Isı ve Sıcaklık

Bir yaz gününde sınıfta otururken bazı arkadaşlarımızın sınıfın çok sıcak oldu demesiyle klima açılır. Bir süre sonra arkadaşlarımızın bazıları sınıfın çok soğuduğunu üşümeye başladıklarını ifade ederler. Bazıları ise sınıfın hala sıcak olduğunu klimanın kapatılmaması gerektiğini ifade eder.

Bu olaydan anlaşılacağı gibi aynı ortamın sıcaklığı kişiye göre değişen bir olgudur. Bunun yanında sıcak soğuk algısı aynı kişide de değişiklik gösterir.

Parmağımızın birini sıcak birini soğuk suya daldırıp biraz bekletelim. Sonra parmağımızı ılık suya daldıralım. Sıcak sudan çıkan parmağımız ılık suyu daha soğuk, soğuk sudan çıkan parmağımız ise daha sıcak hissedecektir.

Bu durumun açıklanabilmesi için sıcaklığın bir ölçek yardımıyla ifade edilmesi gerekir. Bu şekilde yapıldığında sıcaklık kavramı kişiye göre değişmeyecektir.

Bunun için insanlar sıcaklık ölçümü için termometreler geliştirmişlerdir. Termometreler yapılırken sıvıların hacim değişimi, katıların uzunluk değişimi, iletkenlerin dirençlerinin değişik olması ve yüksek sıcaklıklarda bazı maddelerin renklerinin değişmesinden faydalanılır. Ölçülen sıcaklık aralığının düşük ya da yüksek olmasına göre kullanılan termometreler sıvılı, gazlı ve metal termometrelerdir.

Maddeler için ölçülebilecek en düşük sıcaklık –273 °C ya da 0 °K dir. Bu sıcaklığa mutlak sıfır sıcaklığı denir. Maddelerin en büyük sıcaklıklarının ne olacağı keşfedilmiş değildir. Milyon °C ler karşımıza çıkabilmektedir.

Günlük hayatımızda çeşitli termometrelere rastlayabiliriz. Bazı yerlerde hava sıcaklığı Celsius (°C) cinsinden belirtilirken İngiltere gibi yerlerde hava sıcaklığı Fahrenheit (°F) cinsinden belirtilir. Bilimde kullanılan sıcaklık ölçüsü ise Kelvin (°K) dir. Bunların farklı olmasının sebebi aynı sıcaklık artışında genleşen sıvının yükseldiği bölme aralıklarının farklı olmasındandır. Örneğin, suyun kaynama ve donma noktası arasını celsius 100 bölmeye ayırırken, fahrenheit 180 bölmeye ayırmıştır. Kelvin termometresinde bu bölme sayısı 100 dür. 0 °K = –273 °C olduğundan kelvin ve celsius termometrelerinin gösterdiği değerler arasındaki ilişki,

K  = 273 + °C dir.

–273 °C (0 °C) sıcaklığında madde tanecikleri hareketsiz hale geldiğinden sıcaklık ölçülemez. Buna mutlak sıcaklık denir.

Uzunluk, hacim, kütle, ağırlık ölçümleri, bu büyüklükler cinsinden bir birim seçilir ve bu birimle oranlanarak yapılırken sıcaklık ölçümleri için belirli bir aralık bölmelendirilerek ölçüm yapılır. Oran ölçeklerinde negatif değerler olmaz. Sıfır “yok* anlamına gelir. Diğer bir deyişle oran ölçeğinde 0 kg elmadan bahsediyorsak ortada hiç elma yoktur denebilir. Dolayısıyla oran ölçeği kullanılarak ölçülen 2 kg elmanın kütlesi, 1 kg elmanın iki katıdır denebilir.

Ancak, aralık ölçeğinin kullanıldığı sıcaklık ölçümlerinde 0 dereceden bahsediliyorsa ve sıcaklık da moleküler hareketin bir ölçüsüyse “0 °C de hiç moleküler hareket yoktur.” denemez. Buna bağlı olarak da “40 °C sıcaklık, 20 °C sıcaklığın iki katıdır.” denemez. Çünkü 20 °C Kelvin termometresinde 293 °K e karşılık gelmektedir. 40 °C ise 313 °K e karşılık gelmektedir. Dolayısıyla Celsius termometresinde iki kat olan değer diğer termometrelerde aynı sonucu vermez. Çünkü sıcaklık ölçümleri aralık ölçekleri kullanılarak yapılır.

Isı ve Sıcaklık Arasındaki Farklar

• Isı bir enerji türüdür. Sıcaklık enerji değil ama enerjiye bağlı bir büyüklüktür. Yani “Havanın ısısı 40^oC” ifadesi yanlış olup doğrusu “havanın sıcaklığı 40^oC” ifadesidir.
• Isı maddeler arasında alınıp verilebilir, sıcaklık alınıp verilemez.
• Isı için “100 cal ısı 50 cal ısının iki katıdır.
  “Ancak sıcaklık için “100^oC 50 ^oC nin iki katıdır” ifadesi yanlıştır. Burada Kelvin kullanılsaydı “600 K (327^oC) sıcaklık 300K(27^oC) nin iki katıdır” ifadesi doğru olurdu.
• Isı kalorimetre kabıyla deneysel ölçülürken sıcaklık maddelerin genleşmesine dayalı ölçüm yapan termometrelerle dolaylı olarak ölçülür.
• Bir maddeye ısı verilince eğer madde hâl değiştirmiyorsa sıcaklığı artarken ; madde hâl değiştiriyorsa sıcaklığı sabit kalır.
• Sıcaklık göreceli tanımlanan bir büyüklüktür. Mesela 509C sıcaklık 40^oC ye göre sıcak, 60^oC ye göre soğuktur. Oysa Isı transfer edilen enerjinin miktarıdır, kişiye göre değişmez.

