Isı bir enerji türüdür. Isı enerjisi başka enerjilere dönüşebilir. Başka enerjiler de ısı enerjisine dönüşebilir. Ancak enerji toplamı değişmez. Isının bir enerji türü olduğu ilk kez James Joule (Ceymis Jul) tarafından düşünülmüştür. Isı Q ile gösterilir. SI Birim Sisteminde ısı birimi Joule (Jul)’dür. Kısaca J ile gösterilir. Isı birimi olarak kalori de yaygın olarak kullanılır. Kalori kısaca (cal) şeklinde gösterilir.
1 kalori = 4,184 J ve 1 J = 0,24 kaloridir.
Maddeler atom, molekül ya da iyon denilen taneciklerden oluşmuştur. Katı, sıvı ve gaz
maddelerdeki bu taneciklerin hareketli olduğunu ünitenin başında öğrenmiştiniz. Bu
tanecikler hareketli olmaları nedeniyle belirli bir kinetik enerjiye sahiptirler.
Bir maddeyi oluşturan taneciklerin kinetik enerjileri toplamı ısıdır.
a) Isı ve Sıcaklık
Bir maddeye ısı enerjisi verildiğinde maddeyi oluşturan taneciklerin kinetik enerjileri, dolayısıyla sıcaklıkları artar. Sıcaklık taneciklerin kinetik enerjileri ile ilgili bir büyüklüktür.
Bir maddedeki tanecik başına düşen ortalama kinetik enerji sıcaklıktır.
Sıcaklığın artması ya da azalması moleküllerin hareketi ile ilgilidir. Moleküllerin
hızlarının artması maddenin sıcaklığının artması anlamına gelir. Moleküller
yavaşladıkları zaman maddenin sıcaklığı da azalır. Moleküllerin hızları doğrudan
ölçülemediği için sıcaklıkta doğrudan ölçülemez. Sıcaklık maddelerin genleşmesi
yardımı ile dolaylı olarak ölçülür. Sıcaklığı artan maddeler genleşir. Sıcaklık sıvıların
genleşmesi esasına göre yapılmış termometre ile ölçülür.
Yaygın olarak sıvılı ve metal termometreler kullanılır.
Sıvılı termometreler cıvalı ve alkollü olabilir.
Cıvalı termometreler ile -39 °C ile 357 °C arasındaki sıcaklıkları ölçebiliriz. Çok soğuk
kış günlerinde bu termometreler kullanılmaz. Bunun yerine donma sıcaklığı daha düşük
olan alkollü termometreler kullanılır. Alkolün termometre içinde görülebilmesi için
kırmızı, sarı, mavi gibi renkli boya maddeleri ile boyanması gerekir.
Sıvı seviyesindeki değişimleri okuyabilmek için termometre üzerinde bölmelendirme yapılmıştır. En çok kullanılan sıvılı termometre Celcius (Selsiyus) termometresidir.
Bu termometrede suyun donma sıcaklığı 0 °C, kaynama sıcaklığı 100 °C kabul edilip aradaki fark 100 eşit parçaya bölünmüştür. Her bölme 1 °C’u gösterir.
Sıvılı termometrelerin kullanıldıkları yerlere göre duvar termometresi, lâboratuvar termometresi ve hasta termometresi gibi çeşitleri vardır. Cıvalı ve alkollü termometreler ile ölçülemeyen sıcaklık derecelerini
ölçmek için metal termometreler kullanılır.
Bir maddenin sıcaklığı azaldıkça o maddeyi oluşturan tanecikler yavaşlar. Madde
soğutulmaya devam ederse öyle bir sıcaklığa ulaşılır ki tanecikler tamamen durur. Bu
sıcaklık ulaşılabilecek en düşük sıcaklıktır.
Ulaşılabilecek en düşük sıcaklığa mutlak sıfır denir.
Gerçekte ulaşılamayan, ancak deneysel olarak kullanılan bu sıcaklık -273 °C’a eşittir.
Suyun donma sıcaklığı 273, suyun kaynama sıcaklığı 373 sıcaklık ölçeği, mutlak sıcaklık ölçeği ya da kelvin ölçeğidir. SI birim sisteminde sıcaklık birimi kelvindir. Kelvin K ile gösterilir. Celcius sıcaklığı t ile kelvin sıcaklığı ise T ile gösterilir. Bu iki sıcaklık arasında
T= t + 273 ya da K= °C + 273 bağıntısı vardır.
