Maddenin Isı ile Etkileşimi
Isı ve sıcaklık, günlük hayatımızda çok yaygın olarak kullandığımız sözcüklerdir. “Hava bugün çok sıcak.”, “Bu oda çok ısındı.”, “Su ısındı.”, “Hava ısındı.” gibi. Maddeler katı, sıvı ve gaz olmak üzere üç ayrı fiziksel hâlde bulunurlar. Bütün maddeler atom ve moleküllerden (taneciklerden) oluşur.
Bu tanecikler sürekli hareket hâlindedir. Hareket hâlindeki bu taneciklerin kinetik enerjisi de artar. Katı hâldeki maddelerin tanecikleri sadece titreşim hareketi yaparken, sıvı ve gaz hâlindeki maddelerin tanecikleri sürekli titreşim ve yer değiştirme hareketi yapar. Taneciklerin tek tek sahip oldukları kinetik enerji değeri hissedilmeyecek kadar azdır. Bir maddedeki taneciklerin kinetik enerjilerinin toplamına ısı enerjisi denir.
Bir maddedeki taneciklerin tümünün sahip olduğu kinetik enerjileri toplamı (ısı enerjisi), toplam tanecik sayısına bölünürse tanecik başına düşen ortalama bir değer bulunur. Bir maddede tanecik başına düşen ortalama kinetik enerji ile orantılı olan bu değere sıcaklık denir. Isı ve sıcaklık kavramları birbirinden farklı olmasına karşın aralarında bir ilişki vardır. .
Bir cisim çevresinden ısı aldığında veya çevresine ısı verdiğinde sıcaklığı değişir. Maddelere ısı verildiğinde tanecikleri hızlanır ve kinetik enerjileri artar. Isı enerjisi kazanan maddelerin sıcaklığı yükselir. Maddeler ısı kaybettiğinde tanecikleri yavaşlar ve kinetik enerjileri azalır. Isı kaybeden maddelerin sıcaklığı azalır.
Isı Kavramı (Q)
“Çaydanlıktaki su ısındı.”
“Öğle oldu hava ısındı.”
“Uzun süre yanan lamba çok ısındı.”
“Taş kömürünün verdiği ısı çok büyüktür.” gibi ifadeler ısıyı ve ısı ile madde etkileşimini ifade eder.
Bir maddenin ısısı denildiğinde, o maddeyi oluşturan taneciklerin hareket (kinetik) enerjilerinin ve potansiyel enerjilerinin (moleküller arası bağ enerjisi) toplam büyüklüğü anlaşılır.
Isı bir maddenin bütün moleküllerinin toplam kinetik ve potansiyel enerjisidir.
Isı bir enerji türüdür. Q harfi ile ifade edilir. Birimleri; joule (J) veya kalori (cal) dir.
Isı enerjisi her maddenin taşıdığı bir enerji türüdür. Kütlesi ve belirli sıcaklığı olan her madde ısı enerjisine sahiptir.
Sıcaklık Kavramı (t)
Sıcaklık maddeyi oluşturan moleküllerden birinin sahip olduğu ortalama hareket enerjisinin büyüklüğünü ifade eden bir ölçüm değeridir. Sıcaklık maddede molekül başına düşen ortalama hareket enerjisinin büyüklüğünü ifade eden bir tanımlamadır.
“Bugün hava çok sıcak.” dediğimizde etrafımızı kaplayan hava moleküllerinin büyük bir hareket enerjisine sahip olduğunu ifade etmiş oluruz. Sıcaklık bir enerji olmayıp, enerji ile ilgili bir büyüklük ifadesidir. Termometre aracı ile doğrudan ölçülebilen skaler bir büyüklüktür. Sıcaklığın artması dernek, madde moleküllerinin ortalama hareket enerjilerinin artması demektir.
“Yanan bir kibrit çöpünün sıcaklığı mı, yoksa şu ormanın sıcaklığı mı daha büyüktür?” gibi bir soru karşısında; elbette ki yanan kibrit çöpünün sıcaklığı daha yüksektir cevabını vermeliyiz. Çünkü yanan kibrit çöpünde tek molekülün hareket enerjisi, ormandaki ağaçları oluşturan moleküllerin enerjisinden daha büyük olacaktır. Kibrit çöpüyle ormanın sahip olduğu ısılar karşılaştırıldığında ise, ormanın sahip olduğu ısı enerjisinin daha büyük olduğunu söyleriz. Çünkü, ormanı oluşturan madde molekülü çok fazladır. Bu sebeple ormanın sahip olduğu toplam kinetik enerji, kibrit çöpünün sahip olduğu enerjiden daha büyüktür. Isı ve sıcaklık farklı kavramlardır.
Öz Isı
1 gram maddenin sıcaklığını 1oC arttırmak için gerekli ısı miktarına öz ısı adı verilir. Öz ısı kısaca “c” sembolü ile gösterilir, birimi J/g oC’tur. Her maddenin öz ısısı farklı olup, öz ısı ayırt edici bir özelliktir.
Bir maddenin aldığı veya verdiği ısı miktarı, kütlesine ve cinsine (öz ısısına) bağlı olarak değişir. Öz ısı ile verilen ısı enerjisi arasında ters orantı vardır. Yani öz ısısı büyük olan maddeler geç ısınır, geç soğur. Bazı maddelerin oda sıcaklıklarındaki öz ısı değerleri aşağıdaki tabloda verilmiştir.
