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.
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, 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, doğrudan 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, 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, 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 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? Tabii 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 bekleyelim. 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.
| Madde | Öz ısı (cal/g°C) | Öz ısı (J/kg°C) |
|---|---|---|
| Su | 1 | 4186 |
| Buz | 0,5 | 2100 |
| Zeytinyağı | 0,47 | 1968 |
| Demir (katı halde) | 0,11 | 448 |
| Bakır (katı halde) | 0,09 | 387 |
| Gümüş (katı halde) | 0,06 | 234 |
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 kullanmayışımızdır. 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 sıcaklıkla ilgili örnek sorular
Isı ve sıcaklıkla ilgili aşağıdakilerden hangisi doğrudur?
Isı, bir maddenin sahip olduğu enerjidir.
YanlışÇözüm: Isı, sıcaklıkları farklı iki cisim arasında aktarılan enerjidir; maddenin sahip olduğu bir özellik değildir. Bu nedenle bir cismin ısısından değil, iki cisim arasında aktarılan ısıdan söz edebiliriz. Sıcaklık ise maddenin taneciklerinin ortalama kinetik enerjisi hakkında bilgi veren, termometreyle okunan bir göstergedir; madde miktarından bağımsızdır. Maddenin sahip olduğu kinetik ve potansiyel enerjilerin toplamı ise iç enerjidir.
Isı, sıcaklıkları farklı iki cisim arasında aktarılan enerjidir.
Doğru cevapÇözüm: Isı, sıcaklıkları farklı iki cisim arasında aktarılan enerjidir; maddenin sahip olduğu bir özellik değildir. Bu nedenle bir cismin ısısından değil, iki cisim arasında aktarılan ısıdan söz edebiliriz. Sıcaklık ise maddenin taneciklerinin ortalama kinetik enerjisi hakkında bilgi veren, termometreyle okunan bir göstergedir; madde miktarından bağımsızdır. Maddenin sahip olduğu kinetik ve potansiyel enerjilerin toplamı ise iç enerjidir.
Sıcaklık, bir cismin sahip olduğu toplam enerjiyi verir.
YanlışÇözüm: Isı, sıcaklıkları farklı iki cisim arasında aktarılan enerjidir; maddenin sahip olduğu bir özellik değildir. Bu nedenle bir cismin ısısından değil, iki cisim arasında aktarılan ısıdan söz edebiliriz. Sıcaklık ise maddenin taneciklerinin ortalama kinetik enerjisi hakkında bilgi veren, termometreyle okunan bir göstergedir; madde miktarından bağımsızdır. Maddenin sahip olduğu kinetik ve potansiyel enerjilerin toplamı ise iç enerjidir.
Sıcaklık, madde miktarı arttıkça artar.
YanlışÇözüm: Isı, sıcaklıkları farklı iki cisim arasında aktarılan enerjidir; maddenin sahip olduğu bir özellik değildir. Bu nedenle bir cismin ısısından değil, iki cisim arasında aktarılan ısıdan söz edebiliriz. Sıcaklık ise maddenin taneciklerinin ortalama kinetik enerjisi hakkında bilgi veren, termometreyle okunan bir göstergedir; madde miktarından bağımsızdır. Maddenin sahip olduğu kinetik ve potansiyel enerjilerin toplamı ise iç enerjidir.
Sıcaklıkları farklı iki cisim birbirine temas ettiğinde aralarındaki ısı aktarımı ne zamana kadar devam eder?
İki cismin kütleleri eşitlenene kadar
YanlışÇözüm: Isı aktarımı sıcaklık farkı nedeniyle gerçekleşir ve her zaman sıcaklığı yüksek cisimden düşük olana doğrudur. Aktarım, iki cismin sıcaklıkları eşitlenene kadar sürer; sıcaklıklar eşitlendiğinde cisimler ısıl dengeye ulaşır ve aralarındaki net ısı aktarımı durur. Yani aynı sıcaklıktaki iki madde arasında ısı akışı olmaz. Kütlelerin eşit olması gerekmez; belirleyici olan tek şey sıcaklık farkıdır.
