Isı, Sıcaklık ve Genleşme

TYT Fizik: Isı, Sıcaklık ve Genleşme Konu Özeti

Isı, sıcaklık ve genleşme, maddenin enerji ile olan ilişkisini inceleyen konulardır. Isı, bir enerji türüdür; sıcaklık ise bir maddenin ortalama kinetik enerjisinin göstergesidir. Genleşme ise maddelerin sıcaklık değişimi ile boyut değiştirmesi anlamına gelir. Bu kavramlar, maddenin termodinamik özelliklerini anlamak için önemlidir.

1. Isı Nedir?

Isı, sıcaklık farkı olan maddeler arasında alınıp verilen enerji türüdür. Bir maddenin iç enerjisinde meydana gelen artış, ısı transferi ile sağlanır. Isı enerjisi, bir enerji türü olduğu için Joule (J) birimi ile ölçülür.

• Isı enerji türüdür; maddenin sıcaklığı arttıkça iç enerjisi de artar.
• Isı, maddeler arasında sıcaklık farkı olduğunda transfer olur.

2. Sıcaklık Nedir?

Sıcaklık, bir maddenin moleküllerinin ortalama kinetik enerjisinin bir göstergesidir. Bir cismin sıcaklığı arttıkça moleküllerin hareket hızı da artar. Sıcaklık, bir termometre ile ölçülür ve birimi Kelvin (K) ya da Celsius (°C)’dur.

• Kelvin (K): SI birimi olarak kabul edilen sıcaklık birimidir.
• Celsius (°C): Günlük yaşamda en sık kullanılan sıcaklık birimidir.

3. Isı ve Sıcaklık Arasındaki Farklar

Isı	Sıcaklık
Enerji türüdür (Joule ile ölçülür).	Maddenin ortalama kinetik enerjisinin göstergesidir (Kelvin veya Celsius ile ölçülür).
Sıcaklık farkı olduğunda maddeler arasında aktarılır.	Isı alınıp verildikçe sıcaklık değişir.
Bir maddenin toplam enerjisidir.	Bir maddenin ortalama moleküler hareket enerjisidir.

4. Isı Sığası ve Öz Isı

Bir maddenin sıcaklığını değiştirmek için gereken ısı miktarı, o maddenin ısı sığası ile ilgilidir. Isı sığası, bir maddenin sıcaklığını 1°C değiştirmek için gerekli ısı miktarıdır. Öz ısı ise birim kütlenin sıcaklığını 1°C değiştirmek için gereken ısı miktarıdır.

Isı Sığası (C) = m × c

• C: Isı sığası (J/°C)
• m: Kütle (kg)
• c: Öz ısı (J/kg°C)

Öz ısı, maddenin türüne bağlıdır ve her madde için farklıdır.

5. Genleşme Nedir?

Genleşme, maddelerin sıcaklıkları arttığında hacimlerinde meydana gelen büyümedir. Genleşme, katı, sıvı ve gazlarda farklı şekillerde görülür.

• Katılarda Genleşme: Katılar ısı aldıkça molekülleri arası mesafe artar ve hacimleri genişler. Çubukların uzunlukları şu formülle hesaplanır:

ΔL = L₀ × α × ΔT

• ΔL: Uzunluktaki değişim
• L₀: Başlangıçtaki uzunluk
• α: Genleşme katsayısı
• ΔT: Sıcaklık değişimi

• Sıvılarda Genleşme: Sıvılar ısı aldıklarında hacimlerinde artış gözlemlenir. Gazlara göre daha az genleşirler.
• Gazlarda Genleşme: Gazlar ısıtıldığında çok daha belirgin bir şekilde genleşirler. Sabit basınç altında gazların hacmi sıcaklıkla doğru orantılı olarak artar (Charles Yasası).

Hap Bilgiler

• Isı bir enerji türüdür, sıcaklık ise bir büyüklüktür ve maddenin ortalama kinetik enerjisini gösterir.
• Öz ısı, her madde için farklıdır ve maddenin sıcaklık değişimine karşı gösterdiği direnci ifade eder.
• Katı, sıvı ve gazlar ısındıklarında genleşirler. Gazlar en fazla genleşen maddelerdir.
• Isı, sıcaklık farkından dolayı maddeler arasında aktarılır.

Soru Çözümü İçin İpuçları

• Isı ve Sıcaklık Soruları: Isı transferi ve sıcaklık değişimlerine dikkat edin, ısı enerjisinin miktarını hesaplamak için formülleri kullanın.
• Genleşme Soruları: Sıcaklık değişimine bağlı genleşme hesaplamalarında genleşme katsayısını doğru kullanın. Hangi maddelerin daha çok genleştiğine dikkat edin.
• Öz Isı Soruları: Isı sığası ve öz ısı formüllerini kullanarak sıcaklık değişimlerini hesaplayın.

Örnek Sorular ve Çözümleri

Örnek Soru 1:

5 kg kütleli bir demir parçası, 20°C'den 60°C'ye kadar ısıtılıyor. Demirin öz ısısı 450 J/kg°C olduğuna göre, gerekli ısı miktarını hesaplayın.

Çözüm:

Isı enerjisi formülü: Q = m × c × ΔT

Kütle (m) = 5 kg, Öz ısı (c) = 450 J/kg°C, Sıcaklık farkı (ΔT) = 60°C - 20°C = 40°C

Q = 5 kg × 450 J/kg°C × 40°C = 90,000 Joule

Demirin ısıtılması için gerekli ısı 90,000 Joule’dür.

Örnek Soru 2:

10 metre uzunluğundaki bir metal çubuk, 30°C sıcaklık artışı sonucunda 2 cm uzuyor. Metalin genleşme katsayısını hesaplayın.

Çözüm:

Genleşme formülü: ΔL = L₀ × α × ΔT

Uzama (ΔL) = 2 cm = 0.02 m, Başlangıç uzunluğu (L₀) = 10 m, Sıcaklık farkı (ΔT) = 30°C

0.02 m = 10 m × α × 30°C

α = 0.02 / (10 × 30) = 0.000067 / °C

Metal çubuğun genleşme katsayısı 0.000067 / °C’dir.