Aynı ısı,
farklı
sıcaklık
Deniz yazın zor ısınır, kışın zor soğur; kumsal ise öğlen ayağını yakar akşam serinler. İkisi de aynı güneşi alır. Farkı yaratan tek şey öz ısı — bu ünitenin ayırt edici kahramanı.
Öz ısı, bir maddenin hâl değiştirmemek şartı ile birim (1 g) kütlesinin sıcaklığını 1 °C artırmak ya da azaltmak için maddeye verilmesi veya maddeden alınması gereken ısı miktarıdır. Öz ısı, özgül ısı veya ısınma ısısı olarak da adlandırılır. Birimi J/kg·K ya da cal/g·°C olarak verilir. Öz ısı c sembolü ile gösterilir.
Öz ısı maddeler için ayırt edici bir özelliktir. Maddenin türüne göre değişiklik gösterir. Yani bir maddeyi öz ısısından tanıyabilirsin.
Öz ısı, maddenin kütlesine bağlı değildir. 1 gram bakır ile 1 ton bakırın öz ısısı aynıdır — ayırt edici özelliklerin ortak kuralı.
| Madde | Öz Isı (J/kg·K) | Öz Isı (cal/g·°C) |
|---|---|---|
| Alüminyum | 900 | 0,215 |
| Bakır | 387 | 0,092 |
| Altın | 129 | 0,031 |
| Demir | 448 | 0,107 |
| Gümüş | 234 | 0,056 |
| Su | 4186 | 1,00 |
| Cıva | 140 | 0,033 |
Sorularda pratik olarak suyun öz ısısı 1 cal/g·°C (SI'da 4186 J/kg·K) değeriyle çalışılır. İki sütun aynı büyüklüğün iki birimidir: J/kg·K değerini 4186'ya bölersen cal/g·°C değerini bulursun (448 ÷ 4186 = 0,107). Tablodaki maddeler arasında en yüksek öz ısı suya, en düşüğü ise altına (0,031) aittir.
Aynı kütledeki farklı maddelere eşit miktar ısı verildiğinde, öz ısı değeri daha küçük olan madde, sıcaklık değişimini daha fazla gösterecektir.
Aynı kütledeki su ve demir bilyeye eşit miktarda ısı verildiğinde, demirin öz ısısı suya göre daha düşük olduğundan demir bilyenin sıcaklık artışı, suya göre daha fazla olacaktır.
Öz ısısı yüksek olan maddelerin sıcaklık değişimi yavaş, düşük olanlarınki daha hızlı gerçekleşir.
Elektrikli radyatörlerde su yerine yağ kullanılmasının sebebi, yağın öz ısısının suyunkinden daha düşük olmasıdır. Aynı ısıyı alan yağın sıcaklığı daha çok yükselir, yani radyatör daha çabuk ısınır ve odayı daha erken ısıtmaya başlar.
Dikkat: radyatörün toplam yaydığı ısı öz ısıya değil, prizden çektiği elektrik gücüne bağlıdır — öz ısı yalnızca ısınma ve soğuma hızını değiştirir. Yağın seçilmesinin bir sebebi daha var: kaynama noktası ~300 °C olduğu için basınçlı kap gerekmez ve radyatör kapatıldıktan sonra uzun süre sıcak kalır.
Isı sığası (C), bir maddenin hâl değiştirmemek şartı ile belirli bir miktarının sıcaklığını bir derece Celsius veya bir Kelvin derece değiştirmek için gereken ısı miktarını ifade eder. Birimi joule/kelvin (J/K) veya kalori/santigrat (cal/°C)'dır. Isı sığası C sembolü ile gösterilir.
Isı sığası, bir maddenin sıcaklığını artırmak veya azaltmak için gerekli olan ısı miktarını ifade eder. Öz ısı ise bir maddenin belirli bir kütlesinin (1 g) sıcaklığını 1 °C artırmak için gerekli olan enerji miktarını gösterir. Bu nedenle bir cismin tamamının sıcaklığını artırmak için gereken ısı miktarı, cismin kütlesi ile öz ısı değerinin çarpımıyla bulunur.
Isı sığası, maddenin kütlesine ve öz ısısına bağlı olduğundan maddeler için ayırt edici özellik değildir. Öz ısı ayırt edicidir, ısı sığası değildir — sınavda en çok karıştırılan iki kavram tam olarak burada ayrılır.
Isı sığasının kütleye bağlı değişim grafiğinin eğimi maddenin öz ısısını verir.
Isı miktarı "Q" sembolü ile gösterilir. Bu sembol, bir sistemin aldığı veya verdiği ısı miktarını ifade eder. Madde sıcaklığında hâl değişimi olmaksızın meydana gelen değişim; maddenin miktarına, türüne ve aldığı (veya verdiği) ısı miktarına bağlıdır. Aynı türden maddelerin farklı kütlelerinde, eşit miktarda sıcaklık artışı sağlamak için daha büyük kütleye sahip maddeye daha fazla ısı verilmesi gerekmektedir.
Q = m·c·ΔT ısı bağıntısında m·c ısı sığasıdır. C = m·c olduğuna göre bağıntıda m·c yerine C yazılırsa:
Saf bir madde ısı aldığında veya bu maddeye ısı verildiğinde (hâl değişimi sıcaklığında olmayan durumlarda) maddenin sıcaklığı değişir. Bu sıcaklık değişimi; alınan veya verilen ısı miktarına, maddenin kütlesine ve maddenin öz ısısına bağlıdır.
