Isı, Sıcaklık ve Genleşme Ders Notu

Isı, Sıcaklık ve Genleşme Ders Notu

Isı, sıcaklık ve genleşme konusu TYT Fizik’te kavram bilgisi ile temel hesaplamaların birlikte kullanıldığı konulardan biridir.

1. Sıcaklık

Sıcaklık, bir maddenin taneciklerinin ortalama kinetik enerjisinin göstergesidir.

Sıcaklık termometre ile ölçülür.

Kullanılan birimler:

• Celsius (°C)
• Kelvin (K)
• Fahrenheit (°F)

Sıcaklık bir enerji türü değildir.

Bir cismin sıcaklığının yüksek olması, toplam iç enerjisinin mutlaka daha büyük olduğu anlamına gelmez.

1. Isı

Sıcaklık farkı nedeniyle bir maddeden başka bir maddeye aktarılan enerjiye ısı denir.

Isının birimleri:

• Joule (J)
• Kalori (cal)

Isı, sıcaklığı yüksek maddeden sıcaklığı düşük maddeye doğru aktarılır.

Önemli: Bir cisim “ısıya sahip” değildir. Isı, enerji aktarımı sırasında kullanılan bir kavramdır.

1. İç Enerji

Bir maddeyi oluşturan taneciklerin toplam kinetik ve potansiyel enerjisine iç enerji denir.

İç enerji:

• Madde miktarına
• Sıcaklığa
• Maddenin cinsine
• Maddenin hâline

bağlı olabilir.

Sıcaklık ortalama enerjiyle, iç enerji ise taneciklerin toplam enerjisiyle ilgilidir.

1. Isı Alışverişi ve Termal Denge

Sıcaklıkları farklı iki madde temas ettirilirse ısı alışverişi gerçekleşir.

Isı:

Sıcak madde → Soğuk madde

yönünde aktarılır.

Maddelerin sıcaklıkları eşitlendiğinde net ısı alışverişi durur.

Bu duruma termal denge denir.

Termal dengedeki cisimlerin:

• Sıcaklıkları eşittir.
• İç enerjileri eşit olmak zorunda değildir.
• Kütleleri eşit olmak zorunda değildir.

1. Sıcaklık Değişimi İçin Gerekli Isı

Hâl değişimi yoksa:

Q = m × c × ΔT

Q = Isı m = Kütle c = Öz ısı ΔT = Sıcaklık değişimi

Örnek: 2 kg kütleli, öz ısısı 400 J/kg°C olan bir madde 10°C ısıtılırsa:

Q = 2 × 400 × 10

Q = 8000 J

1. Öz Isı

Bir maddenin birim kütlesinin sıcaklığını 1°C değiştirmek için gereken ısı miktarına öz ısı denir.

Sembolü: c

Öz ısı maddenin ayırt edici özelliklerinden biridir.

Öz ısısı büyük madde:

• Geç ısınır.
• Geç soğur.

Öz ısısı küçük madde:

• Çabuk ısınır.
• Çabuk soğur.

Öz ısı maddenin miktarına bağlı değildir.

1. Isı Sığası

Bir cismin sıcaklığını 1°C değiştirmek için gereken ısı miktarına ısı sığası denir.

C = m × c

Isı sığası:

• Kütleye bağlıdır.
• Maddenin cinsine bağlıdır.
• Ayırt edici özellik değildir.

Aynı maddeden yapılmış iki cismin öz ısıları aynı olabilir ancak kütleleri farklıysa ısı sığaları farklı olur.

1. Hâl Değişimleri

Katı → Sıvı: Erime

Sıvı → Katı: Donma

Sıvı → Gaz: Buharlaşma

Gaz → Sıvı: Yoğuşma

Katı → Gaz: Süblimleşme

Gaz → Katı: Kırağılaşma

Saf maddeler hâl değiştirirken sıcaklıkları sabit kalabilir.

1. Hâl Değişim Isısı

Hâl değişimi sırasında:

Q = m × L

Q = Isı m = Kütle L = Hâl değişim ısısı

Hâl değişimi sırasında alınan veya verilen enerji sıcaklığı değiştirmek yerine maddenin hâlini değiştirmeye harcanır.

1. Erime ve Donma

Katının sıvıya dönüşmesine erime denir.

Sıvının katıya dönüşmesine donma denir.

Madde erirken ısı alır.

Madde donarken ısı verir.

Saf maddelerde aynı basınçta:

Erime sıcaklığı = Donma sıcaklığı

1. Buharlaşma

Buharlaşma:

• Her sıcaklıkta gerçekleşebilir.
• Sıvının yüzeyinde gerçekleşir.
• Sıcaklık arttıkça hızlanabilir.
• Yüzey alanı arttıkça hızlanabilir.
• Rüzgâr arttıkça hızlanabilir.

