Isı, Sıcaklık ve Genleşme Konu Anlatımı
Isı ve sıcaklık kavramları günlük hayatta sıkça karıştırılsa da fiziksel olarak farklı büyüklüklerdir. Isı, enerji aktarımıdır, sıcaklık ise bir maddenin taneciklerinin ortalama kinetik enerjisini ifade eder. Aynı zamanda, sıcaklık değişimleri maddelerin boyutlarında değişimlere (genleşme) neden olabilir.
Bu ünitede, ısı ve sıcaklığın farkını, ısı ile sıcaklık arasındaki ilişkileri ve genleşme olaylarını inceleyeceğiz.
Ünitede İşlenecek Konular:
- Isı ve Sıcaklık Kavramları
- Isı ve Sıcaklık Arasındaki Farklar
- Özgül Isı ve Isı Sığası
- Hal Değişimi ve Isı-Alma Verme
- Genleşme ve Günlük Hayatta Kullanımı
Isı ve Sıcaklık Kavramları
📌 Isı ve sıcaklık, birbirleriyle ilişkili ancak farklı fiziksel büyüklüklerdir. Isı, enerji aktarımıyla ilgili bir kavramken, sıcaklık bir maddenin iç enerjisinin göstergesidir.
1. Isı Nedir?
✅ Isı, bir maddeden başka bir maddeye aktarılan enerji türüdür.
✅ Sıcaklık farkı olan iki madde arasında ısı transferi gerçekleşir.
✅ Isı birimi joule (J) veya kalori (cal) olarak ölçülür.
📌 Önemli Bilgi:
- Isı enerjisi daima sıcaklığı yüksek olan maddeden, sıcaklığı düşük olana doğru akar.
- Isı aktarımı devam eder ve iki maddenin sıcaklığı eşitlenince ısı transferi durur.
📌 Örnek:
- Sıcak çayın içine soğuk bir kaşık konulduğunda, kaşık ısınır çünkü ısı çaydan kaşığa geçer.
- Elimizi sıcak bir sobaya yaklaştırdığımızda, ısı enerjisi sobadan elimize geçer.
2. Sıcaklık Nedir?
✅ Sıcaklık, bir maddenin taneciklerinin ortalama kinetik enerjisidir.
✅ Sıcaklık termometre ile ölçülür ve birimi santigrat (∘C), kelvin (K) veya fahrenhayttır (∘F).
✅ Sıcaklığı yüksek olan bir madde, daha fazla kinetik enerjiye sahip taneciklerden oluşur.
📌 Örnek:
- Kaynar suyun sıcaklığı yüksektir çünkü su molekülleri hızlı hareket eder.
- Buzun sıcaklığı düşüktür çünkü su molekülleri daha yavaş hareket eder.
3. Isı ve Sıcaklık Arasındaki Farklar
📌 Örnek:
- 1 bardak su ile 1 tencere su aynı sıcaklıkta olabilir, ancak tenceredeki suyun içindeki toplam ısı enerjisi daha fazladır.
4. Günlük Hayatta Isı ve Sıcaklık Kavramları
✅ Sıcak bir kahve, oda sıcaklığına soğuyana kadar ısı kaybeder.
✅ Buzdolabındaki yiyecekler, ortamdan ısı alarak sıcaklıklarını artırabilir.
✅ Bir termal kamera, nesnelerin sıcaklığını ölçer, ancak içerdikleri toplam ısıyı belirlemez.
5. Örnek Soru ve Çözüm
Soru:
Aynı sıcaklıktaki 1 kg su ve 5 kg su için aşağıdakilerden hangisi doğrudur?
A) İkisinin sıcaklığı da aynıdır, ancak 5 kg su daha fazla ısı içerir.
B) 1 kg suyun içindeki ısı miktarı daha fazladır.
C) 5 kg suyun sıcaklığı daha fazladır.
D) İkisinin içerdiği ısı miktarı aynıdır.
Çözüm:
- Sıcaklık madde miktarına bağlı değildir.
- Isı, maddenin miktarına bağlıdır.
- 5 kg su, 1 kg suya göre daha fazla ısı içerir.
📌 Cevap: A şıkkı doğrudur.
Sonuç
✅ Isı, bir enerjidir ve madde miktarına bağlıdır.
✅ Sıcaklık, madde miktarına bağlı değildir ve ortalama kinetik enerji ile ilgilidir.
✅ Isı her zaman sıcak maddeden soğuk maddeye doğru akar.
