriliyor. Her birinin sıcaklığı kaç derece artar?
Çözümü gösterÇözümü gizle
Su: ΔT = 42 000 / (1 · 4200) = 10 °C.
Demir: ΔT = 42 000 / (1 · 460) ≈ 91 °C.
Demirin öz ısısı çok daha küçük olduğu için sıcaklığı sudan yaklaşık 9 kat fazla artar.
Isı nasıl aktarılır?
Isı her zaman sıcak cisimden soğuk cisme geçer ve sıcaklıklar eşitlenince durur. Bunun üç yolu vardır:
- İletim — enerji tanecikten taneciğe aktarılır, maddenin kendisi yer değiştirmez. Metaller iyi, tahta, hava ve yün ise kötü iletkendir.
- Konveksiyon — ısınan sıvı ya da gaz yükselir, soğuk olanı alçalır. Kalorifer peteği odayı böyle ısıtır.
- Işıma — enerji ışınlarla taşınır ve boşluktan bile geçebilir. Güneş'in ısısı Dünya'ya böyle ulaşır.
Önemli noktalar
- Sıcaklık, taneciklerin ısıl hareketinin hızını gösterir; T = t + 273.
- İç enerji iş yapılarak ya da ısı alışverişiyle değişir.
- Isıtmak için gereken ısı: Q = m · c · ΔT.
- Suyun öz ısısı büyüktür: 4200 J/(kg · °C).
- Isı iletim, konveksiyon ve ışıma yoluyla aktarılır.
Kendini test et
10 soru. Her doğru cevap XP kazandırır.