Isı ile
sıcaklık
aynı şey değil
Günlük konuşmada ikisini karıştırırız ama fizikte biri enerjinin kendisi, diğeri taneciklerin ne kadar hızlı hareket ettiğinin ölçüsü. Bu ünitede farkı bir daha unutmayacaksın.
Sıcaklık ve soğukluk, hayatımızın içinde sıkça hissettiğimiz temel fiziksel özelliklerdir. Cismin atom ve molekülleri ne kadar hızlı hareket ediyorsa cismin o kadar yüksek sıcaklıkta olduğu, atom ve moleküllerin yavaş hareket ettiği durumlar ise soğukluk durumunu ifade eder.
Yani sıcaklık, "içindeki tanecikler ortalama ne kadar hızlı titreşiyor / hareket ediyor" sorusunun cevabıdır. Toplam enerji değil, ortalama kinetik enerjidir.
Sıcaklık algısı, çevremizdeki cisimlerle temas ettiğimizde meydana gelir. Bu süreç, termal iletim (ısının maddeden maddeye doğrudan geçmesi) adı verilen bir mekanizma tarafından gerçekleştirilir. Cildimizdeki reseptörler (algılayıcı sinir uçları), çevresel sıcaklık değişikliklerini ve temas sonucu cilde iletilen enerjiyi algılarlar. Bu algılar sinirsel sinyallere dönüşerek beyine iletilir, burada enerji transferi sıcaklık algısı olarak yorumlanır.
Isı, enerjinin bir türüdür ve sıcaklık farkından kaynaklanan enerji transferini ifade eder. Isı transferi, daha yüksek sıcaklıktan daha düşük sıcaklığa doğru gerçekleşir.
| ISI (Q) | SICAKLIK | |
|---|---|---|
| Nedir? | Sıcaklık farkından kaynaklanan enerji transferi | Taneciklerin ortalama kinetik enerjisinin ölçüsü |
| Sembol | Q | T |
| SI birimi | joule (J) | kelvin (K) |
| Diğer birim | kalori (1 cal ≈ 4,184 J) | °C, °F |
| Ölçüm aracı | Kalorimetre kabı | Termometre |
| Nicelik türü | Türetilmiş, skaler | Temel büyüklük |
İç enerji, bir sistemi oluşturan atom veya moleküllerin kinetik ve potansiyel enerjilerinin toplamını ifade eder.
0 °C'te buz küplerine ısı vererek 0 °C'te suya dönüştürdüğümüzde, buzun iç enerjisi artar.
İç enerjinin artması, moleküler bağların zayıflaması ve moleküllerin daha serbest hareket etmesiyle ilişkilidir ancak sıcaklık değişmez. Yani "ısı verdim ama termometre kıpırdamadı" durumu mümkündür.
Sıcaklık ölçen araçlara termometre denir. Sıcaklık ölçümünde kullanılan termometreler, maddelerin fiziksel özelliklerindeki değişimleri temel alarak çalışır. Sıcaklık arttıkça veya azaldıkça maddelerin genleşme, renk veya direnç gibi özelliklerinde farklılaşmalar meydana gelir; bu değişimler termometrelerin tasarımında kullanılır. Ölçülecek maddenin sıcaklığına ve gerekli hassasiyete bağlı olarak metal (katı), sıvılı ve gazlı termometreler kullanılabilir. Aşağıdan bir termometreye tıkla.
Sıvı termometreler, sıvıların sıcaklıkla değişen hacim (genleşme) özelliğini kullanarak çalışır. Bu termometrelerde renkli bir sıvı hazneye konur, sıcaklık arttıkça sıvı yükselir ve ölçek üzerindeki değer okunarak sıcaklık ölçülür. Daha hassas ölçümler yapmak için şu faktörlere dikkat edilmelidir:
Metal, sıvı ve gaz termometrelerinden farklı olarak, teknoloji ilerledikçe daha hızlı ve hassas ölçümler yapabilen, aynı zamanda dokunma gerektirmeyen kızılötesi ışınlar kullanarak çalışan termometreler geliştirildi. Bu yeni tip termometreler sayesinde ölçümler daha hızlı ve pratik bir şekilde yapılabilmektedir.
Dünya genelinde sıcaklığı ölçmek için yaygın olarak tercih edilen ölçü birimleri arasında Celsius (Santigrat) ve Fahrenheit bulunmaktadır. Bilimsel hesaplamalarda ise Kelvin birimi sıklıkla kullanılmaktadır. Kaydırağı oynat, üç ölçeğin aynı anda nasıl değiştiğini gör.
Sıcaklığı ölçmek için kullanılan bir birimdir ve bu ölçüm sistemini 1742 yılında İsveçli fizikçi Anders Celsius geliştirmiştir. Celsius'un ölçeğinde suyun donma noktası 0, kaynama noktası 100'dür. Bu iki nokta arasındaki uzaklık 100 eşit parçaya bölünmüştür.
Fahrenheit ölçeğinde suyun donma noktası 32 °F, kaynama noktası ise 212 °F olarak belirlenmiştir. Fahrenheit, kaynama noktasını donma noktasından 180 birim daha yüksek bir değer olarak kabul etmiş ve bu aralığı 180 eşit parçaya bölmüştür.