Özgül Isı ve Isı Sığası
📌 Isı enerjisi, maddelerin sıcaklıklarını değiştirebilir ancak her madde aynı miktarda ısı aldığında aynı sıcaklık değişimini göstermez. İşte bu farkı açıklamak için özgül ısı ve ısı sığası kavramlarını kullanırız.
1. Özgül Isı (c) Nedir?
✅ Özgül ısı, 1 gram veya 1 kilogram bir maddenin sıcaklığını 1°C artırmak için gerekli olan ısı miktarıdır.
📌 Özgül ısının formülü:
📌 Önemli Bilgi:
- Özgül ısı maddeler için ayırt edici bir özelliktir.
- Su en yüksek özgül ısıya sahip maddelerden biridir
📌 Örnek:
- Demirin özgül ısısı küçük olduğu için hızlı ısınıp hızlı soğur.
- Suyun özgül ısısı büyük olduğu için geç ısınıp geç soğur.
2. Isı Sığası (C) Nedir?
✅ Isı sığası, bir maddenin tamamının sıcaklığını 1°C artırmak için gerekli olan ısı miktarıdır.
📌 Isı sığası formülü:
📌 Özet:
- Özgül ısı, birim kütle için hesaplanır.
- Isı sığası, maddenin tamamı için hesaplanır.
- Kütle arttıkça ısı sığası da artar.
📌 Örnek:
- 1 kg suyun ısı sığası 4180 J/°C’dir.
- 2 kg suyun ısı sığası 2 × 4180 = 8360 J/°C olur.
3. Günlük Hayatta Özgül Isı ve Isı Sığası
✅ Denizler gündüz geç ısınıp gece geç soğur, çünkü suyun özgül ısısı yüksektir.
✅ Metal çay kaşığı sıcak çaya konulduğunda hızla ısınır, çünkü metallerin özgül ısısı düşüktür.
✅ Kum, taş gibi maddeler gündüz çok ısınır ve gece hızla soğur.
📌 Örnek:
- Çöl ikliminde gündüzleri çok sıcak, geceleri ise çok soğuk olmasının sebebi, kumun özgül ısısının düşük olmasıdır.
4. Örnek Soru ve Çözüm
Soru:
Özgül ısısı 900 J/kg°C olan 2 kg demir, sıcaklığı 30°C’den 80°C’ye çıkana kadar ne kadar ısı alır?
Çözüm:
📌 Cevap: 90.000 Joule ısı alır.
Sonuç
✅ Özgül ısı, bir maddenin sıcaklığını 1°C artırmak için gerekli ısı miktarıdır.
✅ Isı sığası, bir maddenin tamamının sıcaklığını artırmak için gerekli ısıdır.
✅ Su yüksek özgül ısıya sahiptir, bu yüzden geç ısınıp geç soğur.
✅ Metaller düşük özgül ısıya sahiptir, hızlı ısınıp hızlı soğurlar.
Hal Değişimi ve Isı-Alma Verme
📌 Maddeler, belirli koşullarda bir hâlden başka bir hâle geçebilir. Bu sürece hal değişimi denir. Hal değişimi sırasında sıcaklık sabit kalır, ancak madde ısı alır veya verir.
1. Hal Değişim Türleri
Bir madde ısı aldığında veya verdiğinde aşağıdaki hal değişim süreçlerinden birine girer:
📌 Önemli Bilgi:
- Hal değişimi sırasında sıcaklık sabit kalır!
- Hal değişimi boyunca alınan veya verilen ısı, madde tanecikleri arasındaki bağları kırmak veya oluşturmak için harcanır.
2. Hal Değişimi Sırasında Isı Alışverişi
📌 Hal değişimlerinde alınan veya verilen ısı, maddenin kütlesiyle doğru orantılıdır.
📌 Özet:
- Erime ve buharlaşma için madde ısı alır.
- Donma ve yoğuşma için madde ısı verir.
- Maddenin miktarı ne kadar fazlaysa, o kadar fazla ısı gerekir.
3. Günlük Hayatta Hal Değişim Örnekleri
✅ Kışın camlarda buğunun oluşması (Yoğuşma)
✅ Sıcak çaydan çıkan buharın soğuk kaşığa çarparak suya dönüşmesi (Yoğuşma)
✅ Kuru buzun doğrudan gaz hâline geçmesi (Süblimleşme)
✅ Karlı havalarda çamaşırların direkt olarak buzdan gaza dönüşmesi (Süblimleşme)
✅ Soğuk havalarda çiçeklerin üzerinde buz kristallerinin oluşması (Kırağılaşma)
📌 Örnek:
- Terleme olayı, buharlaşmanın bir örneğidir. Buharlaşırken vücudumuzdan ısı alır ve bizi serinletir.
