Isı Enerjisinin Maddeler Üzerine Etkisi ve Isı Birimleri

1- Isı Enerjisi :
Isı bir enerji çeşitidir. Isı enerjisi Q ile gösterilir ve kalorimetre kabı ile ölçülür. Isı enerjisi birimi kalori veya Joule`dür. Isı enerjisi, sıcaklığı yüksek olan maddeden, sıcaklığı düşük olan maddeye doğru aktarılan enerjidir.
Isı enerjisi maddeler üzerinde 3 türlü değişiklik yapabilir. Bunlar;
• Sıcaklık Değişimi
• Hal Değişimi
• Boyut Değişimi (Genleşme veya Büzülme)

2- Isı Enerjisi Birimleri :

a) 1 Kalori (1 cal) :
1 gram saf suyun sıcaklığını 14,50C`den 15,50C`ye çıkarmak için verilmesi gereken ısı miktarıdır.
1 gram saf suyun sıcaklığını 10C değiştirmek için (verilmesi veya alınması) gereken ısı miktarıdır.

b) 1 Joule (1 J) :
0,24 gram saf suyun sıcaklığını 14,50C`den 15,50C`ye çıkarmak için verilmesi gereken ısı miktarıdır.
0,24 gram saf suyun sıcaklığını 10C değiştirmek için (verilmesi veya alınması) gereken ısı miktarıdır.
Joule, ısının mekanik eşdeğeri yani ısı enerjisinin mekanik enerji cinsinden değeri olarak da bilinir.



3- Isı Enerjisi Alan (Isıtılan) Maddenin Taneciklerinin Hareketi :
Maddeler ısıtıldığında yani ısı enerjisi aldığında maddeyi oluşturan taneciklerin hareket enerjileri artar yani tanecikler daha hızlı hareket ederler. Hızlı hareket eden tanecikler yavaş hareket eden taneciklere çarparak enerjilerini yavaş hareket eden taneciklere aktarır ve onların da hızlanmasını sağlar. Böylece maddeyi oluşturan taneciklerin hızları birbirine eşit olur. Taneciklerin hızları birbirine eşit olduğu için maddenin sıcaklığı her yerinde aynı olur ve maddenin sıcaklığı ilk duruma göre artar.
Maddeler ısıtıldığında (sıcak ortamda bulunan) tanecikler hızlı hareket ettikleri için tanecikler arasındaki boşluk fazladır ve fazla hacim kaplarlar.

• Taneciklerin hızı artar.
• Tanecikler arasındaki boşluk artar.
• Maddenin hacmi artar.
• Maddenin sıcaklığı artar.



4- Isı Enerjisi Veren (Kaybeden) (Soğutulan) Maddenin Taneciklerinin Hareketi :
Maddeler soğutulduğunda yani ısı enerjisi kaybettiğinde (dışarıya ısı enerjisi verdiğinde) maddeyi oluşturan taneciklerin hareket enerjileri azalır yani tanecikler daha yavaş hareket ederler. Yavaş hareket eden tanecikler, hızlı hareket eden taneciklerden enerji alırlar ve onların da yavaşlamasını sağlarlar. Böylece maddeyi oluşturan taneciklerin hızları birbirine eşit olur. Taneciklerin hızları birbirine eşit olduğu için maddenin sıcaklığı her yerinde aynı olur ve maddenin sıcaklığı ilk duruma göre azalır.
Maddeler soğutulduğunda (soğuk ortamda bulunan) tanecikler yavaş hareket ettikleri için tanecikler arasındaki boşluk azdır ve az hacim kaplarlar.

• Taneciklerin hızı azalır.
• Tanecikler arasındaki boşluk azalır.
• Maddenin hacmi azalır.
• Maddenin sıcaklığı azalır.



