Isı ve Sıcaklık-1: Isı, Sıcaklık, İç Enerji Kavramları

Previous: İş, Güç ve Enerji-3: Enerji Korunumu ve Dönüşümleri
Next: Isı ve Sıcaklık-2: Özısı, Isı sığası, Hal değişimi

Isı ve Sıcaklık Kavramları

Fiziğin alt dallarından biri olan termodinamik; ısı, sıcaklık ve maddenin farklı sıcaklık durumlarında çevresiyle etkileşimini inceler.

İç Enerji

Bir sistemi oluşturan atom ve moleküllerin kinetik (titreşim) ve potansiyel (bağ) enerjilerinin toplamıdır.

Sistem üzerinde iş yapıldığında, sisteme enerji aktarıldığında ya da sistem dışarı enerji aktardığında sistemin iç enerjisinde değişiklik meydana gelir.
Su dolu çaydanlık ocağa konulduğunda ocaktan suya ısı enerjisi aktarılır. İç enerjii artan su moleküllerinin hızı ve kinetik enerjisi artar.

Maddenin kütlesinin veya sıcaklığının artması iç enerjisini de artırır.

Sıcaklık

Sıcaklık, bir sistemdeki atom ve moleküllerin ortalama kinetik enerjisinin göstergesidir

Termometre ile ölçülür.
T ile gösterilir.
Skalerdir.
Birimi kelvindir (K)

Sıcaklık enerji değildir.

Isı

Isı; sıcaklıkları farklı, etkileşim halindeki iki sistem arasında sıcaklığı yüksek olandan düşük olana doğru sıcaklığın dengelenmesi için transfer edilen ennerjidir.

Q ile gösterilir.
Birimi Jouledir.
Günlük hayatta birim olarak kalori(cal) da kullanılır.
\(1cal\approx 4,186J\)
Isı, kalorimetre ile ölçülür.

Bir sistemin ısısı gibi bir kavram yoktur.

Isı, aktarılan enerji olduğundan ancak sistemin aldığı ya da verdiği ısının ölçümü yapılabilir.

Isı alan (enerji verilen) bir maddenin iç enerjisi artar.
Kütlesi artan bir maddenin iç enerjisi artar.

Termometreler

Termometreler sıcaklık ölçümünde kullanılır.

Termometre, sıcaklığı ölçülmek istenilen cisimle etkileşime girer. Bu etkileşim cisimle termometrenin sıcaklıkları eşit oluncaya kadar devam eder. Bu durumda termometrenin gösterdiği sıcaklık, cismin de sıcaklığıdır.

Termometre seçimi, sıcaklığı ölçülmek istenen madde ya da ortamın ortalama sıcaklığına bağlı olarak seçilir. Bu nedenle termometreler kullanım amaçlarına göre sıvılı, metal ve gazlı olmak üzere üç çeşittir.

Sıvılı Termometreler

Temel olarak kılcal bir cam boru, renklendirilmiş sıvı ve hazneden oluşurlar. Sıvı olarak civa, alkol ya da isprito kullanılabilir.

Hasta, laboratuvar ve duvar termometreleri sıvılı termometrelerdir.

Sıvı Termometrelerin Duyarlılığı

Termometrenin küçük sıcaklık değerlerine karşı gösterdiği tepkinin ölçülebilmesi onun hassasiyeti (duyarlılığı) olarak ifade edilir.

Termometrenin hassasiyeti;

Sıvı miktarını artırmak,
Sıvının yükseldiği kılcal boruyu ince yapmak,
Genleşme katsayısı büyük olan sıvı kullanmak,
Genleşme katsayısı küçük olan hazne ve kılcak boru kullanmak

işlemleri ile artırılabilir.

Sıcaklık Ölçekleri

Sıvılı termometrelerde ölçeklendirme deniz seviyesinde, 1 atm basınç altında suyun donma ve kaynama sıcaklıkları arasında yapılır.

Kelvin, velsius ve fahrenheit sıcaklık ölçeklerine örnek olarak verilebilir.

Termometre değerleri arasındaki dönüşüm şu şekilde yapılır:

10 kelvin, 20 kelvinin yarısıdır. Fakat 10 celcius 20 celciusun yarısı değildir. Kelvin mutlak bir birimdir ve bu yüzden sıcaklıkların karşılaştırılması isteniyorsa, celcius önce kelvine çevrilmelidir.

Metal Termometreler

Metallerin genleşme özelliğine bağlo olarak geliştirilmiş olan metal (katılı) termometreler yüksek sıcaklıkların ölçümünde kullanılır.

Eritme, pişirme veya kurutma gibi işlemlerin yapıldığı endüstriyel alanlarda ve fırınlarda kullanılır.
Sensörlü ve lazerli dijital termometrelerde kullanılır.

Gazlı Termometreler.

Gazlar, sıcaklık değişimlerine katı ve sıvılara oranla daha fazla tepki verir. Bu nedenle hassas sıcaklık ölçümlerinde gazlı termometreler kullanılır.

Gazların genleşme özelliğine bağlı olarak çalışan bu termometreler laboratuvarlarda kullanılır.

Isı-Sıcaklık ve Termometrelerin Günlük Hayattaki Ve Teknolojideki Yeri

Güneş, ısı enerjisinin en temel kaynağıdır. Güneş ışığı Dünya'ya ulaştığında, kara su ve hava gibi çevresel elemanlara ısı sağlar. Bu ısı canlıların yaşamasını sağlar.

Termometreler, sıcaklık ölçümüne dayalı birçok teknolojik uygulamanın temelini oluşturur.

Sıcaklık ile direnci değişen elektronik devre elemanları (termistör) klima, buzdolabı ya da fırın gibi cihazlardaki sıcaklık kontrolünde kullanılır.