Yani grafiğin eğimi ısı sığasının tersidir. Isı sığası büyük olan cismin doğrusu daha yatık, küçük olanınki daha diktir.
Bir maddenin sıcaklığındaki değişim, hâl değişimi olmadığı sürece, aldığı veya verdiği ısı miktarıyla doğru orantılıdır. Ancak maddeye özgü ısı sığası ile ters orantılıdır.
Hâl değiştirmeyen bir maddenin sıcaklık artışı, verilen ısı enerjisi ile doğru orantılıdır. Sıcaklık değişimi – verilen ısı grafiği bu yüzden orijinden geçen bir doğrudur.
Hâl değiştirmeyen bir maddeye verilen ısı artsa da öz ısısı sabit kalır. Öz ısı – verilen ısı grafiği bu yüzden yatay bir doğrudur: öz ısı ayırt edici bir özelliktir, ne kadar ısıtırsan ısıt değişmez.
Verilen ifadenin öz ısıya mı, ısı sığasına mı ait olduğunu seç.
Suyun öz ısısının yüksek olması, gezegendeki iklimden mutfağındaki tencereye kadar her şeyi belirliyor.
Su, karalardan daha yüksek bir ısı kapasitesine sahiptir; bu nedenle suyun ısınması ve soğuması daha uzun zaman alır. Denizler, karalara göre daha geç ısınır ve daha geç soğur. Bu özellik, denizlerin iklimin daha ılıman olmasını ve gece-gündüz sıcaklık farkının daha az olmasını sağlar.
Elektrikli radyatörlerde su yerine yağ kullanılır çünkü yağın öz ısısı suyunkinden daha düşüktür. Böylece radyatör daha hızlı ısınır. Aynı prizden aynı enerjiyi çeker ve toplamda aynı ısıyı yayar; fark, odayı daha çabuk ısıtmaya başlaması ve kapatıldıktan sonra uzun süre sıcak kalmasıdır.
Öğle güneşinde kumsalda yürüyemezsin ama denize girince serinlersin. İkisi de aynı güneşten aynı ısıyı aldı; öz ısısı düşük olan kum çok ısındı, öz ısısı yüksek olan su az ısındı. Akşam ise tersi olur: kum çabuk soğur, deniz ılık kalır.
Metal gövde çabuk kızarken plastik veya ahşap sap elini yakmaz. Aynı ocakta duran iki malzemenin farklı davranması, öz ısılarının ve ısı iletme özelliklerinin farklı olmasındandır. Öz ısı ayırt edici bir özelliktir — malzemeyi seçerken buna bakılır.
Ağrıyan yere neden su torbası koyulur? Suyun öz ısısı en yüksektir; aynı kütlede başka bir maddeye göre çok daha fazla enerji depolar ve bu enerjiyi uzun süre yavaş yavaş verir. Bu yüzden torba saatlerce ılık kalır.
Motorun içinde dolaşan sıvı sudur, çünkü yüksek öz ısısıyla en çok ısıyı çekip taşıyan maddedir. Q = m·c·ΔT'de c büyükse, aynı sıcaklık artışı için çok daha fazla ısı emilir — motorun aşırı ısınmasını böyle önler.
Bir bardak suyu kaynatmak birkaç dakika sürer, dolu bir tencereyi kaynatmak çok daha uzun. Öz ısı ikisinde de aynı; değişen kütle. Aynı türden maddelerin farklı kütlelerinde eşit sıcaklık artışı için daha büyük kütleye daha fazla ısı verilmesi gerekir.
Üreticiler don beklenen gecelerde araziyi sular. Suyun yüksek öz ısısı sayesinde toprağın sıcaklığı hızla düşmez ve bitkiler dondan korunur. Aynı fizik, bağ ve bahçelerde her yıl kullanılıyor.
Öz ısı (c) ayırt edicidir, kütleye bağlı değildir. Isı sığası (C = m·c) ayırt edici değildir, çünkü kütleye bağlıdır. Aynı maddeden iki farklı parçanın öz ısısı aynı, ısı sığası farklıdır — soruların çoğu bu ayrımdan çıkar.
30 sorudan oluşan bu test ile "Isı Alış Verişi" ünitesini ne kadar kavradığını gör. Her sorudan sonra anında geri bildirim alacaksın.
Hâl değiştirmemek şartıyla birim kütlenin sıcaklığını 1 °C değiştirmek için gereken ısı. Özgül ısı veya ısınma ısısı da denir.
Öz ısı c sembolü ile gösterilir. Suyun öz ısısı 1 cal/g·°C'dir ve tablodaki maddeler arasında en yüksek değerdir.
Öz ısı maddeler için ayırt edicidir ve kütleye bağlı değildir. Isı sığası kütleye bağlı olduğundan ayırt edici değildir.
Belirli bir miktar maddenin sıcaklığını 1 °C değiştirmek için gereken ısı. Birimi J/K veya cal/°C'dir.
Hâl değişimi olmaksızın sıcaklık değiştirmek için gereken ısı. C = m·c yazılırsa Q = C·ΔT ve ΔT = Q/C olur.
Aynı kütledeki farklı maddelere eşit ısı verildiğinde öz ısısı küçük olan madde sıcaklık değişimini daha fazla gösterir.
Isı sığasının kütleye bağlı değişim grafiğinin eğimi maddenin öz ısısını verir.
Sıcaklık – alınan ısı grafiğinin eğimi ısı sığasının tersidir. Isı sığası büyükse doğru daha yatıktır.
Su karalardan yüksek ısı kapasitesine sahiptir; denizler geç ısınıp geç soğuduğu için iklim ılıman olur.