Isı ve Sıcaklık

Isı ve sıcaklık kavramlarının birbirinden farklı anlamları vardır. Sıcaklık, bir göstergedir ancak ısı sıcaklıkları farklı iki cisim arasındaki enerji aktarımıdır. Bu iki kavram, benzer çağrışımlar yaptığı için sık sık birbiri yerine kullanılıyor. Ancak ısı ve sıcaklık fizikte birbirinden farklı kavramlardır. Konuyu doğru anlamak için bu iki kavramı birbirinden ayırt edebilmeliyiz.

Bu yazının sonuna geldiğimizde, bu iki kavramın arasındaki farkları daha iyi kavramış ve ısı ve sıcaklık kavramları hakkında detaylı bilgi edinmiş olacaksınız.

Isının ve sıcaklığın ne olduğunu, ısı ve sıcaklık arasındaki farkların neler olduğunu ve bu kavramları neden birbirleri yerine kullanamayacağımızı bu yazıda kolaylıkla anlayacaksınız.

Isı ve sıcaklık nedir?

Isı ve sıcaklık, birbiriyle ilişkili olan ancak aralarında belli başlı farklar bulunan iki ayrı kavramdır. Bu kavramların aralarındaki farklara değinmeden önce, iki kavramın tanımlarını ayrı ayrı inceleyelim.

Sıcaklık nedir?

Sıcaklık, bir maddenin sahip olduğu kinetik enerjinin ortalama değerini ifade eder. Maddeleri oluşturan tanecikler, devamlı bir hareket halindedir. Katı bir maddeyi oluşturan tanecikler bile gözle görülemeyecek bir titreşim hareketi yapar. Tanecikler bu hareketlerinden dolayı kinetik ve potansiyel enerjiye sahiptir. Bu iki enerjinin toplamına maddenin iç enerjisi adını veririz.

Sıcaklığı artan maddenin tanecikleri daha şiddetli titreşim hareketi yapar, yani maddenin ortalama kinetik enerjisi artar. Sıcaklığı azalan maddenin taneciklerinin titreşim hareketi azalır. Dolayısıyla sıcaklık, bir maddeyi oluşturan taneciklerin sahip olduğu ortalama kinetik enerjisi hakkında bir bilgi verir.

Sıcaklık, direkt olarak enerjiyi belirtmez. Bir ölçüm sonucunda okuduğumuz bir değerdir. Sıcaklığını ölçtüğümüz bir madde hakkında, bu maddenin bir referans değerine göre ne kadar sıcak ya da soğuk olduğunu söyleyebiliriz.

Isı nedir?

Isı, bir enerji aktarımıdır. Sıcaklıkları farklı iki cisim birbirleriyle temas ettiklerinde aralarında bir enerji aktarımı olur. Bu enerji aktarımı, sıcaklığı yüksek cisimden, sıcaklığı düşük cisme doğru gerçekleşir. Bu enerji nedeniyle cisimlerin sıcaklıklarında da değişiklik olur. İşte aktarılan bu enerjiye ısı adını veririz.

Isı ne değildir?

Isı, enerji birimine sahip olsa da ısının kendisi enerjidir demek belki eksik bir açıklama olabilir. Isı, sıcaklıkları farklı iki cisim arasında bu sıcaklık farkı nedeniyle aktarılan enerjidir. Dolayısıyla ısıyı bir maddenin sahip olduğu iç enerjiyle karıştırmamalıyız. Isı maddenin sahip olduğu bir özellik değildir. Bu nedenle bir sistemin ya da maddenin ısısından bahsedemeyiz. Ancak iki cisim ya da sistem arasında aktarılan ısıdan bahsedebiliriz.

Isı ve sıcaklık arasındaki ilişki

Isı ve sıcaklık birbiriyle ilişkili kavramlardır. Yukarıda bu kavramları tanımlarken de bu duruma biraz değinmiştik.

Isı ve sıcaklık arasındaki ilişki ısı aktarımının sıcaklık farkı nedeniyle meydana gelmesidir. İki cisim arasında sıcaklığı yüksek olan cisimden sıcaklığı düşük olan cisme doğru ısı aktarımı meydana gelir. Bu ısı aktarımı iki sıcaklık eşitlenene kadar devam eder. Dolayısıyla ısı aktarımı için sıcaklık farkı olması gerekir.

Isı ve sıcaklık arasındaki fark

Isı ve sıcaklık arasındaki farklardan en önemlisi ise öncelikle ısının bir enerji aktarımı sıcaklığın ise bir gösterge olmasıdır. Sıcaklık, maddenin miktarından bağımsız bir kavramdır. Yani 5 kilogram ağırlığında bir cisimle 150 kilogram ağırlığındaki bir cisim aynı sıcaklıkta olabilir. Bunun yanında ısı ve yukarıda bahsettiğimiz iç enerji madde miktarıyla orantılı kavramlardır. Madde miktarı daha fazla olan bir cisim, daha yüksek iç enerjiye sahiptir ve dolayısıyla daha fazla ısı aktarımı yapabilir.

Bu farkı bir örnekle açıklayalım. Örneğin bir tencereyi 5 litre suyla doldurduğumuzu düşünelim. Aynı zamanda bir çaydanlığı da 1 litre suyla dolduralım. Suyun kaynama noktasının 100°C olduğunu biliyoruz dolayısıyla iki kaptaki su da madde miktarından bağımsız olarak bu sıcaklığa ulaşınca kaynamaya başlayacaktır.

