Konu anlatımı
Yazın kumsalda kum ayakları yakarken deniz suyu serin kalır, oysa ikisi de aynı Güneş altındadır. Bu alt başlıkta bu farkı açıklayan öz ısı ve ısı sığası kavramlarını, sıcaklık değişimini etkileyen değişkenleri ve ısınma grafiklerini yorumlamayı göreceksin.
Öz ısı
Bir maddenin 1 gramının sıcaklığını 1 °C artırmak için gereken ısıya öz ısı denir ve c ile gösterilir. Öz ısı maddenin cinsine bağlıdır ve ayırt edici bir özelliktir; aynı maddenin farklı hâllerinde farklı olabilir: buzun öz ısısı suyunkinin yaklaşık yarısıdır. Suyun öz ısısı yaklaşık 4,18 J/(g·°C), yani 1 cal/(g·°C) olup yaygın maddelerinkinden büyüktür. Öz ısısı büyük olan madde geç ısınır ve geç soğur.
Isı sığası ve sıcaklık değişimi
Bir cismin sıcaklığını 1 °C artırmak için gereken ısıya ısı sığası denir; ısı sığası kütle ile öz ısının çarpımıdır: m·c. Isı sığası kütleye bağlı olduğu için ayırt edici değildir. Isı alan ya da veren bir maddenin sıcaklık değişimi Q = m·c·ΔT bağıntısıyla ilişkilidir: ΔT, alınan ısıyla doğru, ısı sığasıyla ters orantılıdır. TYT'de bu bağıntıyla hesap yapılmaz; aynı ısıyı alan cisimlerden ısı sığası küçük olanın sıcaklığının daha çok değiştiği gibi karşılaştırmalar yapılır.
Grafikler ve günlük hayat
Özdeş ısıtıcılar eşit sürede eşit ısı verdiği için sıcaklık-zaman grafiği, sıcaklık-ısı grafiği gibi yorumlanabilir. Bu grafiklerde doğrunun eğimi ısı sığasıyla ters orantılıdır: daha dik doğru, ısı sığası daha küçük olan cisme aittir. Suyun öz ısısı büyük olduğu için denizler ve büyük göller karalardan geç ısınıp geç soğur; kıyı bölgelerde gece ile gündüz ve yaz ile kış arasındaki sıcaklık farkı iç bölgelerdekinden azdır. Arabaların soğutma sisteminde suyun kullanılması da bu yüzdendir.
Çözümlü örnekler
Örnek 1. Eşit kütleli X ve Y sıvıları özdeş ısıtıcılarla ısıtılıyor; X'in sıcaklığı Y'ninkinden daha hızlı artıyor. Sıvıların öz ısılarını ve ısı sığalarını karşılaştırınız.
Çözüm. Özdeş ısıtıcılar eşit sürede eşit ısı verdiği için sıcaklığı daha hızlı artan X'in ısı sığası daha küçüktür. Kütleler eşit olduğuna göre ısı sığalarındaki fark öz ısılardan gelir; X'in öz ısısı da Y'ninkinden küçüktür. Isıtıcılar kapatılırsa ve sıvılar çevreye eşit hızla ısı verirse X daha çabuk soğur.
Örnek 2. Aynı demirden yapılmış küçük ve büyük iki bilye eşit miktarda ısı alıyor. Bilyelerin öz ısılarını, ısı sığalarını ve sıcaklık değişimlerini karşılaştırınız.
Çözüm. Bilyeler aynı maddeden yapıldığı için öz ısıları eşittir. Isı sığası kütleyle orantılı olduğundan büyük bilyenin ısı sığası daha büyüktür. Eşit ısı alan cisimlerden ısı sığası küçük olanın sıcaklığı daha çok değişir; bu yüzden küçük bilyenin sıcaklığı daha çok artar.
Sık yapılan hatalar
- Isı sığasını maddenin ayırt edici özelliği sanmak; ayırt edici olan öz ısıdır.
- Eğimi daha büyük olan grafiğin ısı sığasının daha büyük olduğunu düşünmek; dik grafik ısı sığası küçük olana aittir.
- Aynı maddenin her hâlinde öz ısısının aynı olduğunu sanmak; buz ile suyun öz ısıları farklıdır.
- Öz ısı ayırt edicidir; ısı sığası = kütle·öz ısı.
- Q = m·c·ΔT: aynı ısıda ısı sığası küçük olanın sıcaklığı çok değişir.
- Suyun öz ısısı büyüktür; denizler geç ısınır, geç soğur.