İki cismin iç enerjileri eşitlenene kadar
YanlışÇözüm: Isı aktarımı sıcaklık farkı nedeniyle gerçekleşir ve her zaman sıcaklığı yüksek cisimden düşük olana doğrudur. Aktarım, iki cismin sıcaklıkları eşitlenene kadar sürer; sıcaklıklar eşitlendiğinde cisimler ısıl dengeye ulaşır ve aralarındaki net ısı aktarımı durur. Yani aynı sıcaklıktaki iki madde arasında ısı akışı olmaz. Kütlelerin eşit olması gerekmez; belirleyici olan tek şey sıcaklık farkıdır.
İki cismin sıcaklıkları eşitlenene kadar
Doğru cevapÇözüm: Isı aktarımı sıcaklık farkı nedeniyle gerçekleşir ve her zaman sıcaklığı yüksek cisimden düşük olana doğrudur. Aktarım, iki cismin sıcaklıkları eşitlenene kadar sürer; sıcaklıklar eşitlendiğinde cisimler ısıl dengeye ulaşır ve aralarındaki net ısı aktarımı durur. Yani aynı sıcaklıktaki iki madde arasında ısı akışı olmaz. Kütlelerin eşit olması gerekmez; belirleyici olan tek şey sıcaklık farkıdır.
Sıcaklığı düşük olan cisim tamamen soğuyana kadar
YanlışÇözüm: Isı aktarımı sıcaklık farkı nedeniyle gerçekleşir ve her zaman sıcaklığı yüksek cisimden düşük olana doğrudur. Aktarım, iki cismin sıcaklıkları eşitlenene kadar sürer; sıcaklıklar eşitlendiğinde cisimler ısıl dengeye ulaşır ve aralarındaki net ısı aktarımı durur. Yani aynı sıcaklıktaki iki madde arasında ısı akışı olmaz. Kütlelerin eşit olması gerekmez; belirleyici olan tek şey sıcaklık farkıdır.
Öz ısı ve ısı sığasının maddenin karakteristik özelliği olup olmaması bakımından karşılaştırılması aşağıdakilerden hangisinde doğru verilmiştir?
Öz ısı karakteristiktir, ısı sığası karakteristik değildir.
Doğru cevapÇözüm: Öz ısı, birim kütlenin sıcaklığını bir birim artırmak için gereken ısıdır ve her madde için farklıdır; yani maddenin karakteristik bir özelliğidir (suyun öz ısısı her zaman 1 cal/g°C'dir, kütlesi ne olursa olsun). Isı sığası ise maddenin sıcaklığını 1 °C değiştirmek için gereken ısıdır ve tanımında birim kütle geçmez — aynı maddeden daha çok bulunduğunda ısı sığası da büyür. Bu yüzden ısı sığası maddeyi değil, elimizdeki o miktarı tanımlar; karakteristik değildir.
Isı sığası karakteristiktir, öz ısı karakteristik değildir.
YanlışÇözüm: Öz ısı, birim kütlenin sıcaklığını bir birim artırmak için gereken ısıdır ve her madde için farklıdır; yani maddenin karakteristik bir özelliğidir (suyun öz ısısı her zaman 1 cal/g°C'dir, kütlesi ne olursa olsun). Isı sığası ise maddenin sıcaklığını 1 °C değiştirmek için gereken ısıdır ve tanımında birim kütle geçmez — aynı maddeden daha çok bulunduğunda ısı sığası da büyür. Bu yüzden ısı sığası maddeyi değil, elimizdeki o miktarı tanımlar; karakteristik değildir.
İkisi de karakteristiktir.
YanlışÇözüm: Öz ısı, birim kütlenin sıcaklığını bir birim artırmak için gereken ısıdır ve her madde için farklıdır; yani maddenin karakteristik bir özelliğidir (suyun öz ısısı her zaman 1 cal/g°C'dir, kütlesi ne olursa olsun). Isı sığası ise maddenin sıcaklığını 1 °C değiştirmek için gereken ısıdır ve tanımında birim kütle geçmez — aynı maddeden daha çok bulunduğunda ısı sığası da büyür. Bu yüzden ısı sığası maddeyi değil, elimizdeki o miktarı tanımlar; karakteristik değildir.
