İçindekiler
1Sıcaklık Nedir?
Sıcaklık, bir maddenin (sistem) parçaçıklarının ortalama kinetik enerjisinin ölçüsüdür. Yani, parçaçıklar ne kadar hızlı hareket etiyorsa, sıcaklık o kadar yüksektir. Sıcaklık bir skaler büyüklüktür ve termometre ile ölçülür.
Sıcaklık, enerjinin transfer edilme nedenidir. Sıcak bir cisim soğuk bir cismin yanına konulduğunda, enerji sıcak cisimden soğuk cisime akacak ve zamanla ikisi de aynı sıcaklığa ulaşacaktır. Buna termal denge denir.
Temel Kavramlar
Sıcaklık (T): Ortalama kinetik enerji (°C, K, °F)
Isı (Q): Enerji transferi (Joule, Kalori)
Termal denge: İki sistemin aynı sıcaklığa ulaşması
Sıfırıncı Termodinamik Yasası: Termal denge geçişkendir
Sıcaklık vs. Isı
Sıcaklık ve ısı farklı kavramlardır. Sıcaklık nesnenin maddesinin durumu (hareketi), ısı ise enerji transferidir. Bir madde yüksek sıcaklıkta olsa bile, eğer başka bir madde dengeye ulaştı ise ısı transfer olmaz.
2Sıcaklık Ölçümü ve Ölçekler
Celsius Ölçeği (°C)
Suyun donma noktası 0°C, kaynama noktası 100°C olarak tanımlanmıştır. En yaygın kullanılan ölçek. Türkiye'de bu ölçek kullanılır.
Kelvin Ölçeği (K)
Mutlak sıfır (küçük parçaçıkların hareket etmediği nokta) = 0 K olarak tanımlanmıştır. Bilimsel hesaplamalarda kullanılır. Bir Kelvin = bir Celsius derecesidir.
Fahrenheit Ölçeği (°F)
Suyun donma noktası 32°F, kaynama noktası 212°F. İngiltere ve ABD'de kullanılır (nadiren).
T(K) = T(°C) + 273
Celsius → Kelvin dönüşümü
T(°F) = (9/5) × T(°C) + 32
Celsius → Fahrenheit dönüşümü
Örnek
Oda sıcaklığı 25°C ise Kelvin cinsinden kaç derecedir?
T(K) = 25 + 273 = 298 K
Oda sıcaklığı 298 Kelvin'dir.
Referans Sıcaklıklar
Su donma noktası
0°C = 273 K
Su kaynama noktası
100°C = 373 K
Mutlak sıfır
-273°C = 0 K
Oda sıcaklığı
≈20°C ≈ 293 K
3Isı Kavramı
Isı (Q), sıcaklık farkı nedeniyle bir cisimden diğerine transfer olan enerjidir. Birimi Joule (J) veya kalori (cal)'dir. Isı sadece harekettedir, hiçbir cismin içinde depolanmaz.
Birim Dönüşümü
1 kalori (cal) = 4,18 Joule
1 kilokalori (kcal) = 1000 kalori = 4180 Joule
Gıdalardaki kaloriler aslında kilokaloridir!
Isı ve Sıcaklık Ayrımı
Bir bardak kaynar su ile bir havuz ılık su düşün. Havuzda daha fazla toplam enerji (ısı) var, ama bardak su daha yüksek sıcaklıkta. Enerji miktarı vs. yoğunluğu (sıcaklık) farklıdır.
4Özgül Isı
Özgül ısı, 1 kg maddenin sıcaklığını 1 °C artırmak için gerekli enerjidir. Birimi: J/(kg·°C) veya cal/(g·°C). Her maddenin özgül ısı farklıdır.
Q = m × c × ΔT
Q: ısı (J) | m: kütle (kg) | c: özgül ısı (J/kg°C) | ΔT: sıcaklık değişimi (°C)
Bazı Maddelerin Özgül Isıları
Su
4180 J/kg°C
Demir
460 J/kg°C
Bakır
390 J/kg°C
Altın
130 J/kg°C
Örnek
2 kg suyun sıcaklığını 20°C'den 60°C'ye çıkarmak için kaç Joule enerji gerekir?
Q = m × c × ΔT = 2 × 4180 × (60 - 20)
Q = 2 × 4180 × 40 = 334400 J
334400 Joule = 334,4 kJ enerji gereklidir.
5Hal Değişimleri
Maddeler katı, sıvı ve gaz olmak üzere üç hal alabilir. Belli sıcaklıklarda bu hallar birbirine dönüşür. Hal değişimleri sırasında sıcaklık sabit kalır!
