Buzun erimesi, suyun donması veya farklı hava koşullarında tellerin, tren raylarının uzayıp kısalması gibi olayların altında ısı ve sıcaklık yatar. Ancak ısı ve sıcaklık birbirinden farklı kavramlardır.
Isı, sıcaklık ve genleşme, fiziğin en önemli konularındandır. TYT Fizik sınavında çıkan sorular incelendiğinde, her yıl bu konulardan mutlaka bir veya iki sorunun geldiği görülmektedir. Bu nedenle özellikle TYT’ye hazırlanan öğrencilerin bu konuyu iyi anlaması, bol soru çözerek farklı soru tiplerine aşinalık kazanması oldukça önemlidir.
Bildiğiniz gibi, sınavda ne kadar fazla doğru cevap verirseniz toplam puanınıza o kadar olumlu yansır. Bu yüzden hiçbir dersi veya konuyu göz ardı etmeden çalışmanızı tavsiye ederiz. Bu yazı sayesinde eksik olduğunuz başlıkları fark edebilir ve faydalı bilgiler edinebilirsiniz. Bir fizik öğretmeninden destek almanın da işinizi kolaylaştırabileceği unutmayın.
Kaleminizi ve defterinizi hazırlayın, not almaya hazır olun! O halde, şimdi ısı ve sıcaklığın tanımlarını öğrenerek başlayalım!
Isı ve Sıcaklık Nedir?
Sıcaklık, bir maddenin moleküllerinin ortalama kinetik enerjisinin bir ölçüsüdür. Yani, bir maddenin içindeki taneciklerin hareketliliği ne kadar fazlaysa, sıcaklığı da o kadar yüksek olur. Sıcaklık, termometre ile ölçülür ve Celsius (°C), Kelvin (K) ve Fahrenheit (°F) gibi farklı birimlerle ifade edilir.
Suyun donma sıcaklığı 0ºC, suyun kaynama sıcaklığı ise 100ºC olarak kabul edilir.
Termometreler
Bir cismin veya ortamın sıcaklığı termometre ile ölçülür. Termometreler, maddelerin genleşme özelliklerinden yararlanılarak tasarlanır. Kullanılan maddenin cinsi, ölçüm hassasiyeti açısından önemlidir. Çünkü bazı maddeler düşük sıcaklıklarda, bazıları ise yüksek sıcaklıklarda hal değiştirir. Bu nedenle, farklı sıcaklık aralıklarını ölçebilmek için çeşitli termometre türleri geliştirilmiştir.
- Sıvılı termometre: İçinde cıva veya alkol bulunur. Ölçekleme yapılırken, suyun donma (0°C) ve kaynama (100°C) noktaları referans alınır.
- Metal (katı) termometre: Yüksek sıcaklıkları ölçmek için kullanılır. Dayanıklı metal alaşımlarından yapılır ve genellikle endüstriyel alanlarda tercih edilir.
- Gazlı termometre: Çok düşük sıcaklıkları ölçmek için kullanılır. Gazların sıcaklık değişimine bağlı olarak basınçlarının değişmesi prensibine dayanır.
- Dijital termometre: Maddelerin elektriksel iletkenliğinin sıcaklıkla değişmesi esasına göre çalışır. Hızlı ve hassas ölçüm yapabildiği için yaygın olarak kullanılır.
Her termometre türü, kullanım amacına ve ölçüm yapılacak sıcaklık aralığına göre seçilir.
Elektrik Akımı ve Manyetizma hakkında daha fazla bilgi almak için buraya tıklayın.
İç enerji
Bir maddenin moleküllerinin sahip olduğu toplam kinetik ve potansiyel enerjiye iç enerji denir. Bir madde ısıtıldığındaiç enerjisi artar, soğutulduğunda ise azalır. Örneğin, kaynayan suyun iç enerjisi, bir buz küpünün iç enerjisinden daha fazladır. Buz, kendisinden daha sıcak bir maddeye temas ettiğinde iç enerjisi artar ve erimeye başlar.
İç enerji doğrudan ölçülemez, ancak iç enerjideki değişim hesaplanabilir. Bir sistemin iç enerjisindeki değişim, ona verilen ısı (Q) ve üzerinde yapılan iş (W) toplamına eşittir:
∆U = Q + W
Hal değişimi sırasında, bir maddenin sıcaklığı (moleküllerinin ortamdaki kinetik enerjisi) değişmez, ancak iç enerjisi değişir. Örneğin, kaynamakta olan suyun sıcaklığı sabit kalırken, iç enerjisi artmaya devam eder.
Bazı kavramlar, günlük hayatta fiziksel tanımlarına uygun kullanılmaz. Bu da öğrencilerde kavram yanılgılarına yol açabilir. Isı ve sıcaklık kavramlarına dair bazı yaygın yanlış kullanımlar aşağıdaki flashcard'da gösterilmiştir. Yanlış kullanımlara tıklayarak doğru kullanımlarına ulaşabilirsiniz!
