Isı ve sıcaklık konu anlatımı ve test — 9. sınıf fizik

01

İç enerji, sıcaklık ve ısı kavramları

Fizikte sıklıkla birbirine karıştırılan üç temel kavram vardır: iç enerji, sıcaklık ve ısı. Bu kavramlar kesin sınırlarla birbirinden ayrılır.

Kavram	Tanımı	Türü ve Sembolü	Ölçü Aleti / Birimi
İç enerji	Bir maddedeki tüm atom ve moleküllerin kinetik ve potansiyel enerjilerinin toplamıdır.	Enerji / U veya E	Doğrudan ölçülemez / Joule (J)
Sıcaklık	Maddedeki taneciklerin ortalama kinetik enerjisinin bir göstergesidir (enerji değildir!).	Temel büyüklük / T	Termometre / Kelvin (K) veya °C
Isı	Sıcaklık farkından dolayı sıcaktan soğuğa aktarılan termal enerjidir.	Türetilmiş enerji / Q	Kalorimetre kabı / Joule (J) veya kalori (cal)

Bir maddenin tek başına «ısısı» olmaz; «odanın ısısı» veya «vücut ısısı» demek fiziksel olarak yanlıştır; doğrusu «odanın sıcaklığı» ve «alınan/verilen ısı»dır.

KısayolSıcaklık ortalama kinetik enerjinin ölçüsüdür; ısı ise sıcaklık farkından dolayı transfer edilen enerjidir. 1 cal ≈ 4,18 Joule.

02

Termometreler ve sıcaklık ölçekleri

Sıcaklık ölçümünde kullanılan aletlere termometre denir. Sıvılı termometrelerin duyarlılığı; haznenin büyüklüğüne, kılcal borunun inceliğine, sıvının genleşme katsayısının büyüklüğüne ve hazne malzemesinin genleşme katsayısının küçüklüğüne bağlıdır.

Ölçek	Suyun donma noktası	Suyun kaynama noktası	Bölme sayısı
Celsius (°C)	0 °C	100 °C	100 bölme
Fahrenheit (°F)	32 °F	212 °F	180 bölme
Kelvin (K) — SI birimi	273,15 K	373,15 K	100 bölme

Dönüşüm formülüC / 100 = (F − 32) / 180 = (K − 273) / 100 · T(Kelvin) = t(°C) + 273

Evrende ulaşılabilecek en düşük teorik sıcaklığa mutlak sıfır noktası denir (0 K = −273,15 °C). Maddenin moleküler hareketinin teorik olarak durduğu andır; sıcaklık hiçbir zaman 0 Kelvin’in altına inemez. Bu nedenle sıcaklıkta kat hesabı (örneğin 2 katı) yalnız Kelvin ile yapılır.

Örnek. Hava sıcaklığının 25 °C olduğu bir günde bu değer Fahrenheit ve Kelvin ölçeklerinde kaça eşittir? 20 °C sıcaklık 10 °C’nin 2 katı mıdır?

Fahrenheit dönüşümü: C / 100 = (F − 32) / 180 ⇒ 25 / 100 = 1/4 = (F − 32) / 180 ⇒ F − 32 = 45 ⇒ F = 77 °F.
Kelvin dönüşümü: K = C + 273 = 25 + 273 = 298 K.
Kat hesabı: Celsius bağıl bir ölçektir (sıfır noktası yapaydır). 10 °C = 283 K, 20 °C = 293 K. 293 / 283 ≈ 1,035’tir; yani 2 katı değil, yalnızca yaklaşık %3,5 daha sıcaktır.

Cevap77 °F · 298 K · 2 katı değildir.

03

Öz ısı, ısı sığası ve sıcaklık değişimi

Bir maddenin 1 gramının sıcaklığını 1 °C artırmak için gereken ısı miktarına öz ısı (özgül ısı) denir ve c ile gösterilir. Öz ısı maddeler için ayırt edici bir özelliktir. Bir maddenin kütlesi ile öz ısısının çarpımına ise ısı sığası (ısı kapasitesi) denir: C = m · c (ayırt edici değildir, kütleye bağlıdır).

