Isı ve Sıcaklık – TYT Fizik Konu Notu

Konu Özeti

Isı ve sıcaklık, çayın soğumasından buzun erimesine kadar günlük hayatın her anında karşımıza çıkar. Bu konuda sıcaklığın ne olduğunu, ısının bir enerji aktarımı olduğunu ve iç enerjinin madde miktarına bağlı olduğunu öğreneceğiz. Termometreler, sıcaklık birimleri, özısı ve ısı sığası TYT'de sık sorulan başlıklardır. Formüllerin birimlerini takip etmek, soruları doğru çözmenin anahtarıdır.

Temel Kavramlar

• Sıcaklık: Maddeyi oluşturan taneciklerin ortalama kinetik enerjisinin göstergesidir. Birimi °C, K ve °F'tir. Maddenin miktarından bağımsızdır.
• Isı: Sıcaklık farkından dolayı sıcak cisimden soğuk cisme aktarılan enerjidir. Birimi joule (J) ve kaloridir (cal); 1 cal = 4,18 J.
• İç enerji: Maddeyi oluşturan taneciklerin toplam kinetik ve potansiyel enerjisidir. Madde miktarına bağlıdır.

Isı bir cismin içinde depolanmış bir enerji türü değildir; yalnızca sıcaklık farkı nedeniyle aktarılan enerjidir. Cisimde depolanan enerji iç enerjidir. Isı her zaman yüksek sıcaklıktan düşük sıcaklığa akar ve sıcaklıklar eşitlenene kadar, yani ısıl denge oluşana kadar sürer.

Termometreler, kullanım amacına göre farklı yapılarda üretilir:

• Sıvılı termometre: Cıva veya alkol kullanılır. Alkollü termometre çok düşük, cıvalı termometre daha yüksek sıcaklıklar için uygundur.
• Gazlı termometre: Çok hassas ölçüm ve geniş sıcaklık aralığı gerektiğinde kullanılır.
• Bimetal termometre: Farklı metallerin farklı genleşmesine dayanır; fırın ve ütü gibi yüksek sıcaklıkların ölçümünde kullanılır.
• Dijital termometre: Hızlı okuma sağlar; ateş ölçümünde yaygındır.
• Kızılötesi termometre: Cisme dokunmadan, uzaktan ölçüm yapar.

Sıcaklık birimleri ve dönüşümler:

• Celsius (°C): Normal basınçta suyun donma noktası 0, kaynama noktası 100 °C'dir; aralık 100 eşit bölmedir.
• Kelvin (K): SI birimidir. 0 K mutlak sıfır noktasıdır, yaklaşık −273 °C'ye karşılık gelir ve negatif değeri yoktur.
• Fahrenheit (°F): Suyun donma noktası 32, kaynama noktası 212 °F'tir; aralık 180 eşit bölmedir.

K = °C + 273

°C / 5 = (°F − 32) / 9

Kelvin ve Celsius'ta sıcaklık farkı sayısal olarak eşittir (ΔK = Δ°C). Bilinmeyen bir X termometresinde ise (X − alt nokta) / (üst nokta − alt nokta) oranı, Celsius'taki karşılığa eşittir.

(X − alt nokta) / (üst nokta − alt nokta) = °C / 100

Özısı ve ısı sığası:

• Özısı (c): 1 g maddenin sıcaklığını 1 °C artırmak için gereken ısı miktarıdır. Birimi cal/g·°C veya J/g·°C'dir. Maddenin ayırt edici özelliğidir; miktara bağlı değildir.
• Isı sığası (C): Bir cismin sıcaklığını 1 °C artırmak için gereken ısı miktarıdır. Birimi cal/°C veya J/°C'dir. Cismin kütlesine bağlıdır.
• Su, yaygın maddeler arasında özısısı yüksek olan maddedir (c ≈ 1 cal/g·°C); bu nedenle yavaş ısınır ve yavaş soğur.

C = m · c

Q = m · c · ΔT = C · ΔT

Isı alışverişi yalıtılmış sistemde gerçekleşiyorsa alınan ısı, verilen ısıya eşittir. Sıcaklık–ısı grafiğinde eğim 1/C'dir; yani ΔT = Q / C.