Konu anlatımı
Isı, sıcaklık ve iç enerji günlük dilde birbirine karışır; fizikte her birinin ayrı bir anlamı vardır. Bu alt başlıkta bu üç kavramın tanımlarını, birimlerini, nasıl ölçüldüklerini ve birbirlerinden farklarını göreceksin.
Sıcaklık
Maddeyi oluşturan tanecikler sürekli hareket eder. Sıcaklık, bu taneciklerin ortalama hareket enerjisinin bir ölçüsüdür: sıcaklığı yüksek bir maddede tanecikler ortalama olarak daha hızlı hareket eder. Sıcaklık maddenin miktarına bağlı değildir; bir damla kaynar suyun sıcaklığı da bir tencere kaynar suyunki de aynıdır. Sıcaklık termometreyle ölçülür; SI birimi kelvin (K), günlük hayatta en çok kullanılan birimi derece Celsius'tur (°C).
Isı
Isı, sıcaklıkları farklı cisimler arasında sıcaklık farkı nedeniyle aktarılan enerjidir ve kendiliğinden her zaman sıcak cisimden soğuk cisme akar. Bir cismin ısısı olmaz; cisim ısı alır ya da verir. Isı bir enerji olduğu için birimi joule'dür (J); kalori (cal) de kullanılır ve 1 cal yaklaşık 4,18 J'dür. Alınan ya da verilen ısı kalorimetre kabı ile ölçülür. Isı alan bir cismin sıcaklığı artabilir ya da cisim hâl değiştirebilir.
İç enerji
Bir maddedeki bütün taneciklerin hareket (kinetik) enerjileri ile aralarındaki etkileşimden doğan potansiyel enerjilerin toplamına iç enerji denir. İç enerji hem sıcaklığa hem de tanecik sayısına, yani maddenin miktarına bağlıdır. Bu yüzden sıcaklığı düşük ama kütlesi çok büyük bir göldeki suyun iç enerjisi, bir bardak kaynar suyunkinden çok daha büyüktür. Bir madde ısı aldığında iç enerjisi artar: ya tanecikler hızlanır ve sıcaklık yükselir ya da tanecikler arasındaki bağlar zayıflar ve madde hâl değiştirir.
Çözümlü örnekler
Örnek 1. Bir bardak kaynar su ile bir küvet dolusu ılık suyu sıcaklık ve iç enerji bakımından karşılaştırınız. Kaynar suyu küvete dökersek ısı hangi yönde akar?
Çözüm. Kaynar suyun sıcaklığı, yani taneciklerinin ortalama hareket enerjisi daha büyüktür. Küvetteki suyun ise tanecik sayısı çok daha fazla olduğu için iç enerjisi daha büyüktür. Isı iç enerjisi büyük olandan değil, sıcaklığı yüksek olandan düşük olana akar; kaynar su küvetteki suya ısı verir ve sonunda ikisi aynı sıcaklığa ulaşır.
Örnek 2. “Bu çorbanın ısısı çok yüksek.” cümlesi fizik açısından neden hatalıdır? Doğrusu nasıl söylenir?
Çözüm. Isı bir cismin sahip olduğu bir özellik değil, sıcaklık farkı nedeniyle aktarılan enerjidir; bu yüzden bir çorbanın ısısından söz edilemez. Çorbanın sahip olduğu ve termometreyle ölçülebilen büyüklük sıcaklıktır. Doğru ifade “Bu çorbanın sıcaklığı çok yüksek.” olur. Çorba soğurken çevreye ısı verir ve sıcaklığı düşer.
Sık yapılan hatalar
- Isıyı cismin sahip olduğu bir özellik sanmak; ısı aktarılan enerjidir.
- Sıcaklığı yüksek olan cismin iç enerjisinin de her zaman büyük olduğunu düşünmek.
- Isının iç enerjisi büyük cisimden küçük olana aktığını sanmak; ısı sıcaktan soğuğa akar.
- Sıcaklık, taneciklerin ortalama hareket enerjisinin ölçüsüdür ve termometreyle ölçülür.
- Isı, sıcaklık farkından dolayı aktarılan enerjidir; birimi joule'dür.
- İç enerji sıcaklığa ve madde miktarına bağlıdır.