Isı Nedir
Temas halindeki iki sistem arasında, sıcaklık farkından kaynaklanan enerji aktarımına ısı denir. Isı, bir enerji aktarım şeklidir ve iş (W) gibi sistemlere enerji kazandırabilir. İş, enerji aktarımını uygulanan kuvvetler yoluyla gerçekleştirirken, ısıda enerji aktarımı atom ve moleküllerin çarpışmasıyla gerçekleşir. Isı sayesinde bir cismin iç enerjisi değişebilir, sıcaklığı artabilir ya da madde hal değiştirebilir.
Isı, üç farklı yolla yayılır:
- İletim (Kondüksiyon): Sadece katı maddelerde görülür. Isı, moleküller arası titreşimler ve çarpışmalar yoluyla aktarılır. Örneğin, metal bir çubuğun bir ucu ısıtıldığında, sıcaklık diğer ucuna iletim yoluyla yayılır.
- Taşınım (Konveksiyon): Sıvı ve gazlarda görülür. Isınan sıvı veya gazın özkütlesi azalır ve yükselir, soğuyan madde ise aşağı iner. Bu döngü, konveksiyon akımları oluşturarak ısının yayılmasını sağlar.
- Işıma (Radyasyon): Katı, sıvı ve gaz maddelerin tamamı çevrelerine elektromanyetik dalgalar (infrared ışınım) yayarak ısı iletebilir. Güneşin dünyayı ısıtması buna örnektir.
Isı ve sıcaklık, günlük hayatta sıkça kullanılan ancak çoğu zaman birbiriyle karıştırılan kavramlardır. Sıcaklık bir ölçü birimidir, ısı ise enerji aktarımıdır. Bu farkı anlamak, fizik konularını doğru kavramak açısından oldukça önemlidir.
| Isı | Sıcaklık |
|---|---|
| Isı bir enerjidir | Enerji değildir. ddenin aldığı ısının ölçümüdür |
| Q ile gösterilir | T ile gösterilir |
| Kalorimetre kabı ile ölçülür | Termometre ile ölçülür |
| Birimi kalori (cal) ya da Joule'dür (J) | Birimi Celcius'tur |
| Madde miktarına bağlıdır | Madde miktarına bağlı değildir. |
| Isı alan her maddenin sıcaklığı yükselmez | Sıcaklığı yükselen her madde ısı almıştır |
Hal Değişimi
Maddeler, ısı alışverişi sonucunda katı, sıvı veya gaz haline geçebilir. Bu dönüşümler erime, donma, buharlaşma ve yoğuşma olarak adlandırılır. Hal değişimi sırasında maddenin sıcaklığı değişmez, ancak iç enerjisi artar veya azalır. Bir maddenin hal değişimi yapabilmesi için belirli bir miktarda ısı alması veya vermesi gerekir. Bu ısı miktarı şu formülle hesaplanır:
Q, alınan veya verilen ısı miktarını (Joule)
m, maddenin kütlesini (kg)
L, hal değiştirme ısısını (J/kg) ifade eder.
Maddeler, ısı aldıklarında veya verdiklerinde bir halden diğerine geçer. Ancak hal değişimi süresince sıcaklık sabit kalır.
Erime ve Donma
Erime
Maddenin katı halden sıvı hale geçmesine erime denir. Bu süreç, dışarıdan ısı alınmasını gerektirir.
Erime ile İlgili Önemli Noktalar
✅ Saf maddeler, yalnızca belirli bir sıcaklıkta erir. Bu sıcaklığa erime noktası veya erime sıcaklığı denir.
✅ Erime sıcaklığı ve erime ısısı, saf katıların ayırt edici özelliklerindendir ve belirli bir basınçta sabittir.
✅ Basınç değişirse erime noktası da değişir.
- Eğer madde erirken hacmi küçülüyorsa (örneğin buz), basınç arttığında erime noktası düşer.
- Eğer madde erirken hacmi büyüyorsa (örneğin Alüminyum, Altın, Gümüş, Bakır), basınç arttığında erime noktası yükselir.
✅ Bir sıvı içerisinde çözünen yabancı maddeler, maddenin donma noktasını düşürür. (Örneğin, yollara tuz dökülmesi buzlanmayı geciktirir.)
Donma
Maddenin sıvı halden katı hale geçmesine donma denir. Donma sırasında madde çevreye ısı verir.
Donma ile İlgili Önemli Noktalar
✅ Saf maddeler, yalnızca belirli bir sıcaklıkta donar. Bu sıcaklığa donma noktası denir.
✅ Donma ve erime noktaları aynıdır. Örneğin:
- Su, 0°C’de donar.
- Buz, 0°C’de erir.
Hal değişimi sürecini anlamak, fizik konularında kavram yanılgılarını önlemek açısından oldukça önemlidir.
Kaldırma kuvveti ve Basınç konusunda eksikleriniz varsa bu üniteyi ele aldığımız yazıyı inceleyebilirsiniz.
Kaynama ve Buharlaşma
Sabit basınç altında, her sıvının sıvı halden gaz hale geçtiği belirli bir sıcaklık değeri vardır. Bu sıcaklığa kaynama sıcaklığı denir. Örneğin, deniz seviyesinde suyun kaynama noktası 100°C’dir.
✅ Kaynama süresince sıcaklık sabit kalır.