Buharlaşma soğutucu etki oluşturabilir.

Örnek: Terin buharlaşması vücudun serinlemesini sağlar.

1. Kaynama

Kaynama:

• Belirli bir sıcaklıkta gerçekleşir.
• Sıvının her yerinde görülür.
• Buhar basıncı dış basınca eşit olduğunda başlar.

Kaynama sıcaklığı dış basınca bağlıdır.

Dış basınç artarsa: Kaynama sıcaklığı artar.

Dış basınç azalırsa: Kaynama sıcaklığı azalır.

Yüksek yerlerde atmosfer basıncı düşük olduğu için su daha düşük sıcaklıkta kaynar.

1. Isı Alışverişinde Enerjinin Korunumu

Dış ortamla ısı alışverişi olmayan sistemlerde:

Alınan ısı = Verilen ısı

Qalınan = Qverilen

Karışım sıcaklığı genellikle başlangıç sıcaklıklarının arasında bulunur.

1. Genleşme

Maddelerin sıcaklıkları arttığında boyutlarının artmasına genleşme denir.

Sıcaklık azaldığında genellikle büzülme gerçekleşir.

Genleşme sırasında:

• Kütle değişmez.
• Boyutlar değişebilir.
• Hacim değişebilir.
• Yoğunluk değişebilir.

1. Katılarda Genleşme

Katılar ısıtıldığında genellikle:

• Boyları uzar.
• Yüzeyleri büyür.
• Hacimleri artar.

Günlük hayatta:

• Tren rayları arasında boşluk bırakılır.
• Köprülerde genleşme derzleri kullanılır.
• Elektrik telleri sıcaklık değişimlerine uygun şekilde yerleştirilir.

1. Delikli Levhalarda Genleşme

Ortası delik bir metal levha ısıtıldığında levhanın tüm boyutları büyür.

Bu nedenle delik de büyür.

Soğutulduğunda ise delik küçülür.

Bu nokta sınavlarda sık karıştırılır.

1. Sıvılarda Genleşme

Sıvılar ısıtıldığında genellikle hacimleri artar.

Sıvılı termometrelerin çalışması sıvıların sıcaklıkla genleşmesine dayanır.

Sıvının görünür genleşmesinde kabın genleşmesi de dikkate alınabilir.

1. Suyun Özel Durumu

Su, 0°C ile 4°C arasında farklı davranır.

Su 0°C’den 4°C’ye ısıtılırken:

• Hacmi azalır.
• Yoğunluğu artar.

4°C’de:

• Hacmi minimumdur.
• Yoğunluğu maksimumdur.

4°C’nin üzerinde ısıtıldığında:

• Hacmi artar.
• Yoğunluğu azalır.

Bu özellik göllerin yüzeyden donmasını sağlar.

Sınavda Dikkat Edilecek Noktalar

• Isı enerji aktarımıdır, sıcaklık enerji değildir.
• Isı sıcak maddeden soğuk maddeye aktarılır.
• Termal dengede sıcaklıklar eşittir.
• Q = m × c × ΔT hâl değişimi olmayan durumlarda kullanılır.
• Öz ısı kütleden bağımsızdır.
• Isı sığası kütleye bağlıdır.
• Saf maddeler hâl değiştirirken sıcaklık sabit kalabilir.
• Hâl değişiminde Q = m × L kullanılır.
• Buharlaşma her sıcaklıkta olabilir.
• Kaynama belirli bir sıcaklıkta gerçekleşir.
• Dış basınç arttıkça kaynama sıcaklığı artar.
• Genleşmede kütle değişmez.
• Delikli levha ısıtıldığında delik büyür.
• Suyun yoğunluğu 4°C’de maksimumdur.

Kısa Özet

• Sıcaklık → Ortalama kinetik enerjinin göstergesi
• Isı → Sıcaklık farkından kaynaklanan enerji aktarımı
• Q = m × c × ΔT
• C = m × c
• Hâl değişimi → Q = m × L
• Isı sıcak maddeden soğuk maddeye geçer.
• Termal dengede sıcaklıklar eşittir.
• Buharlaşma her sıcaklıkta olabilir.
• Kaynama belirli sıcaklıkta gerçekleşir.
• Basınç artarsa kaynama sıcaklığı artar.
• Isıtılan maddeler genellikle genleşir.
• Delikli levhada delik de genleşir.
• Suyun yoğunluğu 4°C’de maksimumdur.