Kelvin ölçeği, İskoç matematik ve fizik bilim insanı Lord Kelvin tarafından oluşturulmuştur. Kelvin, teorik olarak ulaşılabilecek en düşük sıcaklığın 0 K olduğunu hesaplamıştır. Kelvin ölçeği, madde parçacıklarının hareketinin tamamen durduğu noktadan başlayarak sıcaklık değerlerini ölçer. Özellikle bilim alanlarında kullanılır.
| Sıcaklık Birimi | Donma Noktası | Kaynama Noktası | Mutlak Sıfır Noktası |
|---|---|---|---|
| Celsius (°C) | 0 | 100 | -273 |
| Fahrenheit (°F) | 32 | 212 | -459 |
| Kelvin (K) | 273 | 373 | 0 |
Tablodaki değerler saf suyun donma ve kaynama noktaları ile mutlak sıfıra karşılık gelen değerlerdir.
Payda değerleri bölme sayılarıdır: Celsius ve Kelvin 100 bölmeye, Fahrenheit 180 bölmeye ayrılmıştır. Pratikte en çok kullanılan hâli: K = C + 273.
Ekranda bir cümle çıkacak. Anlatılan büyüklüğün ısı mı, sıcaklık mı yoksa iç enerji mi olduğunu seç.
Aşağıdaki örneklerin hepsinde ya bir enerji transferi (ısı) ya da bir tanecik hızı ölçümü (sıcaklık) var. Hangisi olduğunu ayırt etmeyi dene.
Kızılötesi termometre temas gerektirmez; cildin yaydığı kızılötesi ışınları okur. Bu yüzden saniyeler içinde sonuç verir ve kalabalıkta hijyenik olur. Klasik civalı termometrede beklemek zorunda kalmanın sebebi, sıvının genleşerek dengeye gelmesidir.
Sıcak odada duran soğuk bardak ısınır. Isı daima yüksek sıcaklıktan düşük sıcaklığa akar; "soğukluk bardaktan odaya geçmez". Bardak ile oda aynı sıcaklığa gelene kadar transfer sürer.
Buzlu suya ısı verirsin ama termometre 0 °C'te takılı kalır. Verilen ısı sıcaklığı değil iç enerjiyi artırır: moleküler bağlar zayıflar, moleküller serbestleşir. Isı verdiğin hâlde sıcaklığın değişmemesi çelişki değil, iç enerjinin tanımıdır.
Günlük hayatta ısı birimi olarak sıklıkla kalori kullanılır ve 1 kalori yaklaşık 4,184 joule'dur. Gıda etiketindeki değer, aslında bir enerji miktarıdır — fizik dersiyle beslenme etiketi aynı birimi paylaşır.
Fahrenheit ölçeğinde 90 °F, Celsius'ta yaklaşık 32 °C'dir. Donma noktası 32 °F, kaynama noktası 212 °F olduğu için iki ölçek asla birebir uyuşmaz. Yurt dışı hava durumunu okurken dönüşümü bilmek gerekir.
Metal termometreler metallerin genleşme özelliğine dayanır ve yüksek sıcaklıkları ölçmek için geliştirilmiştir. Yüksek sıcaklıklı fırınlarda, metal işleme tesislerinde, kimyasal tesislerde, enerji üretiminde ve otomotivde kullanılır — çünkü orada sıvılı termometre dayanmaz.
Alkolün donma noktası -114 °C, kaynama noktası 78 °C'dir; bu yüzden alkollü termometre kaynayan suyu ölçemez. Termometre seçerken önce ölçeceğin aralığa bakman gerekir.
Aynı odadaki metal ve tahta aynı sıcaklıktadır ama metal, elinden ısıyı daha hızlı çeker. Cildindeki reseptörler sıcaklığı değil, kendisine iletilen enerjiyi algıladığı için metali daha soğuk sanarsın. Hissetmek ölçmek değildir; onun için termometre var.
-273,15 °C (0 K), madde parçacıklarının neredeyse tamamen durduğu noktadır. Sıcaklık taneciklerin ortalama kinetik enerjisi olduğuna göre, daha düşük bir sıcaklık tanımlanamaz — Kelvin ölçeğinin negatif değeri olmamasının sebebi budur.
34 sorudan oluşan bu test ile "Isı ve Sıcaklık" ünitesini ne kadar kavradığını gör. Her sorudan sonra anında geri bildirim alacaksın.
Bir maddenin içerdiği moleküllerin veya atomların ortalama kinetik enerjisinin ölçüsüdür. Termometre ile ölçülür.
Enerjinin bir türüdür; türetilmiş ve skalerdir. SI birimi joule'dür, kalorimetre kabı ile ölçülür.
Isı transferi daima daha yüksek sıcaklıktan daha düşük sıcaklığa doğru gerçekleşir.
Günlük hayatta ısı birimi olarak sıklıkla kalori kullanılır; SI birimi ise joule'dür.
Sistemi oluşturan atom veya moleküllerin enerjilerinin toplamı. 0 °C buz 0 °C suya dönüşürken iç enerji artar ama sıcaklık değişmez.
En düşük sıcaklıktır; madde parçacıklarının neredeyse tamamen durduğu noktadır.
Maddelerin genleşme, renk veya direnç gibi özelliklerindeki değişimlere dayanır. Kızılötesi olan dokunma gerektirmez.
Saf suyun donma ve kaynama noktaları. Mutlak sıfır: -273 °C, -459 °F, 0 K.
Celsius ve Kelvin 100, Fahrenheit 180 bölmeye ayrılmıştır. Pratik hâli: K = C + 273.