✅ Sıvının safsızlığı, kaynama noktasını değiştirir. Örneğin, tuzlu suyun kaynama noktası, saf sudan daha yüksektir.
Buharlaşma Nedir?
Buharlaşma, bir sıvının ısı alarak gaz haline geçmesi sürecidir ve yalnızca sıvının yüzeyinde gerçekleşir. Buharlaşan moleküller, sıvının yüzey gerilimini ve moleküller arası çekim kuvvetini yenerek gaz fazına geçer.
✅ Buharlaşma her sıcaklıkta gerçekleşebilir.
✅ Buharlaşma, sıvının çevresinden ısı almasını gerektirdiği için serinleme etkisi yaratır. (Örneğin, terleme vücudu serinletir.)
✅ Sıcaklık arttıkça buharlaşma hızlanır.
✅ Açık hava basıncı azaldığında buharlaşma artar. (Bu nedenle yüksek rakımlarda su daha düşük sıcaklıklarda kaynar.)
✅ Sıvının yüzey alanı arttıkça buharlaşma hızı da artar.
✅ Rüzgârlı havada buharlaşma hızlanır, bu yüzden çamaşırlar daha çabuk kurur.
Kaynama ve Buharlaşma Arasındaki Fark
Kaynama, sıvının her noktasında gerçekleşirken buharlaşma yalnızca sıvının yüzeyinde olur. Örneğin, kolonyayı elinize döktüğünüzde, sıvı kısa sürede buharlaşarak yok olur, ancak kaynama gibi kabarcıklar oluşturmaz.
Yoğuşma (Yoğunlaşma)
Gaz halindeki maddelerin, ısı kaybederek sıvı hale geçmesine yoğuşma (yoğunlaşma) denir. Yoğunlaşma sıcaklığı, kaynama sıcaklığına eşittir. Örneğin, deniz seviyesinde su buharının yoğunlaşma noktası 100°C’dir.
Günlük Hayattan Yoğuşma Örnekleri
✅ Soğuk havada gözlük takan biri sıcak bir ortama girince camların buğulanması, havadaki su buharının gözlük camında yoğunlaşmasından kaynaklanır.
✅ Yağmurlu bir günde camın üzerine üflendiğinde su damlacıklarının oluşması, nefesimizdeki su buharının soğuk cam yüzeyinde yoğuştuğunu gösterir.
Süblimleşme ve Kırağılaşma
Süblimleşme, bir maddenin sıvı hale geçmeden doğrudan katıdan gaza dönüşmesidir.
Örnek: Naftalin ve iyot, süblimleşen maddelerdir.
✅ Süblimleşme her sıcaklıkta gerçekleşebilir.
✅ Bu süreçte madde çevreden ısı alır.
Kırağılaşma, gaz halindeki bir maddenin sıvı hale geçmeden doğrudan katı hale dönüşmesidir.
Örnek: Kış aylarında, soğuk yüzeylerde oluşan kırağı, su buharının sıvı olmadan direkt katı hale geçtiğini gösterir.
✅ Kırağılaşma, süblimleşmenin tersidir ve madde çevreye ısı verir.
Bu süreçler günlük hayatta çok sık gözlemlenmese de, fiziksel olayların temelini anlamak için önemlidir.
Önemli TYT’de soru çıkma ihtimali yüksek olan dalgalar konusunu da çalışmayı unutmayın.
Genleşme
Bir cisim ısı aldığında, moleküllerinin hareketi hızlanır ve aralarındaki mesafe artar. Bu durum, cismin hacminin büyümesine yani genleşmesine neden olur. Tam tersi şekilde, bir cisim ısı kaybettiğinde moleküller birbirine yaklaşır ve hacmi küçülür, buna da büzülme denir.
Günlük hayattan genleşme ve büzülme örnekleri:
✅ Elektrik telleri yazın genleşerek sarkar, kışın ise büzülerek gerginleşir.
✅ Tren raylarının birleşme noktalarında boşluk bırakılır, çünkü sıcaklık arttığında raylar genleşerek uzar.
Genleşme Miktarını Etkileyen Faktörler
1. Maddenin Türü
Aynı sıcaklık artışı uygulanan iki farklı madde, genleşme katsayılarına bağlı olarak farklı tepkiler verebilir. Genleşme katsayısı büyük olan maddeler daha fazla genleşir ve büzülür.
2. Maddenin İlk Boyutları
Bir cismin başlangıçtaki hacmi ne kadar büyükse, genleşme veya büzülme miktarı da o kadar fazla olur.
3. Sıcaklık Değişiminin Büyüklüğü
Bir cisim ne kadar fazla ısı alır veya kaybederse, sıcaklığındaki değişim de o kadar büyük olur. Bu da genleşme veya büzülme miktarını doğrudan etkiler.
Bu prensipler, mühendislikten günlük yaşama kadar birçok alanda dikkate alınarak yapılar ve sistemler tasarlanır.
TYT'nin önemli konularından biri olan Optik konusunu detaylarıyla anlattığımız yazımıza göz atın.
Quiz
Quiz :Bu yazıyı beğendiniz mi? Puanlayın!
Loading...