İkisi de karakteristik değildir.
YanlışÇözüm: Öz ısı, birim kütlenin sıcaklığını bir birim artırmak için gereken ısıdır ve her madde için farklıdır; yani maddenin karakteristik bir özelliğidir (suyun öz ısısı her zaman 1 cal/g°C'dir, kütlesi ne olursa olsun). Isı sığası ise maddenin sıcaklığını 1 °C değiştirmek için gereken ısıdır ve tanımında birim kütle geçmez — aynı maddeden daha çok bulunduğunda ısı sığası da büyür. Bu yüzden ısı sığası maddeyi değil, elimizdeki o miktarı tanımlar; karakteristik değildir.
Suyun öz ısısı 1 cal/g°C'dir. 200 gram suyun sıcaklığını 20 °C'den 70 °C'ye çıkarmak için gereken ısı kaç kaloridir?
2.000 cal
YanlışÇözüm: Suyun öz ısısı 1 cal/g°C'dir; yani 1 gram suyun sıcaklığını 1 °C artırmak için 1 kalori gerekir. Öz ısının tanımı c = Q/(mΔT) olduğuna göre gereken ısı Q = m · c · ΔT olur. Sıcaklık değişimi ΔT = 70 °C − 20 °C = 50 °C'dir. Buradan Q = 200 g × 1 cal/g°C × 50 °C = 10.000 cal, yani 10 kcal bulunur.
10.000 cal
Doğru cevapÇözüm: Suyun öz ısısı 1 cal/g°C'dir; yani 1 gram suyun sıcaklığını 1 °C artırmak için 1 kalori gerekir. Öz ısının tanımı c = Q/(mΔT) olduğuna göre gereken ısı Q = m · c · ΔT olur. Sıcaklık değişimi ΔT = 70 °C − 20 °C = 50 °C'dir. Buradan Q = 200 g × 1 cal/g°C × 50 °C = 10.000 cal, yani 10 kcal bulunur.
14.000 cal
YanlışÇözüm: Suyun öz ısısı 1 cal/g°C'dir; yani 1 gram suyun sıcaklığını 1 °C artırmak için 1 kalori gerekir. Öz ısının tanımı c = Q/(mΔT) olduğuna göre gereken ısı Q = m · c · ΔT olur. Sıcaklık değişimi ΔT = 70 °C − 20 °C = 50 °C'dir. Buradan Q = 200 g × 1 cal/g°C × 50 °C = 10.000 cal, yani 10 kcal bulunur.
50.000 cal
YanlışÇözüm: Suyun öz ısısı 1 cal/g°C'dir; yani 1 gram suyun sıcaklığını 1 °C artırmak için 1 kalori gerekir. Öz ısının tanımı c = Q/(mΔT) olduğuna göre gereken ısı Q = m · c · ΔT olur. Sıcaklık değişimi ΔT = 70 °C − 20 °C = 50 °C'dir. Buradan Q = 200 g × 1 cal/g°C × 50 °C = 10.000 cal, yani 10 kcal bulunur.
Özdeş ocaklar üzerinde, biri 5 litre su dolu tencere, diğeri 1 litre su dolu çaydanlık aynı anda ısıtılmaya başlanıyor. Çaydanlıktaki suyun daha önce kaynamasının nedeni aşağıdakilerden hangisidir?
Çaydanlıktaki suyun kaynama sıcaklığı daha düşüktür.
YanlışÇözüm: Aynı sıcaklığa sahip iki cisim farklı iç enerjilere sahip olabilir; çünkü iç enerji madde miktarıyla orantılıdır. Tencerede 5 litre, çaydanlıkta 1 litre su vardır. İkisi de 100 °C'de kaynar (kaynama sıcaklığı madde miktarından bağımsızdır), ancak tenceredeki suyu aynı sıcaklığa çıkarmak için daha çok ısı gerekir. Bu yüzden çaydanlıktaki su daha kısa sürede kaynar; sıcaklıkları eşit olduğu hâlde iç enerjileri farklıdır.