Sıvılı Termometreler

Günlük hayatımızda hem düşük hem de yüksek sıcaklıkları ölçmemiz gerekebilir. Hava sıcaklıklarını ölçmek için 30 °C – 45 °C sıcaklık aralığını ölçen bir termometre yeterli iken, hava sıcaklığını ölçmek için –50 °C – +50 °C aralığını ölçen bir termometreye ihtiyaç duyulur. Bilim insanları ise çok küçük sıcaklıkları ölçen, fırınlarda ise çok yüksek sıcaklıkları ölçen termometrelere ihtiyaç duyarız.

Bir termometrenin ölçülebileceği sıcaklık aralığı haznesinde bulunan sıvının cinsine bağlıdır. Termometre kullanırken sıvının donma ve kaynama sıcaklıkları arasındaki sıcaklık değerlerini ölçebiliriz. Aşağıdaki tabloda bazı maddelerin ölçebileceği sıcaklık aralığı verilmiştir.

Tabloya bakıldığında kullanılan madde ne olursa olsun ölçebileceği bir sıcaklık aralığı vardır. Fakat bu maddelerin bir çoğu grafikte kullanılmaz. Termometredeki sıvının düzenli genleşen bir sıvı olmasına dikkat edilir. Bunları en düzenlisi civa ve alkoldür. Bundan dolayı günlük hayatta kullanılan sıvılı termometreler bunlardır.

Metal Termotmetreler

Yüksek sıcaklık değerlerini ölçmek için kullanılır. Fırın termometreleri bunlara örnek olarak verilebilir. Metal termometreler katıların uzama katsayılarının farklı olmasından faydalanılarak yapılır. Sıcaklık değişiminde genleşen katıya bağlı ibrenin sapmasına göre sıcaklıklar belirlenir.

Gazlı Termometreler

Sıcaklık değişimi altında gazların basınçlarındaki değişimle meydana gelen hacim değişiminden faydalanılarak ölçüm yapar. Gazlı termometreler çok düşük sıcaklıkları ölçmek için kullanılır.

Isı

Maddeleri oluşturan atomlar ve moleküller sürekli hareket halindedir. Bu moleküller öteleme, dönme, titreşim hareketleri yaparlar. Bu arada atom ve moleküller birbirini çekerek bir potansiyel enerji meydana getirirler. Bu durumda hareketsiz olarak görünen bir maddenin atom ya da moleküllerinin enerjisi vardır.

Bir maddenin atom ya da moleküllerinin sahip oldukları enerjilerinin toplamına iç enerji denir. İç enerji, ısı enerjisi ve sıcaklığı tanımlamada bize yardımcı olan bir kelimedir.

Enerjinin kendi kendine yok kendi kendine var olmadığını, ancak birbirine dönüşebildiklerini ya da bir maddeden diğer maddeye aktarıldığını öğrenmiştik. Sıcaklıkları farklı iki madde temas ettiğinde sıcaklığı büyük olan maddeden sıcaklığı küçük olan maddeye enerji aktarımı olur. Bu aktarılan enerjiye ısı enerjisi denir. Sıcaklıkları eşit olan maddeler arasında ısı aktarımı olmaz. Isı enerjisi sıcaklık farkından aktarılır.

Sıcaklık ve ısı kavramlarının günlük hayatımızın içinde bir çok kez yanlış olarak kullanırız.

– Vücut ısımız 24 °C
– Havanın ısısı 30 °C

Bir cismin sahip olduğu ısı enerjisi madde miktarı ve cismin sıcaklığı ile doğru orantılıdır.

Sera Etkisi

Dünyamızın etrafı atmosferle çevrili olup atmosfer çok çeşitli gazlardan oluşmaktadır. Bu gazlar güneşten gelen ışınların bir kısmını soğurur. Bu sayede denizlerdeki su sıcaklığı belirli bir değerler arasında dengede kalır.

Odun, kömür, petrol gibi birçok maddenin yanması sonucu atmosferde biriken gazlar Dünya’dan yansıyan ve Dünya’ya gelen ışınları soğurur ve Dünya’dan uzaklaşmasına engel olur. Bu olaya sera etkisi denir. Sera etkisi Dünya’nın sıcaklığının artmasına neden olur. Sıcaklığın artması, buzulların erimesi ve deniz seviyesinin yükselmesine sebep olur. Bu durum birçok canlının yaşam koşullarını dolayısı ile insan hayatını etkiler.

Isı ve Sıcaklık Çözümlü Örnekler

Isı ve Sıcaklık konu anlatımı videoları

Isı ve Sıcaklık soruları ve çözümleri video