Fizik-Kimya-Matematik
Prof. Dr. Hüseyin Sarı
25/10/2021 - 17:46

Birbirine Karıştırılan İki Kavram: Sıcaklık ve Isı

Sıcaklık ve ısı kavramları benzer çağrışımlar yaptığı için günlük yaşamda sıkça ve yanlış şekilde birbirinin yerine kullanılır.

Sıcaklık ve ısı kavramları benzer çağrışımlar yaptığı için günlük yaşamda sıkça ve yanlış şekilde birbirinin yerine kullanılır. Örneğin hava durumunu sunan bir spikerden “Hava ısısı normalin altına düşecek.” veya bir yemek programında “Patatesleri 200 derece ısıda pişirin.” gibi içinde “sıcaklık” yerine “ısı”nın kullanıldığı cümleler duyabiliriz. Dinleyenler ne söylenmek istendiğini anlasa da bu iki kavramın tanımları farklıdır.

Peki ısı yerine sıcaklık veya sıcaklık yerine ısı terimini kullandığımızda nasıl bir yanlış yapmış oluruz?

kelvin celsius ve fahrenheit

Farkı daha iyi anlamak için öncelikle bu iki terimin tanımlarına bakalım. Sıcaklık, bir cismin bir referans değere, örneğin donmuş suya (0 oC) göre ne kadar sıcak (veya soğuk) olduğunu gösterir. Isı ise teknik olarak ısı enerjisinden farklı olarak cisimler arasında aktarılan ısı enerjisini tanımlamak için kullanılır.

Yani sıcaklık sadece bir gösterge, ısı ise enerjidir. Başka bir deyişle sıcaklık, maddeyi oluşturan atom ve moleküllerin ne kadar şiddetli titreşim yaptığının ortalama değerini gösterirken ısı enerjisi, maddeyi oluşturan atom ve moleküllerin sahip olduğu toplam kinetik enerjiyi gösterir. Sıcaklık ne kadar yüksekse atom ve moleküller o kadar büyük genlikle titreşir. Sıcaklığı Celsius (oC), Fahrenheit (oF) veya Kelvin (K) gibi birimlerle ölçerken ısıyı enerji birimi olan joule veya kalori ile hesaplarız.

termometre ısı ve sıcaklık ilişkisi

Isı enerjisi (bir maddenin sahip olduğu toplam kinetik enerji) madde miktarı ile orantılı iken, sıcaklık maddeyi oluşturan atom ve moleküllerin ortalama kinetik enerjisini gösterdiğinden madde miktarından bağımsızdır.

Eğer maddeyi oluşturan moleküller hiç titreşim hareketi yapmazsa yani hareket durursa cismin sıcaklığının 0 Kelvin olduğunu (-273,15 oC) söyleriz. Oda sıcaklığındaki (298,15 K; 25 oC) bir cismin atom veya molekülleri ise belirli bir ortalama genlikle titreşim hareketi yapar. Ancak bu cismin ne kadar ısı enerjisine sahip olduğunu söyleyebilmemiz için madde miktarını da bilmemiz gerekir.

Sıcaklıkları aynı olan cisimler farklı ısı enerjisine sahip olabilirken, aynı ısı enerjisine sahip olan cisimler de farklı sıcaklıklarda olabilir. Örneğin 0 oC sıcaklıktaki bir buz dağı, 100 oC  sıcaklıktaki bir bardak çaydan daha soğuk olmasına rağmen daha fazla ısı enerjisine sahip olabilir.

Sıcaklık ve ısının farkını daha iyi vurgulamak için abartılı bir örnek verelim.  Bir ton su içeren bir kazan ve bir kilogram su içeren bir demlik düşünelim. Başlangıçta sıcaklıkları aynı olan bu iki kaptaki suyu ocağın üstünde ısıtarak çay demleyelim. Her iki kabın içindeki suyun sıcaklığı 100 oC olduğunda su miktarları farklı olsa da iki kaptaki su molekülleri aynı ortalama genlikle titreşir. Peki her iki kaptaki suyu 100 oC sıcaklığa getirmek için ikisine de aynı miktarda ısı enerjisi mi veririz? Tahmin edeceğiniz gibi cevap “hayır”dır. Demlikteki su, miktarı az olduğundan daha kısa sürede, daha az ısı enerjisi verilerek kaynama sıcaklığına getirilebilir. Kazandaki bir ton suyu kaynama noktasına getirmek içinse su miktarı fazla olduğundan, daha çok ısı enerjisi verilmesi yani daha uzun süre ocağın üstünde tutulması (ısıtılması) gerekir. Kaplardaki suların sıcaklıkları aynı olsa da sahip oldukları ısı enerjileri farklıdır.

Sıcaklık ile ısı arasında bir ilişki var mıdır?

Sıcaklık ile ısı arasında bir ilişki var mıdır?

Sıcaklıkları farkı olan cisimler arasında ısı aktarımı olur. Isı, sıcak cisimden soğuk cisme doğru akar, sıcaklık ise aktarılmaz. Isı alan (ısınan) cismin sıcaklığı artarken ısı veren (soğuyan) cismin sıcaklığı azalır. Isı enerjisi, normal koşullarda sıcak cisimden soğuk cisme aktarılır. Örneğin sıcaklığı 80 oC olan bir cisim, sıcaklığı 10 oC olan bir cisimle temas ederse bu iki cismin sıcaklıkları eşit olana kadar sıcak cisimden soğuk cisme ısı akışı gerçekleşir.

sıcaklıkları farklı cisimler arasındaki ısı akışı

Sıcaklıkları farklı cisimler temas ettirilirse, iki cismin sıcaklıkları aynı olana kadar sıcak cisimden soğuk cisme ısı akışı olur. Isı akışını tersine çevirmek (soğuk cisimden sıcak cisme doğru) için dışarıdan enerji vermek gerekir.

 

Isı her zaman sıcak cisimden soğuk cisme doğru mu akar?

Sıcak cisimden soğuk cisme olan akış normal bir durum iken, tersinin olabilmesi yani soğuk bir cisimden sıcak bir cisme ısı aktarılabilmesi için dışarıdan müdahale etmek gerekir. Buzdolapları ve soğuk moddayken klimalar elektrik enerjisi yardımı ile normal ısı akış yönünü tersine çevirir. Başka bir deyişle klima ısı enerjisini sıcak ortamdan soğuk ortama değil, soğuk ortamdan  sıcak ortama aktarır.

 

Kaynaklar:

 
Yazar Hakkında:
Prof. Dr. Hüseyin Sarı
Ankara Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Fizik Mühendisliği Bölümü
 

Fizik-Kimya-Matematik

Bilim kurgu filmlerinde yapay yer çekimiyle ilgili sahnelere rastlamış olabilirsiniz. Peki, gerçekte bu mümkün olabilir mi?

İsmini ABD televizyonlarında 1963-1976 yılları arasında yayınlanan Let’s Make a Deal (Bir Anlaşma Yapalım) isimli yarışma programının sunucusundan alan Monty Hall problemi aslında basit bir olasılık sorusuydu. Birçok insanın kafasını karıştıran bu problemi gelin birlikte inceleyelim.