Fizik biliminin temel kavramlarından olan iç enerji, ısı ve sıcaklık, maddenin enerji alışverişini ve davranışlarını anlamamızda kritik bir role sahiptir. Bu kavramlar, maddenin ısınması, soğuması ve hal değiştirmesi gibi süreçleri açıklamamıza yardımcı olur.
İç Enerji
İç Enerji: Madde sahip olduğu moleküllerin titreşiminden dolayı kinetik enerjiye ve moleküller arası çekim kuvvetinden kaynaklı potansiyel enerjiye sahiptir. Maddenin sahip olduğu bu enerji türlerinin toplamına ise iç enerji denir. İç enerji U ile gösterilir ve birim olarak Joule, calori veya diğer enerji birimleri kullanılabilir.
Bir maddenin iç enerjisi, o maddenin tüm taneciklerinin:
- Kinetik Enerjileri (taneciklerin öteleme, dönme ve titreşim hareketleri)
- Potansiyel Enerjileri (tanecikler arasındaki bağlardan kaynaklanan enerji)
toplamından oluşur.
Bir maddenin iç enerjisi, madde miktarına ve sıcaklığına bağlı olarak değişiklik gösterir. Örneğin, aynı sıcaklıklarda bulunan 1 bardak su ile 1 dolu damacananın içerisinde bulunan suyun iç enerjileri madde miktarından dolayı farklıdır. Damacananın içerisindeki suyun iç enerjisi bardakta bulunan suyun iç enerjisinden fazladır.
Sıcaklık
Sıcaklık, moleküllerin titreşme etkinliği yani kinetik enerjisi ile ilgili bir büyüklüktür. Bütün maddelerin molekülleri titreşir fakat bazılarında bu hareket fazla bazılarında azdır. Maddeyi oluşturan her bir taneciğin ortalama kinetik enerjisine sıcaklık denir. Moleküllerin kinetik enerjisi ne kadar fazla ise maddenin sıcaklığı o kadar yüksektir.
Sıcaklık temel büyüklüklerden biridir. Bir maddenin sıcaklığı, maddenin cinsine ve miktarına bağlı değildir. Eşit sıcaklıkta farklı cins ve farklı kütlede bir çok madde bulunabilir.
Sıcaklık T ile gösterilir ve birimi SI’da Kelvin ‘dir. Günlük hayatta ise Celcius, Fahrenheit veya başka sistemler ile ölçeklenmiş sıcaklık ölçerler de kullanılabilir.
Isı
Isı, sıcaklık değişimlerinde ve hal değiştirmelerde maddenin alabileceği veya verebileceği enerjiye denir. Sıcaklığı farklı iki madde yalıtılmış bir ortama konulduğunda sıcak maddeden soğuk olana enerji akışı olur. Enerji aktarımı sıcaklık eşitlenene kadar devam eder. Isı alan maddenin iç enerjisi artarken, veren maddenin iç enerjisi azalır. Örneğin, bir maddenin soğuması veya ısınması sonucu ısı kazanımı ya da ısı kaybı söz konusudur
Isı Q ile gösterilir ve birimi SI’da Joule, calori veya diğer enerji birimleridir. Kalorimetre kabu ile aktarılan ısı enerjisi hesaplanabilir.
Isı ile Sıcaklık Farkı
| Isı | Sıcaklık |
|---|---|
| Alınan ya da verilen bir enerji çeşididir. | Madde moleküllerinin ortalama kinetik enerjisin nicel görüntüsüdür. Enerji çeşidi değildir. |
| Kalorimetre kullanılarak ölçülür. | Kalorimetre ile ölçülür. |
| Termometre ile bulunan sonuç üzerinden yapılan hesaplama ile ölçülür. | Termometre ile doğrudan ölçülür. |
| Joule veya Calori | Kelvin veya celsius gibi sıcaklık birimleridir |
Calori (Kalori): 1 gram saf suyun sıcaklığını 1 derece yükseltmek için gerekli olan enerji miktarıdır. Mekanik sistemlerle ısının bağlantısını daha rahat kurabilmek için birim olarak Joule kullanmak daha doğru olacaktır. (1 cal = 4,18 j)