5- Isı Enerjisinin Maddenin Miktarına (Kütlesine) Bağlılığı :
Sıcaklık, maddeyi oluşturan taneciklerin kinetik enerjilerinin ortalamasıdır. Madde miktarı yani maddenin kütlesi arttığında maddeyi oluşturan taneciklerin sayısı artacağı için taneciklerin toplam kinetik enerjileri artar.
Maddenin sahip olduğu ısı enerjisi, maddeyi oluşturan taneciklerin kinetik enerjilerinin toplamı olduğu için tanecik sayısının artması maddenin sahip olduğu ısı enerjisini arttırır. Tanecik sayısı yani kütlesi fazla olan maddenin ısı enerjisi fazla olacağı için başka bir maddeye daha fazla ısı enerjisi aktarabilir.
• Aynı sıcaklıktaki aynı cins maddelerin kütleleri farklı ise kütlesi yani tanecik sayısı fazla olanın ısı enerjisi miktarı daha fazladır ve etrafına daha fazla ısı yayar.
• Farklı sıcaklıktaki aynı cins maddelerin kütleleri farklı ise, sıcaklığı fazla olan maddenin taneciklerinin ortalama kinetik enerjisi daha fazladır. Fakat ısı enerjisi maddeyi oluşturan bütün taneciklerin kinetik enerjilerinin toplamı olduğu için her zaman sıcaklığı fazla olan maddenin ısı enerjisi miktarı, sıcaklığı az olan maddenin ısı enerjisi miktarından fazla olmayabilir. Sıcaklığı az olan maddenin tanecik sayısı yani kütlesi sıcaklığı az olan maddeye göre çok daha fazla ise sıcaklığı az olan maddenin ısı enerjisi miktarı daha fazla olur.

6- Isı Enerjisinin Maddenin Sıcaklığına Bağlılığı :
Sıcaklık, maddeyi oluşturan taneciklerin kinetik enerjilerinin ortalamasıdır. Taneciklerin kinetik enerjisi yani sıcaklığı arttığında taneciklerin toplam kinetik enerjileri artar.
Maddenin sahip olduğu ısı enerjisi, maddeyi oluşturan taneciklerin kinetik enerjilerinin toplamı olduğu için taneciklerin kinetik enerjilerinin yani sıcaklıklarının artması maddenin sahip olduğu ısı enerjisini arttırır. Sıcaklığı yani taneciklerinin kinetik enerjisi fazla olan maddenin ısı enerjisi fazla olacağı için başka bir maddeye daha fazla ısı enerjisi aktarabilir.
• Aynı kütleli ve aynı cins maddelerin sıcaklıkları farklı ise sıcaklığı yani taneciklerinin kinetik enerjisi fazla olanın ısı enerjisi miktarı daha fazladır.


ÖRNEKLER :

1- Sıcaklıkları aynı olan bir bardak su ile bir kova sudan, her ikisinin de sıcaklıkları eşit olduğu için taneciklerin ortalama kinetik enerjileri eşittir. Fakat kovadaki suda daha fazla tanecik bulunduğu için taneciklerin toplam hareket enerjileri yani ısı enerjisi daha fazladır.
Aynı sıcaklıkta olmasına rağmen kütlesi fazla olan kovadaki su, sıcaklığı kendisinden düşük olan başka bir maddeye, bardaktaki suya göre daha fazla ısı enerjisi aktarır.
• Aynı sıcaklıktaki iki buz parçasından biri bardaktaki, diğeri kovadaki suya bırakılırsa kovadaki suyun ısı enerjisi fazla olup buza daha fazla ısı enerjisi aktaracağı için buz daha çabuk erir.

2- Bir bardaktaki sıcak su ile başka bir bardaktaki soğuk sudan sıcak suyun taneciklerinin kinetik enerjisi fazla olduğu için sıcak suyun ısı enerjisi miktarı, soğuk suyun ısı enerji miktarından daha fazladır.
• Aynı sıcaklıktaki iki buz parçasından biri bardaktaki sıcak suya, diğeri bardaktaki soğuk suya bırakılırsa bardaktaki sıcak suyun ısı enerjisi fazla olup buza daha fazla ısı enerjisi aktaracağı için buz daha çabuk erir.

