TYT 9. sınıf · 5. konu

Isı, Sıcaklık ve Genleşme

Sıcaklık ölçekleri, ısı alışverişi, öz ısı ve ısı sığası, hâl değişimi, ısıl denge, genleşme ve ısının yayılma yolları.

Bu konuda öğreneceklerin

Isı ile sıcaklık arasındaki farkı
Celsius, Fahrenheit ve Kelvin arasında dönüşümü
Isı alışverişini ve ısıl denge sıcaklığını hesaplamayı
Hâl değişimi, genleşme ve ısının yayılma yollarını

Isı ve sıcaklık

Sıcaklık, maddeyi oluşturan taneciklerin ortalama hareket enerjisinin bir ölçüsüdür ve termometreyle ölçülür. Isı ise sıcaklık farkı nedeniyle bir maddeden diğerine aktarılan enerjidir; birimi joule ya da kaloridir (1 cal ≈ 4,18 J). Isı her zaman sıcak maddeden soğuk maddeye kendiliğinden akar.

Sıcaklık ölçekleri

Suyun donma ve kaynama noktaları Celsius'ta 0 ve 100, Fahrenheit'ta 32 ve 212, Kelvin'de 273 ve 373'tür. Dönüşüm bağıntısı:

$$ \frac{C}{100} = \frac{F - 32}{180} = \frac{K - 273}{100} $$

Kelvin ölçeğinde negatif sıcaklık yoktur; 0 K mutlak sıfırdır.

Isı alışverişi

Hâl değiştirmeyen bir maddenin sıcaklığını değiştirmek için gereken ısı:

$$ Q = m \cdot c \cdot \Delta T $$

$c$ öz ısıdır: 1 gram maddenin sıcaklığını 1 °C artırmak için gereken ısı. Suyun öz ısısı $1\ \text{cal/g°C}$ ile çok büyüktür; bu yüzden denize yakın yerlerde sıcaklık daha az değişir. $m \cdot c$ çarpımına ısı sığası denir.

Hâl değişimi

Erime, donma, buharlaşma ve yoğuşma sırasında sıcaklık sabit kalır; alınan ısı tanecikler arasındaki bağları koparmaya harcanır:

$$ Q = m \cdot L $$

Buzun erime ısısı $L_e = 80\ \text{cal/g}$, suyun buharlaşma ısısı $L_b = 540\ \text{cal/g}$'dır.

Isıl denge

Sıcaklıkları farklı maddeler bir arada bırakılırsa, ısı kaybı olmadığında alınan ısı verilen ısıya eşit olur ve ortak bir sıcaklığa ulaşılır. Aynı cins sıvılar için:

$$ T_{denge} = \frac{m_1 T_1 + m_2 T_2}{m_1 + m_2} $$

Genleşme

Isıtılan maddeler genleşir. Boyca genleşme:

$$ \Delta L = L_0 \cdot \lambda \cdot \Delta T $$

$\lambda$ genleşme katsayısıdır ve maddeye özgüdür. Demiryolu raylarında ve köprülerde bırakılan boşluklar genleşme payıdır. Su bir istisnadır: 0 °C ile 4 °C arasında ısıtılınca büzülür; en büyük özkütlesi 4 °C'dedir. Bu yüzden göller yüzeyden donar ve altındaki canlılar yaşamaya devam eder.

Isının yayılma yolları

İletim: Katılarda tanecikten taneciğe (tencere sapının ısınması). Metaller iyi iletkendir.
Konveksiyon (taşıma): Sıvı ve gazlarda akışkanın kendisinin hareketiyle (kalorifer peteğinin odayı ısıtması).
Işıma: Elektromanyetik dalgalarla, maddeye gerek olmadan (Güneş'in Dünya'yı ısıtması).

Formüller

$$\frac{C}{100} = \frac{F-32}{180} = \frac{K-273}{100}$$

Sıcaklık dönüşümü

$$Q = m\,c\,\Delta T$$

Isı alışverişi (hâl değişimi yokken)

$$Q = m\,L$$

Hâl değişimi ısısı

$$\Delta L = L_0\,\lambda\,\Delta T$$

Boyca genleşme

Çözümlü örnekler

Örnek 1Isıl denge

80 °C'deki 100 g su ile 20 °C'deki 300 g su karıştırılıyor. Isı kaybı yoksa denge sıcaklığı kaç °C olur?

Örnek 2Buzu eritmek

0 °C'deki 50 g buzu 0 °C'de suya dönüştürmek için kaç kalori ısı gerekir? ($L_e = 80\ \text{cal/g}$)

Sık yapılan hatalar

Isı ile sıcaklığı aynı şey sanmak: sıcaklık ölçülen bir durumdur, ısı aktarılan enerjidir.
Hâl değişimi sırasında sıcaklığın arttığını düşünmek: erime ve kaynama boyunca sıcaklık sabittir.
Kelvin'e çevirirken 273 eklemeyi unutmak ya da Kelvin'de "derece" işareti kullanmak.
Uzayda ısının iletimle ya da konveksiyonla geldiğini sanmak: boşlukta yalnızca ışıma vardır.

Günlük hayatta

Ateşi ölçerken kullanılan dijital termometreler ve kızılötesi alın termometreleri, vücudun yaydığı ışımayı ölçer. Kızılötesi termometrenin temas etmeden ölçebilmesinin nedeni budur.

Konu testi

10 soru. Bir seçeneğe dokun; doğru cevap ve çözüm hemen açılır.

1Kolay

25 °C kaç kelvindir?

2Kolay

50 °C kaç °F'tır?

3Kolay

20 °C'deki 200 g suyu 70 °C'ye ısıtmak için kaç kalori ısı gerekir? ($c_{su} = 1\ \text{cal/g°C}$)

4Orta

80 °C'deki 100 g su ile 20 °C'deki 300 g su karıştırılıyor. Isı kaybı yoksa son sıcaklık kaç °C olur?

5Kolay

0 °C'deki 50 g buzun tamamını 0 °C'de suya dönüştürmek için kaç kalori gerekir? ($L_e = 80\ \text{cal/g}$)

6Orta

2 m uzunluğundaki bir metal çubuğun sıcaklığı 50 °C artırılıyor. Genleşme katsayısı $1{,}2 \times 10^{-5}\ \text{1/°C}$ ise çubuk kaç milimetre uzar?

7Kolay

Güneş'ten Dünya'ya enerji hangi yolla ulaşır?

8Orta

Göllerin kışın yüzeyden donmaya başlamasının ve altta suyun sıvı kalmasının temel nedeni nedir?

9Zor

Eşit kütleli su ($c = 1\ \text{cal/g°C}$) ve demire ($c = 0{,}1\ \text{cal/g°C}$) eşit miktarda ısı veriliyor. Demirin sıcaklık artışı suyunkinin kaç katıdır? (Hâl değişimi yok.)

10Orta

Saf bir sıvı kaynarken ısıtılmaya devam ediliyor. Kaynama süresince sıcaklık için ne söylenebilir?

İlerlemen bu tarayıcıda saklanıyor. Ücretsiz üye ol, her cihazda kaldığın yerden devam et.