Sıcaklık değişimi formülüQ = m · c · ΔT (Q: alınan/verilen ısı, m: kütle, c: öz ısı, ΔT: sıcaklık farkı T_son − T_ilk).

Örnek. Kütlesi 200 gram olan suyun sıcaklığını 15 °C’den 45 °C’ye çıkarmak için kaç kalori ısı verilmelidir? (c_su = 1 cal/g·°C)

Sıcaklık farkı: ΔT = 45 − 15 = 30 °C.
Formül: Q = m · c · ΔT.
Q = 200 g × 1 cal/g·°C × 30 °C = 6000 kalori bulunur.

CevapQ = 6000 kalori (25.080 Joule)

04

Hâl değişimi ve ısıl denge

Saf maddeler hâl değiştirirken sıcaklıkları sabit kalır; verilen veya alınan ısı moleküller arasındaki bağların koparılmasına ya da kurulmasına harcanır.

Hâl değişimi	Geçiş yönü	Kullanılan bağıntı	Örnek ısı katsayısı (Su)
Erime / Donma	Katı ↔ Sıvı	Q = m · L_e	Buzun erime ısısı L_e = 80 cal/g
Buharlaşma / Yoğuşma	Sıvı ↔ Gaz	Q = m · L_b	Suyun buharlaşma ısısı L_b = 540 cal/g

Hâl değişimi formülüQ = m · L (m: kütle, L: erime veya buharlaşma ısısı). Sıcaklık sabittir (ΔT = 0).

Örnek. 0 °C’de bulunan 50 gram buzu tamamen eriterek sıcaklığını 20 °C’de su hâline getirmek için toplam kaç kalori ısı gerekir? (c_su = 1 cal/g·°C, L_e = 80 cal/g)

1. Aşama (Hâl değişimi): 0 °C buzu 0 °C suya dönüştürmek: Q₁ = m · L_e = 50 × 80 = 4000 cal.
2. Aşama (Isınma): 0 °C suyu 20 °C’ye ısıtmak: Q₂ = m · c · ΔT = 50 × 1 × (20 − 0) = 1000 cal.
Toplam ısı: Q_toplam = Q₁ + Q₂ = 4000 + 1000 = 5000 kalori bulunur.

CevapToplam 5000 kalori gereklidir.

Farklı sıcaklıktaki iki madde temas ettirildiğinde sıcak maddeden soğuk maddeye ısı aktarılır. Isı alışverişi iki maddenin sıcaklığı eşitlenene (denge sıcaklığı T_denge) kadar sürer: Q_alınan = Q_verilen.

05

Isının yayılma yolları ve suyun özel durumu

Isı enerjisi üç farklı yolla transfer edilir:

Yayılma yolu	Mekanizması	Hangi ortamda gerçekleşir?	Örnek
İletim	Taneciklerin titreşerek enerjiyi komşu taneciklere aktarması	Katılarda çok etkilidir (özellikle metallerde)	Çaydaki metal kaşığın sapının ısınması
Konveksiyon (taşınma)	Isınan akışkan taneciklerin yükselmesi ve yerini soğuk taneciklere bırakması	Sıvı ve gazlarda gerçekleşir (boşlukta olmaz)	Kalorifer peteğinin odayı ısıtması, rüzgârlar
Işıma (radyasyon)	Termal enerjinin elektromanyetik dalgalarla yayılması	Boşlukta ve saydam ortamlarda yayılır	Güneş’in Dünya’yı ısıtması, mikrodalga fırın

Suyun özel durumu (+4 °C anomalisi): Diğer maddelerin çoğu soğudukça büzülürken su +4 °C’den 0 °C’ye inerken genleşir. Su +4 °C’de minimum hacme ve maksimum özkütleye (1 g/cm³) sahiptir.

Kısayol0 °C’deki buzun özkütlesi (0,92 g/cm³) sudan küçük olduğundan buz su yüzeyinde yüzer. Göller dipten değil yüzeyden donar ve dipte sıcaklık +4 °C kalarak su canlılığı korunur.