Maddelerin sıcak ya da soğuk olduğunu dokunma duyumuzla anlayabiliriz. Bir maddeye
dokunduğumuzda sıcaklık duyumu veriyorsa, madde bize ısı veriyor, soğuk duyumu
veriyorsa bizden ısı alıyordur.
Sıcaklıkları farklı maddeler bir araya getirilirse ya da birbirleri ile karıştırılırsa sıcaklığı
yüksek olan madde ısı vererek soğurken, sıcaklığı düşük olan madde ısı alır ve sıcaklığı
artar. Aralarındaki ısı alış verişi son sıcaklıkları eşit olana kadar devam eder. Alınan ısı
toplamı verilen ısı toplamına eşittir.
ΣQ alınan = ΣQ verilen
Isı enerjisinin akış yönü sıcaklığa göre belirlenir. Isı daima sıcaklığı yüksek olan maddeden,
sıcaklığı düşük olan maddeye doğru akar. Evrende kendiliğinden olan tüm olaylarda
gözlenen bu gerçek doğanın en temel kanunlarından biridir.
b) Isı Miktarı ve Ölçülmesi
Isı alan ya da veren maddenin sıcaklığı değişir. Bir maddedeki sıcaklık değişikliği, o
maddenin aldığı ya da verdiği ısı enerjisinin bir göstergesidir. Isı alan maddenin sıcaklığı
yükselir ısı veren maddenin ise sıcaklığı düşer.
olur. Aynı miktar ısı bir maddenin eşit miktarlarına verilirse sıcaklık değişimi aynı olur.
Isı ve sıcaklık farklıdır. Sıcaklık madde miktarına bağlı değilken, bir maddenin sahip
olduğu ısı madde miktarına bağlıdır. Ancak ısı ile sıcaklık farklı olmalarına rağmen, birbirlerinden
ayrı düşünülemez.
1 g saf suyun sıcaklığını 1 °C değiştirmek için alınması veya verilmesi gerekli ısı 1
kaloridir.
Sadece sıcaklık değişimine ve maddenin kütlesine bakarak bir maddenin aldığı ya da
verdiği ısı miktarı bulunamaz. Isı miktarı aynı zamanda maddenin cinsine de bağlıdır.
Madde cinsinin ısınmaya etkisi öz ısı ile ifade edilir.
öz ısısı denir.
Öz ısı c ile gösterilir. SI birim sisteminde öz ısı birimi J/kgK’dir. Öz ısı birimi olarak
cal/g°C birimi de kullanılır.
Öz ısı maddeler için ayırt edici bir özelliktir.
m = kütle, c = öz ısı, Q = ısı ve Δt = sıcaklık farkı olmak üzere bir maddenin m gramının
sıcaklığını Δt° C yükseltmek için Q = m.c.Δt kadar ısıtmak gerekir.
ÖRNEK : 10 °C’ daki 500 g suyun sıcaklığını 60 °C’ a çıkarmak için gerekli ısı miktarını
hesaplayınız. (Csu = 4180 J/kgK)
ÇÖZÜM : m = 500 g Q = m.c.Δt
T1 = 10 + 273 = 283 K Q = 0,5 . 4180 . 50
T2 = 60 + 273 = 333 K Q = 104500 J
ÖRNEK : 20 °C’ daki 100 gram demiri 70 °C’ a kadar ısıttığımızda 2300 J’ lük ısı veriliyor.
Demirin öz ısısını bulunuz.
ÇÖZÜM : T1 = 20 + 273 = 293 K ΔT = T1 - T2
T2 = 70 + 273 = 343 K ΔT = 243 - 293 = 50 K
m = 100 g = 0,1 kg Q = m.c.Δt
Q = 2300 J
ÖRNEK : Kütlesi 500 g olan cam kabın sıcaklığı 120 °C’ dan 20 °C’a düşürülürse kap
ne kadar ısı vermiş olur? (ccam = 0,2 cal/g °C)
ÇÖZÜM : t1 = 120 °C Δt = t2 - t1 = 20 - 120 = -100 °C
t2 = 20 °C Q = m.c.Δt
m = 500 g Q = 500 . 0,2 (-100)
Q = -10000 cal
Sonucun (-) çıkması bir maddenin dışarıya ısı verdiğini gösterir.