Peki şimdi düşünelim. Tenceredeki ve çaydanlıktaki su aynı sürede mi kaynamaya başlar? Tabi ki hayır. İşte bunun sebebi madde miktarı nedeniyle farklı miktarlarda ısı enerjisinin gerekmesidir. Çaydanlıktaki su miktarı daha az olduğu için daha az bir enerjiyle tencereye kıyasla kısa sürede kaynama noktasına ulaşır. Dolayısıyla her iki kaptaki su aynı sıcaklığa ulaşsa da madde miktarındaki fark nedeniyle iç enerjileri farklıdır.

Peki bir de tam tersini düşünelim. İki kaptaki su da aynı sıcaklığa ulaştıktan sonra ocakların altını kapatalım. İkisinin de 50°C sıcaklığa ulaşmasını beklemeyelim. Hangisinin daha hızlı ulaşmasını bekleriz? Aynı mantıkla çaydanlıktaki su daha hızlı şekilde bu sıcaklığa ulaşır. Bu örnekten de anlayabileceğimiz üzere aynı sıcaklığa sahip iki cisim farklı iç enerjilere sahip olabilir. İşte ısı ve sıcaklık arasındaki farkı bu şekilde daha iyi anlayabiliriz.

Isı ve sıcaklık nasıl ölçülür?

İki cisim arasında aktarılan ısıyı doğrudan ölçmenin bir yolu yoktur. Ancak maddelerle ilgili bilgilerimizi kullanarak ısıyı hesaplayabiliriz. Örneğin 1 gram suyun sıcaklığını 1°C artırmak için 4.184 joule ya da 1 kalori ısı enerjisi gerekir. Buna benzer şekilde kimyasal tepkimeler sonucu çevreye yayılan veya çevreden alınan ısı miktarını ölçebiliriz ya da hesaplayabiliriz.

Sıcaklık ise termometre ile ölçülür. Sıcaklığı ifade etmek için kelvin, fahrenheit ya da celsius gibi birimler kullanılır. Ancak bilimsel ölçümlerde sıcaklık genellikle kelvin ile ifade edilir.

Öz ısı nedir?

Öz ısı, saf bir maddenin birim kütlesinin sıcaklığını bir birim artırmak için gereken ısı miktarına verilen isimdir. Örneğin, 1 gram ağırlığındaki suyun sıcaklığını 1°C artırmak için 1 kalori enerji gerekir. Öz ısı,  cal/g°C ya da J/kg°C birimleriyle ifade edilebilir. Öz ısı bir maddenin karakteristik özelliğidir, yani her madde farklı öz ısıya sahiptir. Aşağıdaki tabloda bazı maddeler ve her iki birim cinsinden öz ısıları verilmiştir.

Öz ısı, bir maddenin birim kütlesinin sıcaklığını bir birim değiştirmek için gereken ısı miktarı olduğu için kütle ile orantılıdır. Dolayısıyla öz ısıyı

şeklinde gösteririz. Kütleyi de işleme dahil etmemizin sebebi öz ısıda birim kütleyle ilgileniyor olmamızdır.

Isı sığası nedir?

Isı sığası, öz ısıdan farklı olarak maddenin karakteristik bir özelliği değildir. Bir maddenin sıcaklığını 1°C değiştirmek için gereken ısı miktarıdır. Burada dikkat edilmesi gereken nokta ısı sığasında birim kütle ifadesini kullanmayız. Yani elimizdeki maddenin sıcaklığını bir birim değiştirmek için ne kadar ısı gerekir sorusunun cevabı ısı sığasıdır. Başka bir deyişle, maddenin ısı alma kapasitesine ısı sığası adını verebiliriz. Özetle, ısıyı Q ile, sıcaklık değişimini de ΔT ile gösterelim. Bir maddeye Q kadar ısı verirsek ΔT kadar sıcaklık değişimi elde ederiz. Burada ısı sığası, verilen ısı ile sıcaklık değişiminin oranıdır. Yani,

şeklinde ifade edilir.

Isı ve sıcaklık hakkında sıkça sorulan sorular

Isı ve sıcaklık neden yanlış kullanılır?

Peki ısı ve sıcaklık kavramları neden sık sık yanlış kullanılır? Örneğin “Havalar ısındı” deriz ama “Havalar sıcaklaştı” demeyiz. Bunun nedeni bu iki kavramın benzer çağrışımlar yapması ve günlük hayatta söylenişinin kolay olmasıdır aslında. Fakat yukarıda da detaylı açıkladığımız gibi ısı aktarılan enerjidir dolayısıyla bir yemeğin ısısından bahsedemeyiz.

Isı ve sıcaklık doğru orantılı mı?

İki cisim arasında aktarılan ısı enerjisi cisimlerin sıcaklıklarında değişikliklere neden olur. Isı, “sıcak” bir cisimden “soğuk” bir cisme doğru aktarılır. Dolayısıyla aktarılan ısı ve sıcaklıktaki değişim doğru orantılıdır.

Aynı sıcaklıktaki maddeler arasında ısı akışı olur mu?

Aynı sıcaklıktaki iki madde sıcaklıkları bakımından denge durumundadır. Dolayısıyla bu iki madde arasında ısı aktarımı gerçekleşmez. Isı aktarımı, yalnızca sıcaklıkları farklı iki madde arasında gerçekleşir ve sıcaklıklar eşitlenene kadar devam eder.

Isı ve sıcaklık hakkında örnek sorular