- Kışın nefesimizin görünmesi, havadaki su buharının yoğuşarak sıvı hale geçmesidir.
4. Örnek Soru ve Çözüm
Soru:
Erime gizli ısısı 80.000 J/kg olan buzun 2 kg’ı tamamen suya dönüşene kadar kaç Joule ısı alır?
Çözüm:
📌 Cevap: 160.000 Joule ısı alır.
5. Hal Değişim Grafikleri
Bir maddeye ısı verildiğinde sıcaklık değişimi ve hal değişimi grafikleri incelenir.
📌 Önemli Noktalar:
- Katı hâlde sıcaklık artar.
- Erime noktasında sıcaklık sabit kalır ve madde tamamen sıvıya dönüşene kadar erime devam eder.
- Sıvı hâlde sıcaklık artar.
- Kaynama noktasında sıcaklık sabit kalır ve madde tamamen buhara dönüşene kadar kaynama devam eder.
📌 Örnek:
- Saf su 100°C’de kaynar ve buharlaşana kadar sıcaklığı sabit kalır.
- Buz 0°C’de erir ve tamamen suya dönüşene kadar sıcaklığı değişmez.
Sonuç
✅ Hal değişimi sırasında sıcaklık sabit kalır.
✅ Buharlaşma ve erime için ısı alınır, yoğuşma ve donma için ısı verilir.
✅ Her madde farklı hal değişim ısısına sahiptir.
✅ Günlük hayatta birçok olay hal değişimi ile ilgilidir (terleme, yoğuşma, buharlaşma, donma vb.).
Genleşme ve Günlük Hayatta Kullanımı
📌 Genleşme, maddelerin ısı etkisiyle hacimlerinin değişmesi olarak tanımlanır. Bir madde ısı aldığında genleşir (hacmi artar), ısı verdiğinde ise büzülür (hacmi azalır). Bu olay katılar, sıvılar ve gazlar için farklı şekillerde gerçekleşir.
1. Katılarda Genleşme
✅ Katılar ısı aldığında genleşir, ısı verdiğinde büzülür.
✅ Katılardaki genleşme, tanecikler arasındaki boşlukların artmasıyla gerçekleşir.
📌 Katılarda genleşmeyi etkileyen faktörler:
- Maddenin cinsi (Farklı metaller farklı oranlarda genleşir.)
- Sıcaklık değişimi (Ne kadar fazla ısı alırsa, o kadar çok genleşir.)
- Maddenin uzunluğu veya yüzey alanı (Uzun çubuklar, kısa çubuklara göre daha fazla genleşir.)
📌 Günlük Hayatta Katıların Genleşme Örnekleri:
✅ Kışın demir rayların büzülmesi, yazın ise uzaması
✅ Metal kapakların sıcak suya tutulduğunda gevşemesi
✅ Elektrik tellerinin yazın sarkması, kışın gerginleşmesi
✅ Köprülerde genleşmeyi önlemek için bırakılan genleşme derzleri (boşluklar)
📌 Örnek:
- Demir çubuk ısıtıldığında boyu uzar, soğutulduğunda kısalır.
- Cam ve metalden yapılmış termometreler, genleşme prensibiyle çalışır.
2. Sıvılarda Genleşme
✅ Sıvılar ısıtıldığında genleşir, soğutulduğunda büzülür.
✅ Sıvıların genleşme miktarı, katılardan daha fazladır.
📌 Günlük Hayatta Sıvıların Genleşme Örnekleri:
✅ Cıvalı ve alkollü termometrelerin çalışması (Sıvı genleşerek yükselir.)
✅ Sıcak havalarda araçlardaki yakıt seviyesinin artması
✅ Sıvı dolu şişelerin donduğunda patlaması (Çünkü su donarken genleşir!)
📌 Örnek:
- Bir bardak su ısıtıldığında hacmi artar ve taşabilir.
- Kışın su borularının patlamasının sebebi, suyun donarken genleşmesidir.
3. Gazlarda Genleşme
✅ Gazlar, katı ve sıvılara göre çok daha fazla genleşir.
✅ Gazların genleşmesi, basınç değişikliklerine ve sıcaklığa bağlıdır.
📌 Günlük Hayatta Gazların Genleşme Örnekleri:
✅ Balonun sıcak havada şişmesi, soğukta büzülmesi
✅ Lastiklerin yazın şişkinleşmesi, kışın basıncının düşmesi
✅ Sıcak hava balonlarının yükselmesi (Isıtılan hava genleşir ve yoğunluğu azalır.)
