İç enerji, ısı ve sıcaklık arasındaki ilişki; termometreler ve sıcaklık ölçekleri (Celsius, Fahrenheit, Kelvin); öz ısı ve ısı sığası; Q = m·c·ΔT; hâl değişimi ve gizli ısı (Q = m·L); sıcaklık-zaman grafikleri; günlük hayattan örnekler.
İç enerji, ısı ve sıcaklık
- İç enerji: Bir maddeyi oluşturan taneciklerin kinetik ve potansiyel enerjilerinin toplamı
- Sıcaklık: Taneciklerin ortalama kinetik enerjisinin ölçüsü; termometreyle ölçülür, birimi K (°C, °F)
- Isı: Sıcaklık farkından dolayı aktarılan enerji; birimi joule (J) (kalori de kullanılır: 1 cal ≈ 4,18 J)
⚠️ Isı bir enerji aktarımıdır, cisimde “bulunmaz”; cisimde iç enerji bulunur.
⚠️ Bir küvet ılık suyun iç enerjisi, bir bardak kaynar suyun iç enerjisinden büyük olabilir (tanecik sayısı çok).
Sıcaklık ölçekleri:
| Donma (su) | Kaynama (su) | |
|---|---|---|
| Celsius | 0 °C | 100 °C |
| Fahrenheit | 32 °F | 212 °F |
| Kelvin | 273 K | 373 K |
K = °C + 273 · °F = 1,8 · °C + 32
Öz ısı ve ısı sığası
Öz ısı (c): 1 g (veya 1 kg) maddenin sıcaklığını 1 °C artırmak için gereken ısı · ayırt edici özellik
Isı sığası (C = m · c): Bir cismin sıcaklığını 1 °C artırmak için gereken ısı · ayırt edici değil (kütleye bağlı)
Q = m · c · ΔT
| Madde | c (J/kg·°C) |
|---|---|
| Su | 4186 (≈ 1 cal/g·°C) |
| Buz | ≈ 2100 |
| Alüminyum | 900 |
| Demir | 450 |
| Bakır | 385 |
Örnek: 2 kg suyu 20 °C’den 70 °C’ye ısıtmak için → Q = 2 · 4186 · 50 ≈ 418 600 J
Öz ısının etkileri: Suyun öz ısısı büyük olduğu için denizler geç ısınıp geç soğur → kıyıların iklimi ılımandır. Kumsalda kum hızlı ısınır, deniz serin kalır.
Hâl değişimi ve gizli ısı
Hâl değişimi sırasında alınan/verilen ısı sıcaklığı değiştirmez, tanecikler arası bağları değiştirir.
Q = m · L (L: erime veya buharlaşma ısısı)
- Buzun erime ısısı ≈ 334 kJ/kg (80 cal/g)
- Suyun buharlaşma ısısı ≈ 2260 kJ/kg (540 cal/g)
Hâl değişimleri: erime ↔ donma, buharlaşma ↔ yoğuşma, süblimleşme ↔ kırağılaşma
- Erime noktası = donma noktası (saf maddede)
- Kaynama noktası dış basınca bağlıdır: yükseklerde basınç düşük → su daha düşük sıcaklıkta kaynar; düdüklü tencerede basınç yüksek → daha yüksek sıcaklıkta kaynar.
Grafik (−20 °C buzun ısıtılması): sıcaklık artar → 0 °C’de sabit (erime) → sıcaklık artar → 100 °C’de sabit (kaynama) → buhar ısınır
Kavramlar
- iç enerji
- taneciklerin toplam enerjisi
- öz ısı
- 1 g maddeyi 1 °C ısıtan ısı
- ısı sığası
- cismi 1 °C ısıtan ısı (m·c)
- gizli ısı
- hâl değişiminde alınan/verilen ısı
- süblimleşme
- katıdan doğrudan gaza geçiş
- Sıcaklık ortalama kinetik enerjinin ölçüsüdür
- Isı, sıcaklık farkıyla aktarılan enerjidir (J)
- K = °C + 273
- Q = m · c · ΔT; öz ısı ayırt edicidir
- Hâl değişiminde sıcaklık sabit kalır: Q = m · L
- Kaynama noktası dış basınca bağlıdır
Örnek soru ve çözümü
Kütleleri eşit su ve demir aynı ısıyı alıyor. Hangisinin sıcaklığı daha çok artar? Neden?
Demir. Q = m·c·ΔT’de Q ve m eşitse ΔT öz ısıyla ters orantılıdır; demirin öz ısısı (450) sudan (4186) çok küçük olduğu için sıcaklığı daha çok artar.
Çözümlü örnekler
1. 27 °C kaç K’dir? Kolay
Çözüm300 K.
2. 40 °C kaç °F’dir? Orta
Çözüm1,8 · 40 + 32 = 104 °F.
3. 0 °C’deki 500 g buzu tamamen eritmek için kaç kalori gerekir? (L = 80 cal/g) Zor
ÇözümQ = 500 · 80 = 40 000 cal.
Sık yapılan hatalar
- Isı ile sıcaklığı aynı sanmak.
- Hâl değişimi sırasında sıcaklığın arttığını düşünmek.
- Isı sığasını ayırt edici özellik sanmak.
Biliyor muydun?
Everest’in zirvesinde su yaklaşık 70 °C’de kaynar; bu yüzden orada makarna haşlamak çok uzun sürer!