3- Sıcaklığı fazla olan bir bardak sıcak su ile bir kova soğuk sudan, kovadaki suda daha fazla tanecik bulunduğu için kovadaki suyun ısı enerjisi miktarı, bardaktaki suyun ısı enerji miktarından daha fazladır.
• Aynı sıcaklıktaki iki buz parçasından biri bardaktaki sıcak suya, diğeri kovadaki soğuk suya bırakılırsa kovadaki soğuk suyun ısı enerjisi fazla olup buza daha fazla ısı enerjisi aktaracağı için buz daha çabuk erir.

4- Bir evin aynı sıcaklıktaki iki odasında bulunan taneciklerin kinetik enerjileri eşittir. Fakat büyük odada daha fazla tanecik bulunduğu için taneciklerin toplam hareket enerjileri yani ısı enerjisi daha fazladır.
Aynı sıcaklıkta olmasına rağmen büyük odadaki hava, sıcaklığı kendisinden düşük olan başka bir maddeye, küçük odadaki havaya göre daha fazla ısı enerjisi aktarır.
• Aynı sıcaklıktaki iki buz parçasından biri küçük, diğeri büyük odaya bırakılırsa, büyük odadaki havanın ısı enerjisi fazla olup buza daha fazla ısı enerjisi aktaracağı için buz daha çabuk erir.

5- Deniz suyundaki bütün moleküllerin toplam kinetik enerjisi, kibrit çöpündeki moleküllerin toplam kinetik enerjisinden fazla olacağı için deniz suyunun ısısı kibrit çöpünün ısısından fazladır.





7- Isı Alış Verişi :
Sıcaklıkları farklı olan maddeler bir araya getirildiklerinde yani birbirlerine dokundurulduklarında sıcaklık farkından dolayı maddenin taneciklerinin arasında enerji aktarımı (alış verişi) gerçekleşir. Aktarılan bu enerji ısı enerjisidir. Bu nedenle sıcaklıkları farklı olan maddeler bir araya getirildiklerinde maddeler arasında ısı alış verişi olur.
Hızlı hareket eden taneciklere sahip madde ile yani sıcaklığı fazla olan madde ile yavaş hareket eden taneciklere sahip madde yani sıcaklığı az olan madde birbirine dokundurulursa maddenin tanecikleri çarpışır. Farklı sıcaklıklardaki maddeler birbirine dokundurulduğunda ısı aktarımı, sıcak olan maddedeki taneciklerin, soğuk olan maddedeki taneciklerle çarpışması ile gerçekleşir. Çarpışma sırasında tanecikler arasında ısı alışverişi gerçekleşir. Çarpışmadan sonra hızlı hareket eden tanecikler yavaşlarken yavaş hareket eden tanecikler hızlanır. Yani sıcaklığı fazla olan madde ısı enerjisi vererek soğur, sıcaklığı az olan madde de verilen bu enerjiyi alarak ısınır yani sıcaklığı artar.
• Maddeler arasında ısı alış verişinin gerçekleşebilmesi için maddelerin ilk sıcaklıklarının farklı olması gerekir.
• Maddeler arasındaki ısı alış verişi, maddelerin sıcaklıkları yani taneciklerin hızları eşit oluncaya kadar sürer.
• Isı alan maddenin taneciklerinin hızı (hareketliliği) artar.
• Isı veren maddenin taneciklerinin hızı (hareketliliği) azalır.
• Isı alış verişinde alınan ve verilen ısı enerjisi miktarları daima birbirine eşittir.
• Isı alış verişinde maddelerin dokundurulmadan önceki ısı miktarlarının toplamı, dokundurulduktan sonraki ısı enerjilerinin toplamına eşittir.




ÖRNEKLER :

1- Sıcaklıkları farklı olan bir bardak su ile bir kova su karıştırıldığında;
• Sıcaklığı fazla olan su diğerine ısı verir.
• Sıcaklığı az olan su diğerinden ısı alır.
• Alınan ve verilen ısı miktarları eşittir.
• Suların son sıcaklıkları birbirine eşittir.
• Suların karıştırılmadan önceki ısı enerjilerinin toplamı, karıştırıldıktan sonraki ısı enerjilerinin toplamına eşittir.