İpuçları

Testten önce bunları bil

Bir maddenin ısısı ölçülemez
«Maddenin ısısı» diye bir büyüklük yoktur; madde iç enerjiye ve sıcaklığa sahiptir, ısı ise sıcaklık farkıyla aktarılan enerjidir.
Kelvin olmadan kat hesabı yapılamaz
Sıcaklık 10 °C’den 20 °C’ye çıktığında iki katına çıkmış olmaz; kat oranı mutlaka Kelvin mutlak sıcaklığı üzerinden kurulmalıdır.
Hâl değiştirirken sıcaklık sabittir
Saf bir katı erirken veya sıvı kaynarken verilen enerji sıcaklığı artırmaz; moleküller arası bağları koparmaya harcanır (Q = mL).
Suyun +4 °C’de özkütlesi en büyüktür
Göl ve denizlerde en yoğun su tabana çöker; dip sıcaklığı kışın +4 °C’de sabit kalarak su altı yaşamının devamını sağlar.

06

Kendini dene

Cevaba dokun — neden öyle olduğunu birlikte görelim.

0 °C’deki 20 gram buzu tamamen eritmek için kaç kalori ısı gerekir? (L_e = 80 cal/g)

Q = m · L_e = 20 g × 80 cal/g = 1600 kalori.

Sıcaklığı 10 °C olan 100 gram suyun sıcaklığını 40 °C’ye çıkarmak için kaç kalori ısı verilmelidir? (c_su = 1 cal/g·°C)

Q = m · c · ΔT = 100 × 1 × (40 − 10) = 3000 kalori.

Sıcaklığı 50 °C olan bir ortamda Fahrenheit termometresi kaç °F değerini gösterir?

C / 100 = (F − 32) / 180 ⇒ 50 / 100 = 1/2 ⇒ F − 32 = 90 ⇒ F = 122 °F.

Fizikte «bir maddenin ısısı» ifadesinin kullanılamamasının temel sebebi nedir?

Isı bir durum değişkeni değildir; iki sistem arasında sıcaklık farkından dolayı aktarılan enerjidir.

Bir maddenin sıcaklığının iki katına çıktığını bilimsel olarak ifade etmek için hangi sıcaklık birimi kullanılmalıdır?

Mutlak sıfır noktasını sıfır kabul eden mutlak sıcaklık ölçeği Kelvin’dir; kat hesapları yalnız Kelvin ile geçerlidir.

Evrendeki en düşük teorik sıcaklık olan mutlak sıfır noktası kaç Kelvin ve kaç Celsius derecedir?

Mutlak sıfır 0 Kelvin’dir ve bu değer −273,15 °C’ye karşılık gelir.

Isıca yalıtılmış bir ortamda sıcaklıkları farklı iki sıvı karıştırıldığında oluşan ısıl denge için hangisi KESİNLİKLE doğrudur?

Enerjinin korunumuna göre yalıtılmış ortamda sıcak maddeden verilen ısı soğuk maddenin aldığı ısıya eşittir: Q_alınan = Q_verilen.

Güneş’in uzay boşluğunu aşarak Dünya’mızı ısıtması ısının hangi yayılma yoluyla gerçekleşir?

Işıma elektromanyetik dalgalarla gerçekleştiği için maddesel ortama ihtiyaç duymaz; boşlukta ışıma yoluyla yayılır.

Suyun +4 °C’deki özel durumu (anomalisi) ile ilgili hangisi doğrudur?

Su +4 °C’de en küçük hacme ve en büyük özkütleye (1 g/cm³) ulaşır.

Kış aylarında buzlanan yollara tuz atılmasının temel fiziksel gerekçesi nedir?

Sıvı içine yabancı madde eklendiğinde donma noktası alçalır; tuzlu su 0 °C’nin altında sıvı kalır ve buzlar erir.

Alıştırma bitti — –

Bütün konular Fizik müfredatında.

0/10 · soru cevaplandı