Çaydanlıktaki suyun sıcaklığı tencerededekinden daha yüksektir.
YanlışÇözüm: Aynı sıcaklığa sahip iki cisim farklı iç enerjilere sahip olabilir; çünkü iç enerji madde miktarıyla orantılıdır. Tencerede 5 litre, çaydanlıkta 1 litre su vardır. İkisi de 100 °C'de kaynar (kaynama sıcaklığı madde miktarından bağımsızdır), ancak tenceredeki suyu aynı sıcaklığa çıkarmak için daha çok ısı gerekir. Bu yüzden çaydanlıktaki su daha kısa sürede kaynar; sıcaklıkları eşit olduğu hâlde iç enerjileri farklıdır.
Çaydanlıktaki su miktarı az olduğu için kaynama sıcaklığına ulaşmak üzere daha az ısı gerekir.
Doğru cevapÇözüm: Aynı sıcaklığa sahip iki cisim farklı iç enerjilere sahip olabilir; çünkü iç enerji madde miktarıyla orantılıdır. Tencerede 5 litre, çaydanlıkta 1 litre su vardır. İkisi de 100 °C'de kaynar (kaynama sıcaklığı madde miktarından bağımsızdır), ancak tenceredeki suyu aynı sıcaklığa çıkarmak için daha çok ısı gerekir. Bu yüzden çaydanlıktaki su daha kısa sürede kaynar; sıcaklıkları eşit olduğu hâlde iç enerjileri farklıdır.
Çaydanlıktaki suyun öz ısısı daha küçüktür.
YanlışÇözüm: Aynı sıcaklığa sahip iki cisim farklı iç enerjilere sahip olabilir; çünkü iç enerji madde miktarıyla orantılıdır. Tencerede 5 litre, çaydanlıkta 1 litre su vardır. İkisi de 100 °C'de kaynar (kaynama sıcaklığı madde miktarından bağımsızdır), ancak tenceredeki suyu aynı sıcaklığa çıkarmak için daha çok ısı gerekir. Bu yüzden çaydanlıktaki su daha kısa sürede kaynar; sıcaklıkları eşit olduğu hâlde iç enerjileri farklıdır.
Cevap Anahtarı
Soruları çözdükten sonra bak. ✓ doğru cevabı gösteriyor, çözüm satırı gerekçesini anlatıyor.
Soru 1
Isı ve sıcaklıkla ilgili aşağıdakilerden hangisi doğrudur?
- Yanlış: Isı, bir maddenin sahip olduğu enerjidir.
- Doğru cevap: Isı, sıcaklıkları farklı iki cisim arasında aktarılan enerjidir.
- Yanlış: Sıcaklık, bir cismin sahip olduğu toplam enerjiyi verir.
- Yanlış: Sıcaklık, madde miktarı arttıkça artar.
Çözüm: Isı, sıcaklıkları farklı iki cisim arasında aktarılan enerjidir; maddenin sahip olduğu bir özellik değildir. Bu nedenle bir cismin ısısından değil, iki cisim arasında aktarılan ısıdan söz edebiliriz. Sıcaklık ise maddenin taneciklerinin ortalama kinetik enerjisi hakkında bilgi veren, termometreyle okunan bir göstergedir; madde miktarından bağımsızdır. Maddenin sahip olduğu kinetik ve potansiyel enerjilerin toplamı ise iç enerjidir.
Soru 2
Sıcaklıkları farklı iki cisim birbirine temas ettiğinde aralarındaki ısı aktarımı ne zamana kadar devam eder?
