Dondurucudan Çıkan Buzu Isıtalım
Dondurucudan −20 °C'deki bir buz parçası alıp ocağa koyuyoruz ve her dakika sıcaklığa bakıyoruz. Grafik şöyle bir yol çizer:
- −20 °C'den 0 °C'ye kadar sıcaklık düzenli yükselir (buz ısınıyor).
- 0 °C'de sıcaklık bir süre sabit kalır; buz erimektedir.
- Buz bitince su 0 °C'den 100 °C'ye ısınır.
- 100 °C'de sıcaklık yine sabit kalır; su kaynamaktadır.
Ocak sürekli ısı verdiği hâlde 2. ve 4. adımda termometre neden kıpırdamıyor? Çünkü o sırada verilen ısı maddenin hâlini değiştirmek için harcanıyor. Grafikteki yatay bölümler hâl değişimidir.
Isı Başka, Sıcaklık Başka
| Isı | Sıcaklık | |
|---|---|---|
| Nedir? | Sıcaklık farkı yüzünden aktarılan enerji | Taneciklerin ortalama hareket enerjisinin ölçüsü |
| Birimi | joule (J), kalori (cal) | derece Celsius (°C) |
| Ölçen alet | kalorimetre kabı | termometre |
| Madde miktarına bağlı mı? | Evet | Hayır |
İki kapta 60 °C su var: birinde 200 g, ötekinde 600 g. Sıcaklıkları eşit. Hangisinin ısısı fazla? Sıcaklık eşit olsa da suyun miktarı arttıkça taşıdığı toplam enerji de artar; 600 g'lık kap soğurken çevreye daha çok ısı verir.
Tersi de doğru: aynı ısıtıcıyla 5 dakika ısıtılan 150 g su 24 °C, 300 g su ise yalnızca 12 °C ısınır. Verilen ısı, iki kat su tarafından paylaşılmıştır.
Taneciklerin Gözünden
Her madde gözle görülmeyecek kadar küçük taneciklerden oluşur ve bu tanecikler hiç durmaz. Madde ısı aldığında tanecikleri daha hızlı hareket eder; termometrenin gösterdiği sıcaklık artar. Isı verdiğinde yavaşlarlar ve sıcaklık düşer.
Sıcak çaya metal bir kaşık bırakın; bir iki dakika sonra sap da ısınır. Çayın içindeki uçta hızlanan tanecikler komşularına çarpar, onlar da bir sonrakine. Tanecikler yerinden ayrılmaz; enerjiyi elden ele verir gibi aktarırlar ve ısı sapa kadar yürür. Buna iletim denir.
Bir soru daha: yaz öğlesinde kumsalda kum ayağı yakarken deniz suyu neden serindir? Güneş ikisine de ısı veriyor. Ama eşit kütledeki kum ile su aynı ısıyı aldığında kum çok daha fazla ısınır. Her madde aynı ısıya aynı sıcaklık artışıyla karşılık vermez; su, sıcaklığı zor değişen maddelerdendir.
Isı Nereye Akar, Ne Zaman Durur?
90 °C'lik K kabı ile 30 °C'lik L kabı birbirine değdirilsin. Isı daima sıcaktan soğuğa akar: K ısı verir ve soğur, L ısı alır ve ısınır. Akış, sıcaklıklar eşitlenince durur. Buna ısıl denge denir.
Su miktarları eşitse denge sıcaklığı tam ortadadır: $(90 + 30) \div 2 = 60$ °C.
Daha zor örnek: L kabındaki su K'dakinin 3 katı olsun (200 g ve 600 g). Denge sıcaklığı yine 60 °C mi? Hayır; miktarı fazla olan tarafa yakın çıkar:
$\dfrac{200 \times 90 + 600 \times 30}{200 + 600} = \dfrac{18\,000 + 18\,000}{800} = 45$ °C
Mini soru: 70 °C'lik 250 g su ile 30 °C'lik 250 g su karıştırılırsa, dışarıya ısı kaybı yoksa son sıcaklık kaç olur? Miktarlar eşit olduğu için cevap $50$ °C.
İletkenler, Yalıtkanlar ve Termos
Tencerenin gövdesi metalden, sapı plastikten ya da tahtadan yapılır. Metaller ısıyı iyi iletir, yemeği çabuk pişirir; sap ise ısıyı kötü iletmeli ki elimiz yanmasın.
Yalıtım, ısı geçişini yavaşlatmaktır. İyi yalıtkanlar: strafor, cam yünü, taş yünü, yün, durgun hava. Çift camlı pencerede iki cam arasındaki hava tabakası ısı kaçışını azaltır. Termos da aynı fikri kullanır: iç ve dış çeperin arası neredeyse havasızdır, ısı zor geçer.
Bir deneyde üç kaba 80 °C su konup biri açık, biri gazeteyle, biri straforla sarılmış olsun. 40 dakika sonra en sıcak kalan straforlu kaptır, en çabuk soğuyan açık kaptır.
Yakıtlar
Isınmak ve yemek pişirmek için yakıt kullanırız: katı (odun, kömür), sıvı (benzin, mazot), gaz (doğal gaz, LPG). Doğal gaz kömüre göre daha az kirletici çıkarır.
Sobalı evlerde en büyük tehlike karbonmonoksit gazıdır: renksiz ve kokusuzdur, fark edilmeden zehirler. Baca temizliği, odanın havalandırılması ve karbonmonoksit dedektörü hayat kurtarır.
Yanılgılar
"Montum bana ısı veriyor." Mont ısı üretmez; vücudunuzun ürettiği ısının dışarı kaçmasını yavaşlatır. Aynı montu buz kalıbına sararsanız buz daha geç erir.
"Sıcaklığı yüksek olanın ısısı her zaman fazladır." Bir bardak kaynar su ile bir kazan ılık su düşünün. Kazan soğurken çevreye daha çok ısı verebilir.
"Kaynayan suyu daha çok ısıtırsam 100 °C'nin üstüne çıkar." Açık kapta, deniz düzeyinde, su kaynarken sıcaklık 100 °C'de kalır; fazla ısı daha hızlı buharlaşmaya gider.
"Yalıtım yalnız kışın işe yarar." Yazın da dışarıdaki sıcağın içeri girmesini yavaşlatır, klimanın daha az çalışmasını sağlar.
Sınav ipucu: Isıtma-soğutma grafiğinde yatay bölümü gördüğünüz an "hâl değişimi" deyin ve o bölümün sıcaklığını okuyun: erime/donma ya da kaynama/yoğuşma noktası odur. Madde miktarı artarsa yatay bölüm uzar ama sıcaklığı değişmez.
Sık sorulanlar
Isı ile sıcaklık arasındaki fark nedir?
Isı aktarılan enerjidir ve madde miktarına bağlıdır, birimi joule ya da kaloridir. Sıcaklık taneciklerin ortalama hareket enerjisinin ölçüsüdür, birimi °C'dir ve miktara bağlı değildir.
Buz erirken sıcaklık neden artmaz?
Verilen ısı sıcaklığı yükseltmek yerine buzun hâlini değiştirmek için harcanır; buz bitene kadar sıcaklık 0 °C'de kalır.
Islak havluyla silinen kol neden serinler?
Koldaki su buharlaşırken deriden ısı alır. Buharlaşma, çevresini soğutan bir hâl değişimidir.