ÖRNEK : 20 °C’ daki 100 g su ile 80 °C’ta 25 g su karıştırılırsa son sıcaklık kaç °C olur?
(csu = 1 cal/g °C)
ÇÖZÜM : 20 °C’ daki 100 g su ısı alır. 80 °C’ daki 25 g su ısı verir. Isı alış verişi tamamlandığında alınan ısı verilen ısıya eşit olur.
Qalınan = Qverilen
mcsu (t2 - t1) = mcsu (t1 - t2 )
100 . 1(t2 - 20) = 25 . 1 (80 -t2)
100 t2 - 2000 = 2000 - 25 t2
125 t2 = 4000
t2 = 32 °C
c) Erime ve Donma
Normal koşullarda doğada katı, sıvı ve gaz halinde bulunan maddeler ısı vererek ya da
ısı alarak bir halden başka bir hale geçebilirler. Katı haldeki bir maddeyi ısıtırsak bir süre
sonra sıvı hale, sıvı halden de gaz haline geçer. Aynı şekilde gaz halindeki maddeyi soğutursak önce sıvı hale, sonra katı hale geçer.
Bir maddenin katı halden sıvı hale, sıvı halden gaz haline geçmesi hal değiştirmesi demektir.
Hal değişimi, maddenin ısı alması ya da ısı vermesiyle gerçekleşir. Erime ve buharlaşma
olaylarında madde dışarıdan ısı alır. Yoğunlaşma ve donma olaylarında ise dışarıya ısı verir.
Bir katının sıvı hale geçmesine erime denir.
Katının belirli bir basınçta sıvıya dönüştürücü sıcaklığa erime sıcaklığı ya da erime noktası denir
ve e.n ile gösterilir. Erime noktası, katının miktarına bağlı değildir. Aynı maddenin farklı miktarları aynı sıcaklıkta erir. Farklı maddelerin erime noktaları farklıdır.
Erime noktası katılar için ayırt edici bir özelliktir.
Erime sıcaklığında bulunan 1 kg katı maddeyi, aynı sıcaklıkta 1 kg sıvı haline
dönüştürmek için verilmesi gereken ısı miktarına erime ısısı denir ve Le ile gösterilir.
Erime sıcaklığındaki m gram katının aynı sıcaklıkta m gram sıvıya dönüşürken
aldığı ısı; Q = m.Le bağıntısı ile bulunur.
Bir sıvının katı hale geçmesine donma denir.
Katı maddelerin erime sıcaklığı genellikle basınçtan etkilenmez. Buz gibi bazı maddeler
erirken basınçtan etkilenirler. Buza basınç uygulandığında erime noktası düşer. Bu
nedenle yayaların ve taşıtların geçtiği yerlerde karlar daha çabuk erir.
Buharlaşma,
Kaynama ve Süblimleşme
Sıvıları
oluşturan taneciklerin katılara göre daha hareketli olduklarını biliyorsunuz.
Bu hareketleri sırasında birbirleriyle çarpışırlar ve enerji alışverişinde
bulunurlar. Enerjisi artan bir tanecik kendisine etkiyen çekim kuvvetlerini
yener ve sıvıyı terk eder. Böylece gaz haline geçmiş, yani buharlaşmış olur. Sıvının
yüzeyinde taneciklere etkiyen çekim kuvveti daha az olduğundan buharlaşma sıvının
yüzeyinde olur. Her buharlaşan tanecik sıvıdan enerji aldığı için buharlaşmanın
olduğu yerde soğuma olur. Bu nedenle elimize kolonya döktüğümüzde kolonya
elimizden ısı alarak buharlaştığı için serinlik hissederiz. Bir sıvının ısı alarak gaz
haline geçmesine buharlaşma denir.
Buharlaşmanın
tersi yoğunlaşmadır. Yoğunlaşan madde ısı verir. Yağmur yağarken hava ısınır.
Çünkü havadaki su buharı yoğunlaşır ve çevreye ısı verir. Kaynamakta olan çaydanlığın
buharına bir tabak tutulursa soğuk tabağa çarpan su buharı yoğunlaşarak sıvı
hale gelir.
Bir
sıvıdaki moleküllerin üzerlerindeki çekim kuvvetini yenerek sıvıdan ayrılmasına
kaynama denir.
Kaynama noktası sıvılar için
ayırt edici özelliktir.
