💡 9. Sınıf Fizik: Isı, iç enerji ve sıcaklık ilişkisi Çözümlü Örnekler

• I. Öncül: Sıcaklık, bir enerji türü değildir; tanecik başına düşen ortalama kinetik enerjinin bir ölçüsüdür. Bu ifade doğrudur. ✅
• II. Öncül: Isı, sadece sıcaklık farkından dolayı alınan ya da verilen enerjidir. Bir maddenin "ısısı" diye bir kavram yoktur, transfer edilen enerji vardır. Bu ifade doğrudur. ✅
• III. Öncül: İç enerji, maddedeki tüm taneciklerin kinetik ve potansiyel enerjilerinin toplamıdır. Demlikteki çay miktarı (kütlesi) daha fazla olduğu için toplam enerji (iç enerji) daha büyüktür. Bu ifade yanlıştır. ❌

• 1. İç Enerji: Çorba, odadan daha sıcak olduğu için dışarıya ısı verir. Isı veren maddenin enerjisi azalacağı için çorbanın iç enerjisi azalır. 📉
• 2. Isı Akış Yönü: Isı her zaman sıcaklığı yüksek olan maddeden, sıcaklığı düşük olan maddeye doğru akar. Bu durumda ısı akışı çorbadan odaya doğrudur. 👉
• 3. Son Sıcaklık: Isıl denge sıcaklığı, karışıma giren maddelerin sıcaklıkları arasında bir değer alır. Yani son sıcaklık \( 20^\circ C \) ile \( 80^\circ C \) arasındadır. Odanın hacmi çok büyük olduğu için denge sıcaklığı \( 20^\circ C \) değerine çok yakın olur. 🌡️

Bu durumun temel sebebi maddelerin öz ısı (c) farkıdır.

• Öz Isı Farkı: Suyun öz ısısı, kumun öz ısısından çok daha büyüktür.
• Sıcaklık Değişimi: Öz ısısı büyük olan maddeler (su) geç ısınır ve geç soğur. Öz ısısı küçük olan maddeler (kum) ise çabuk ısınır ve çabuk soğur. ☀️
• Sonuç: Aynı miktar güneş enerjisi gelmesine rağmen, kumun sıcaklığı hızla artarken denizin sıcaklığı çok daha yavaş artar. Bu yüzden kum sıcak, deniz serin hissedilir. 🏖️

Isı değişim formülünü kullanalım: \( Q = m \cdot c \cdot \Delta t \)

• Verilenler:
  \( Q = 400 \) cal (Verilen ısı)
  \( m = 200 \) g (Kütle)
  \( \Delta t = 10^\circ C \) (Sıcaklık değişimi)
• Formülde yerine koyalım:
  \[ 400 = 200 \cdot c \cdot 10 \]
• İşlemi yapalım:
  \[ 400 = 2000 \cdot c \]
  \[ c = \frac{400}{2000} \]
  \[ c = 0.2 \ cal/g^\circ C \]

Özdeş ısıtıcılar, birim zamanda eşit ısı (\( Q \)) verir. Formülümüz: \( Q = m \cdot c \cdot \Delta t \)

• Sıcaklığı hızlı artan maddenin (\( \Delta t \) büyük olan), ısı sığası (m · c) küçüktür. 💡
• X'in sıcaklığı daha hızlı arttığına göre, X'in ısı sığası Y'ninkinden küçüktür. (\( m_x \cdot c_x < m_y \cdot c_y \))
• I ve II: Kütle (\( m \)) veya öz ısı (\( c \)) hakkında tek başına kesin bir yorum yapılamaz. Biri büyük diğeri çok küçük olabilir.
• III: Isı sığası (\( m \cdot c \)) bir bütün olarak kesinlikle daha küçüktür.

• a) Kelvin Dönüşümü: Kelvin ve Celsius arasındaki ilişki \( K = C + 273 \) formülü ile hesaplanır.
  \[ K = 20 + 273 \]
  \[ K = 293 \ K \] 🌡️
• b) Mutlak Sıcaklık: \( 0 \ K \) (Mutlak Sıfır), taneciklerin titreşiminin durduğu varsayılan teorik en düşük sıcaklıktır. Bu nedenle bir maddenin sıcaklığı \( 0 \ K \) altına düşemez. ❄️

• Sıcaklık Dengesi: Her iki bank da aynı ortamda uzun süre beklediği için ortamla ısıl dengeye ulaşmıştır ve sıcaklıkları eşittir. 🌡️
• Isı İletim Hızı: Metalin ısı iletkenliği, ahşabın ısı iletkenliğinden çok daha fazladır.
• Hissetme Sebebi: Metal banka dokunduğumuzda, vücudumuzdaki ısıyı ahşaba göre çok daha hızlı çeker. Isı kaybımız hızlı olduğu için beynimiz metalin daha "soğuk" olduğu algısını oluşturur. 🧠
• Sonuç: Bu durum sıcaklık farkından değil, ısı iletim hızlarının farklı olmasından kaynaklanır.

Isıca yalıtılmış ortamda Alınan Isı = Verilen Isı (\( Q_{alınan} = Q_{verilen} \)) eşitliği geçerlidir.

• Denge sıcaklığına \( T \) diyelim.
• Soğuk suyun aldığı ısı: \( 100 \cdot 1 \cdot (T - 40) \)
• Sıcak suyun verdiği ısı: \( 300 \cdot 1 \cdot (80 - T) \)
• Eşitliği kuralım:
  \[ 100 \cdot (T - 40) = 300 \cdot (80 - T) \]
• Sadeleştirme yapalım (her iki tarafı 100'e bölelim):
  \[ T - 40 = 3 \cdot (80 - T) \]
  \[ T - 40 = 240 - 3 \cdot T \]
• Bilinmeyenleri toplayalım:
  \[ 4 \cdot T = 280 \]
  \[ T = 70^\circ C \]