2- Bir odada bekletilen buz kalıbı bir süre sonra erir. Buzun erimesinin nedeni, buzun sıcaklığının odanın sıcaklığından düşük olması ve odadan ısı enerjisi almasıdır. Buz eridikten sonra buzun sıcaklığı artar, odanın sıcaklığı azalır fakat buzun ve odanın toplam ısı miktarları değişmez.
 

8- Enerji Dönüşümü :
Bir cismin ya da sistemin iş yapabilme yeteneğine enerji denir. Doğada farklı enerji türleri vardır. (Isı, ışık, mekanik, kimyasal, nükleer enerji gibi). Bir cismin sahip olduğu toplam enerji miktarı hiçbir zaman değişmez fakat cismin sahip olduğu enerji türleri birbirine dönüşebilir.
Enerji dönüşümü olaylarında, maddede ısı enerjisinin açığa çıkması, enerji aktarımı sayesinde gerçekleşir.

a) Enerji Dönüşümüne Örnekler :

1- Tost makinesi, fırın, su ısıtıcısı ve elektrik sobasında elektrik enerjisi ısı enerjisine dönüşür.
2- Fren yapan aracın lastiklerinde mekanik enerji, ısı enerjisine dönüşür.
3- Ellerin birbirine sürtülmesi sırasında mekanik enerji ısı enerjisine dönüşür.
4- İki tahta parçasının birbirine sürtülmesinde mekanik enerji ısı enerjisine dönüşür.
5- Kasların çalışması sırasında mekanik enerji ısı enerjisine dönüşür.
6- Ampulün yanması sırasında elektrik enerjisi ısı ve ışık enerjisine dönüşür.
7- Saç kurutma makinesinde elektrik enerjisi mekanik ve ısı enerjisine dönüşür.
8- Çekiçle bir levhaya vurulduğunda mekanik enerji ısı enerjisine dönüşür.
9- Kavanozdaki su sallandığında mekanik enerji ısı enerjisine dönüşür.
10- Besinlerin kimyasal bağlarında depolanan enerji, besinlerin solunum olayında parçalanması sonucu ısı ve kimyasal enerjiye dönüşür.
11- Kibritin yanması sırasında mekanik enerji ısı enerjisine dönüşür.
12- Fayans ve paspas, sıcaklıkları aynı olmasına rağmen ısı iletkenlikleri farklı olduğu için çevreye farklı miktarlarda ısı aktarır. Bu nedenle paspas daha sıcak hissedilir.


SORU :

1- Isı kavramı ne ifade ediyor?
2- Isı, aktarılan enerji olduğuna göre maddenin ısısından bahsedilebilir mi?
3- Suyun ısısı, havanın ısısı şeklinde ifadeler doğru mudur?
4- Aynı maddenin farklı kütlelerdeki örnekleri, özdeş ısıtıcılarla ısıtıldıktan sonra bu maddelerin sıcaklıkları hakkında ne söylenebilir?
5- Bu farklı kütlelerdeki maddelerin aynı sıcaklığa getirilmesi için, kütlesi büyük olanın daha uzun süre ısıtılması veya daha çok ısı yayan ısı kaynağının kullanılmasının sebebi ne olabilir?
6- Ders Kitabı`nın 164. sayfasındaki resimdeki Hakan Bey`in banyo yaptığı su nasıl ısınıyor olabilir?
7- Su ısınırken hangi enerji dönüşümü olmaktadır?
8- Banyodan çıkıp aynı ortamda bulunan paspas ve fayansa bastığında Hakan Bey`in fayansa basan ayağının üşüyüp diğer ayağının üşümemesinin sebebi ne olabilir?
9- Üşüdüğünde ısınmak için ellerini birbirine sürtmesinin Hakan Bey`in ısınmasına nasıl bir faydası olur?
10- Farklı türden maddelerin eşit miktarlarına aynı miktarda ısı aktarılırsa sıcaklık artışları eşit olur mu?
11- Bir maddenin sıcaklığındaki artış, madde miktarına bağlı olduğu gibi maddenin türüne de bağlı mıdır?

MURAT ÜSTÜNDAĞ
KAYSERİ MİTHATPAŞA İLKÖĞRETİM OKULU FEN VE TEKNOLOJİ ÖĞRETMENİ