📌 Örnek:
- Ağzı kapalı plastik bir şişeyi buzdolabına koyduğumuzda büzülmesi, sıcak suya koyduğumuzda ise şişmesi gazların genleşmesinin bir sonucudur.
4. Genleşme ve Günlük Hayatta Kullanımı
✅ Köprülerde ve raylarda genleşme boşlukları bırakılır.
✅ Termometreler genleşme prensibine göre çalışır.
✅ Gaz basıncı arttıkça genleşme etkisi artar.
✅ Sıcak hava balonları yükselirken genleşir.
✅ Su donarken genleşir, bu nedenle donmuş göllerin yüzeyi buz olur, altta su bulunur.
📌 Örnek:
- Demir yollarında aralık bırakılmazsa, raylar genleştiğinde bükülmeler yaşanır.
- Sıcak hava balonları, içlerindeki havayı ısıtarak yoğunluklarını azaltır ve yükselir.
5. Örnek Soru ve Çözüm
Soru:
Bir çelik çubuk, sıcaklığı 20°C’den 70°C’ye çıkarıldığında 0.5 cm uzuyor. Çubuğun ilk boyu 100 cm ise, genleşme katsayısı kaçtır?
Çözüm:
📌 Lineer Genleşme Formülü:
Sonuç
✅ Maddeler ısı aldığında genleşir, ısı verdiğinde büzülür.
✅ Katılar, sıvılar ve gazlar farklı oranlarda genleşir.
✅ Gazlar, en fazla genleşen maddedir.
✅ Genleşme, köprüler, raylar, termometreler gibi birçok alanda dikkate alınmalıdır.
TYT Fizik Isı, Sıcaklık ve Genleşme Testi
-
Isı ve sıcaklık arasındaki fark aşağıdakilerden hangisinde doğru verilmiştir?
A) Isı bir enerji türüdür, sıcaklık ise madde miktarına bağlıdır.
B) Isı madde miktarına bağlıdır, sıcaklık ise ortalama kinetik enerjiyle ilgilidir.
C) Isı ve sıcaklık tamamen aynı kavramlardır.
D) Sıcaklık bir enerji türüdür, ısı ise sadece sıcaklık değişimini gösterir. -
Özgül ısı neyi ifade eder?
A) Bir maddenin sıcaklığını 1°C artırmak için gerekli olan ısı miktarını
B) Bir maddenin tamamen buharlaşması için gerekli olan ısıyı
C) Bir maddenin genleşme miktarını
D) Bir maddenin erime sıcaklığını -
Bir madde hal değiştirirken hangi özelliği sabit kalır?
A) Kütlesi
B) Hacmi
C) Sıcaklığı
D) Tanecik arası boşluk -
Aşağıdaki olaylardan hangisi süblimleşmeye örnektir?
A) Kuru buzun doğrudan gaz hâline geçmesi
B) Su buharının yoğuşarak sıvıya dönüşmesi
C) Donmuş göl yüzeyinin çözülmesi
D) Buzun suya dönüşmesi -
Bir madde ısı alarak hangi hâl değişimlerini yaşayabilir?
A) Donma, yoğuşma
B) Erime, buharlaşma, süblimleşme
C) Kırağılaşma, donma
D) Yoğuşma, erime -
Hangi madde donarken hacmi artar?
A) Alkol
B) Su
C) Cıva
D) Yağ -
Gazların genleşmesi hangi faktörlere bağlıdır?
A) Sadece maddenin yoğunluğuna
B) Basınç, sıcaklık ve gazın miktarına
C) Sadece sıcaklığa
D) Sadece hacme -
Hangi sistem genleşme prensibine göre çalışır?
A) Baraj kapakları
B) Cıvalı termometreler
C) Basınçlı su sistemleri
D) Elektrik devreleri -
Demiryollarında genleşmeden dolayı hangi önlem alınır?
A) Raylar sıkı şekilde yerleştirilir.
B) Raylar arasında boşluk bırakılır.
C) Rayların altına su koyulur.
D) Raylar soğukta döşenir. -
Genleşmenin en fazla olduğu madde türü aşağıdakilerden hangisidir?
A) Katılar
B) Sıvılar
C) Gazlar
D) Plazmalar
Cevap Anahtarı:
1 – B
2 – A
3 – C
4 – A
5 – B
6 – B
7 – B
8 – B
9 – B
10 – C