Erime ve Donma
Erime: Katı → Sıvı (ısı gerekli)
Donma: Sıvı → Katı (ısı atılır)
Kaynama ve Yoğunlaşma
Kaynama: Sıvı → Gaz (ısı gerekli)
Yoğunlaşma: Gaz → Sıvı (ısı atılır)
Sublimleşme ve Desublimasyon
Sublimleşme: Katı → Gaz (ısı gerekli) - örn: nafthalin (paradichlorobenzene)
Desublimasyon: Gaz → Katı (ısı atılır) - örn: karbondioksit (kuru buz)
Q = m × L
Hal değişiminde gerekli ısı | L: ısıl ayrışma (J/kg)
Suyun Hal Değişiminde Isıl Ayrışma
Erime ısısı
334000 J/kg
Buharlaşma ısısı
2260000 J/kg
6Isı İletim Yolları
İletim (Konduction)
Isının madde içinde iletilmesidir. Parçaçıklar harekete geçer ve komşu parçaçıkları da hareket ettirirler. Katılarda en iyi iletilir. Metallar iyi iletkçi, ahşap ve plastik kötü iletkçi (isolatör).
Konveksiyon
Sıvı veya gazda maddenin yer yer hareket etmesiyle ısının taşınmasıdır. Sıcak hava/su yukarı çıkar, soğuk aşağı iner. Pencerenin yanında oturunca hava akımı ile soğuma buna örnektir.
Işınım (Radiation)
Isının elektromanyetik dalgalar (kızılötesi ışınları) yoluyla transferidir. Ortam gerekmez; boşlukta da yayılabilir. Güneş ısısı bu yolla bize ulaşır.
7Genleşme
Maddeler sıcaklık arttığında genleşir, azaldığında büzülür. Genleşme üç çeşittir:
Doğrusal (Lineer) Genleşme
ΔL = α × L₀ × ΔT
ΔL: uzunluk değişimi | α: lineer genleşme katsayısı | L₀: başlangıç uzunluğu
Yüzeysel Genleşme
ΔA = 2α × A₀ × ΔT
A: alan değişimi (yaklaşık)
Hacimsel Genleşme
ΔV = 3α × V₀ × ΔT (veya β = 3α)
β: hacimsel genleşme katsayısı
Genleşme Katsayıları (Örnek)
8Önemli Noktalar
Mutlaka Bilmen Gerekenler
- Sıcaklık parçaçıkların ortalama kinetik enerjisi, ısı ise enerji transferidir
- T(K) = T(°C) + 273 dönüşümü yapmalısın
- Özgül ısı: Q = m × c × ΔT (sıcaklık değişimi için)
- Hal değişimi sırasında sıcaklık sabit kalır: Q = m × L
- Isı üç yolla taşınır: İletim (katılar), konveksiyon (sıvı/gaz), ışınım (boşluk)
- Maddeler sıcaklık arttığında genleşir: ΔL = α × L₀ × ΔT
- Su anormal genleşir: 4°C'de yoğunluğu maksimum, 0°C'de buzlaşmada büzülür
Sık Yapılan Hatalar
- Özgül ısı formülünde sıcaklık değerleri yerine değişim (ΔT) yazmalısın
- Hal değişiminde enerji sorulursa sıcaklık formülü değil L formülü kullanılır
- Celsius ve Kelvin dönüşümünde 273 yanlış ekleme/çıkarma
- Isıl ayrışma değerlerini yanlış almak (sudan donma ısısını yanlış yazma)
- Genleşmede başlangıç uzunluğu yerine final uzunluğu kullanma
- Enerji birimi karışıklığı: Joule vs. Kalori dönüşümü
9Pratik Sorular
Öğrendiklerini test et! Aşağıdaki soruları çözmeye çalış.
Celsius cinsinden sıcaklığı 50°C olan bir maddenin sıcaklığı Kelvin cinsinden kaçtır?
3 kg suyun sıcaklığını 15°C'den 35°C'ye çıkarmak için kaç Joule enerji gereklidir? (c_su = 4180 J/kg°C)
500 g buzun 0°C'de tamamen erimesi için kaç Joule enerji gereklidir? (L_erime = 334000 J/kg)
100 m long bir demir çubuğun sıcaklığı 20°C'den 60°C'ye çıkarılıyor. Çubuğun uzunluğundaki değişimi bulunuz. (α_demir = 12 × 10⁻⁶ /°C)
30°C'de 2 kg kaynayan su ile 10°C'de 1 kg su karıştırılıyor. Son sıcaklık kaç °C olacaktır? (Enerji kaybı yok)