💡 9. Sınıf Fizik: Isı sıcaklık Çözümlü Örnekler

Isı ve sıcaklık birbirinden farklı fiziksel kavramlardır:

• Sıcaklık: Bir maddedeki moleküllerin ortalama kinetik enerjisinin bir göstergesidir. Bir enerji türü değildir. Termometre ile ölçülür. Birimi SI sisteminde Kelvin \( K \)'dir.
• Isı: Sıcaklık farkından dolayı alınan ya da verilen enerjidir. Bir enerji türüdür. Kalorimetre kabı ile hesaplanır. Birimi Joule \( J \) veya Kalori \( cal \)'dir.

✅ Özetle; sıcaklık bir durum, ısı ise transfer edilen bir enerjidir.

Celsius ve Kelvin ölçekleri arasındaki dönüşüm formülünü kullanalım:

\[ T = t + 273 \]

• Burada \( t \) Celsius cinsinden sıcaklık, \( T \) ise Kelvin cinsinden sıcaklıktır.
• Verilen değer: \( t = 27 \)
• İşlem: \( T = 27 + 273 \)
• Sonuç: \( T = 300 \) Kelvin

👉 Kelvin ölçeğinde derece işareti \( ^\circ \) kullanılmadığına dikkat edilmelidir.

Isı sığası \( C \), bir maddenin kütlesi ile öz ısısının çarpımına eşittir.

Formülümüz:

\[ C = m \times c \]

• Maddenin kütlesi \( m = 200 \) gram
• Maddenin öz ısısı \( c = 0,5 \) cal/g \( ^\circ C \)
• Hesaplama: \( C = 200 \times 0,5 \)
• Sonuç: \( C = 100 \) cal/\( ^\circ C \)

💡 Not: Isı sığası maddenin miktarına bağlıdır, yani ayırt edici bir özellik değildir.

Isı miktarını hesaplamak için temel ısı formülünü kullanırız:

\[ Q = m \times c \times \Delta t \]

• Kütle \( m = 100 \) g
• Öz ısı \( c = 1 \) cal/g \( ^\circ C \)
• Sıcaklık değişimi \( \Delta t = 50 - 20 = 30 ^\circ C \)
• İşlem: \( Q = 100 \times 1 \times 30 \)
• Sonuç: \( Q = 3000 \) kalori

✅ Bu işlem sonucunda su \( 3000 \) kalori ısı enerjisi almış olur.

Isıl denge prensiplerine göre bu süreci inceleyelim:

• 1. Madde: Doğrudur. Isı transferi her zaman yüksek sıcaklıktaki maddeden düşük sıcaklıktaki maddeye doğru akar.
• 2. Madde: Doğrudur. Isı alışverişi, her iki cismin sıcaklığı eşitlenene kadar devam eder. Bu duruma ısıl denge denir.
• 3. Madde: Doğrudur. Enerjinin korunumu yasası gereği, dışarıya ısı kaybı yoksa alınan ısı miktarı verilen ısı miktarına eşittir.

👉 Sonuç olarak her üç ifade de fiziksel olarak doğrudur.

Bu durum genleşme ve büzülme olayları ile açıklanır:

• Yaz aylarında sıcaklık arttığında metal raylar genleşir ve boyları uzar.
• Eğer raylar arasında boşluk bırakılmazsa, genleşen raylar birbirini iterek eğilir ve tren kazalarına yol açabilir.
• Bırakılan bu boşluklar, rayların güvenli bir şekilde uzamasına imkan tanır.
• Kışın ise raylar büzülerek kısalır ve boşluklar tekrar genişler.

📌 Bu, mühendislikte ısıl genleşme payı olarak adlandırılan hayati bir uygulamadır.

Isı enerjisi üç farklı yolla yayılabilir:

• İletim: Sıcak çorbanın içindeki metal kaşığın sapının ısınması. (Katılarda taneciklerin birbirine çarpmasıyla yayılma).
• Konveksiyon (Taşıma): Odadaki kalorifer peteğinin tüm odayı ısıtması. (Sıvı ve gazlarda ısınan maddenin yükselmesiyle yayılma).
• Işıma (Radyasyon): Güneş'in dünyamızı ısıtması veya yanan bir şöminenin karşısında ısınmamız. (Elektromanyetik dalgalar yoluyla yayılma).

Isıca yalıtılmış bir ortamda alınan ısı verilen ısıya eşittir:

\[ Q_{alinan} = Q_{verilen} \]

• Kütleler eşit olduğu için (\( m_1 = m_2 = 100 \) g) ve maddeler aynı olduğu için (\( c_1 = c_2 \)), denge sıcaklığı aritmetik ortalama ile bulunabilir.
• Denge sıcaklığı \( T \):
• \[ T = \frac{t_1 + t_2}{2} \]
• \[ T = \frac{20 + 60}{2} \]
• \[ T = \frac{80}{2} \]
• Sonuç: \( T = 40 ^\circ C \)

✅ Eğer kütleler farklı olsaydı, ısı sığalarını dikkate alarak hesaplama yapmamız gerekirdi.