- Yanlış: İki cismin kütleleri eşitlenene kadar
- Yanlış: İki cismin iç enerjileri eşitlenene kadar
- Doğru cevap: İki cismin sıcaklıkları eşitlenene kadar
- Yanlış: Sıcaklığı düşük olan cisim tamamen soğuyana kadar
Çözüm: Isı aktarımı sıcaklık farkı nedeniyle gerçekleşir ve her zaman sıcaklığı yüksek cisimden düşük olana doğrudur. Aktarım, iki cismin sıcaklıkları eşitlenene kadar sürer; sıcaklıklar eşitlendiğinde cisimler ısıl dengeye ulaşır ve aralarındaki net ısı aktarımı durur. Yani aynı sıcaklıktaki iki madde arasında ısı akışı olmaz. Kütlelerin eşit olması gerekmez; belirleyici olan tek şey sıcaklık farkıdır.
Soru 3
Öz ısı ve ısı sığasının maddenin karakteristik özelliği olup olmaması bakımından karşılaştırılması aşağıdakilerden hangisinde doğru verilmiştir?
- Doğru cevap: Öz ısı karakteristiktir, ısı sığası karakteristik değildir.
- Yanlış: Isı sığası karakteristiktir, öz ısı karakteristik değildir.
- Yanlış: İkisi de karakteristiktir.
- Yanlış: İkisi de karakteristik değildir.
Çözüm: Öz ısı, birim kütlenin sıcaklığını bir birim artırmak için gereken ısıdır ve her madde için farklıdır; yani maddenin karakteristik bir özelliğidir (suyun öz ısısı her zaman 1 cal/g°C'dir, kütlesi ne olursa olsun). Isı sığası ise maddenin sıcaklığını 1 °C değiştirmek için gereken ısıdır ve tanımında birim kütle geçmez — aynı maddeden daha çok bulunduğunda ısı sığası da büyür. Bu yüzden ısı sığası maddeyi değil, elimizdeki o miktarı tanımlar; karakteristik değildir.
Soru 4
Suyun öz ısısı 1 cal/g°C'dir. 200 gram suyun sıcaklığını 20 °C'den 70 °C'ye çıkarmak için gereken ısı kaç kaloridir?
- Yanlış: 2.000 cal
- Doğru cevap: 10.000 cal
- Yanlış: 14.000 cal
- Yanlış: 50.000 cal
Çözüm: Suyun öz ısısı 1 cal/g°C'dir; yani 1 gram suyun sıcaklığını 1 °C artırmak için 1 kalori gerekir. Öz ısının tanımı c = Q/(mΔT) olduğuna göre gereken ısı Q = m · c · ΔT olur. Sıcaklık değişimi ΔT = 70 °C − 20 °C = 50 °C'dir. Buradan Q = 200 g × 1 cal/g°C × 50 °C = 10.000 cal, yani 10 kcal bulunur.
Soru 5
Özdeş ocaklar üzerinde, biri 5 litre su dolu tencere, diğeri 1 litre su dolu çaydanlık aynı anda ısıtılmaya başlanıyor. Çaydanlıktaki suyun daha önce kaynamasının nedeni aşağıdakilerden hangisidir?
- Yanlış: Çaydanlıktaki suyun kaynama sıcaklığı daha düşüktür.
- Yanlış: Çaydanlıktaki suyun sıcaklığı tencerededekinden daha yüksektir.
- Doğru cevap: Çaydanlıktaki su miktarı az olduğu için kaynama sıcaklığına ulaşmak üzere daha az ısı gerekir.
- Yanlış: Çaydanlıktaki suyun öz ısısı daha küçüktür.
Çözüm: Aynı sıcaklığa sahip iki cisim farklı iç enerjilere sahip olabilir; çünkü iç enerji madde miktarıyla orantılıdır. Tencerede 5 litre, çaydanlıkta 1 litre su vardır. İkisi de 100 °C'de kaynar (kaynama sıcaklığı madde miktarından bağımsızdır), ancak tenceredeki suyu aynı sıcaklığa çıkarmak için daha çok ısı gerekir. Bu yüzden çaydanlıktaki su daha kısa sürede kaynar; sıcaklıkları eşit olduğu hâlde iç enerjileri farklıdır.