Isı ve sıcaklık günlük hayatta karıştırılır; fizikte farklı kavramlardır. Sorular çoğunlukla formül ve grafik yorumlamaya dayanır.
Isı ve sıcaklık
- Sıcaklık: Taneciklerin ortalama kinetik enerjisinin ölçüsüdür; termometre ile ölçülür. Birimi °C, K (kelvin).
- Isı: Sıcaklık farkından dolayı bir maddeden diğerine aktarılan enerjidir; birimi joule (J) ve kalori (cal). 1 cal = 4,18 J.
- Isı, sıcak cisimden soğuk cisme akar; ısıl denge sağlanana kadar sürer.
- Kelvin ve Celsius: T(K) = t(°C) + 273.
Öz ısı ve ısı sığası
- Öz ısı (c): 1 gram maddenin sıcaklığını 1 °C artırmak için gereken ısıdır. Birimi J/g·°C veya cal/g·°C. Suyun öz ısısı 1 cal/g·°C (4,18 J/g·°C) olup yüksektir.
- Isı sığası (C): Bir cismin sıcaklığını 1 °C artırmak için gereken ısıdır. C = m·c.
- Öz ısı maddenin ayırt edici özelliğidir (madde miktarına bağlı değildir); ısı sığası kütleye bağlıdır.
Isı hesaplama formülleri
- Sıcaklık değişimi: Q = m · c · ΔT (m: kütle, c: öz ısı, ΔT: sıcaklık farkı).
- Hâl değişimi sırasında: Q = m · L (L: erime veya buharlaşma ısısı). Hâl değişirken sıcaklık sabittir.
- Isıl denge (karışım): Sıcak cismin verdiği ısı = soğuk cismin aldığı ısı (ısı kaybı yoksa).
- Örnek: 200 g su 20 °C’den 60 °C’ye ısıtılırsa Q = 200 · 1 · 40 = 8000 cal.
Hâl değişimi
- Erime / donma: katı ↔ sıvı; buharlaşma / yoğunlaşma: sıvı ↔ gaz; süblimleşme: katı → gaz; kırağılaşma: gaz → katı.
- Hâl değişimi sırasında sıcaklık değişmez; verilen ısı tanecikler arası bağları koparmak için harcanır.
- Suyun erime sıcaklığı 0 °C, kaynama sıcaklığı 1 atm’de 100 °C. Basınç arttıkça kaynama noktası yükselir.
- Isıtma grafiği: Eğimli kısımlar sıcaklık artışını, yatay kısımlar hâl değişimini gösterir.
Genleşme
- Isınınca cisimlerin boyutları artar (genleşme), soğuyunca küçülür (büzülme).
- Katılarda: boyca (uzama), yüzeyce, hacimce genleşme.
- Sıvılarda: yalnızca hacimce genleşme.
- Su anomalisi: Su 4 °C’de en yoğun hâldedir; 0 °C’de donunca hacmi artar, bu yüzden buz suda yüzer.
Sınavda dikkat
- Hâl değişiminde sıcaklık sabit, sıcaklık değişiminde ise Q = m·c·ΔT kullanılır.
- Aynı ısıyı alan iki farklı maddede öz ısısı küçük olanın sıcaklığı daha çok artar.
- Isıl denge sorularında sıcaklık eşitlenir; “verilen = alınan” denklemi yazılır.
Sık sorulan sorular
Isı ile sıcaklık arasındaki fark nedir?
Sıcaklık taneciklerin ortalama kinetik enerjisinin ölçüsüdür; ısı, sıcaklık farkı nedeniyle aktarılan enerjidir.
Q = m·c·ΔT neyi hesaplar?
Sıcaklığı ΔT kadar değişen m kütleli, c öz ısılı bir maddenin aldığı ya da verdiği ısıyı.
Hâl değişimi sırasında sıcaklık neden değişmez?
Verilen ısı tanecikler arasındaki bağları koparmak (veya oluşturmak) için kullanılır, kinetik enerjiyi artırmaz.
Su anomalisi nedir?
Suyun 4 °C’de en yoğun olması ve donunca hacminin artmasıdır.