Isı ve sıcaklık günlük yaşantıda sık sık kullanılan terimlerdir. Peki ama bunlar ne anlam gelir?
Sıcak bir ortama bırakılan buz parçası belli bir müddet sonra erimeye başlar ve tamamen su haline dönüşür. Yanmakta olan ocağın üstünde bulunan su ısı gittikçe ısınır ve sonunda kaynamaya başlar. Yazın ısınan elektrik tellerinin boyu uzar ve teller sarkık bir hal alırlar. Kışın soğuyan tellerin boyu kısalır ve gergin durur. Kısacası ısı maddelerin halinde ve sıcaklığında bir değişmeye neden olur.

ISI : Bir maddenin bütün moleküllerinin sahip olduğu çekim potansiyel enerjileri ile kinetik enerjilerinin toplamına ısı denir. Isı bir enerji türüdür, diğer enerjilere dönüşebilir.

Q=mcΔt

Q= ısı
m= kütle
c= öz ısı
Δt= sıcaklık değişimi

SICAKLIK : Bir maddenin moleküllerinin ortalama kinetik enerjilerinin bir ölçüsüdür. Enerji değildir.

Isı ile sıcaklık arasındaki ilişki, potansiyel enerji ile yükseklik arasındaki ilişkiye benzetilebilir. Nasıl ki E_P=mgh bağıntısındaki h enerji değilse; Q=mcΔt bağıntısındaki sıcaklığı ifade eden Δt de enerji değildir.

Isı kalorimetre kabı, sıcaklık termometre ile ölçülür. Sıcaklık birimi günülük hayatta °C, teknikte °K dir.

Bir maddenin katı, sıvı ve gaz halleri arasında geçişler yapmasına hal değiştirme denir.

Erime: Bir maddenin katı halden sıvı hale geçmesine erime, erimenin meydana geldiği sıcaklığa erime sıcaklığı denir.

Donma: Bir maddenin sıvı halden katı hale geçmesine donma, donmanın meydana geldiği sıcaklığa donma sıcaklığı denir.

Kaynama: Bir maddenin sıvı halden gaz hale geçmesine kaynama, kaynamanın meydana geldiği sıcaklığa kaynama sıcaklığı denir. Kaynama ile buharlaşma aynı şey değildir. Buharlaşma her sıcaklıkta olurken kaynama belirli bir sıcaklıkta olur. Kaynama buharlaşmanın en yoğun olduğu andır.

Yoğunlaşma: Bir maddenin gaz halden sıvı hale geçmesine yoğunlaşma, yoğunlaşmanın meydana geldiği sıcaklığa yoğunlaşma sıcaklığı denir.

Süblimleşme: bir katının sıvı hale geçmeden gaz hale geçmesine süblimleşme denir. Naftalin ve tuvaletlerde kullanılan katı koku gidericiler buna örnektir.

Hal değiştirme ısısı(L): 1gram maddeyi bir halden başka bir hale geçirmek için ona verilmesi veya ondan alınması gereken ısıdır.

Eğer madde eriyorsa erime ısısı(L_e), kaynıyorsa kaynama ısısı(L_k) adını alır.

Özısı(c): 1 maddenin 1gramının sıcaklığını 1°C değiştirmek için ona verilmesi veya ondan alınması gereken ısıdır.

Hal değişimi sırasında erime ve kaynama noktalarında bir süre sıcaklık değişmez alınan ısı moleküllerin arasındaki bağları çözmek için harcanır. Bu noktalarda harcanan enerji aşağıdaki gibi hesaplanır.

Q = m.L

Q = ısı
m = kütle
L = Bu harlaşma yada erime erime ısı.

Hal değişiminde yukarıda anlatılan süre dışında harcanan ısı enerjisi miktarı aşağıdaki formül ile hesaplanır.
Q=m.c.Δt

Q = ısı
m = kütle
c = öz ısı
Δt= sıcaklık değişimi

Hal Değiştirme İle İlgili Özellikler:

1. Hal değiştirme süresince sıcaklık sabit kalır.

2. Bir madde için ;
erime sıcaklığı=donma sıcaklığı
kaynama sıcaklığı=yoğunlaşma sıcaklığı
erime ısısı=donma ısısı
kaynama ısısı=yoğunlaşma ısısı’dır.

3. Her maddenin belirli bir basınç altında belirli bir erime noktası vardır. Erime sırasında hacmi artan maddeler de donma noktası basıncın artmasıyla artar. Erime sırasında hacmi azalan maddelerin donma noktası basıncın artmasıyla azalır, yani daha düşük sıcaklıklarda donar. Buzun üzerine basıldığında 0°C den daha düşük sıcaklıklarda da erimesi buna örnektir.

4. Her sıvının belirli bir basınç altında belirli bir kaynama noktası vardır. Basınç azaldıkça kaynama noktası düşer. Çünkü kaynama buhar basıncı ile dış ortam basıncın eşitlendiği anda başlar. Yükseklere çıkıldıkça atmosfer basıncı azaldığından kaynama noktası düşer.

5. Isı çoğaldıkça buharlaşma kolaylaşır.

6. Hava akımı buharlaşmayı kolaylaştırır.

7. Sıvı yüzeyi genişledikçe buharlaşma kolaylaşır.

8. Basınç azaldıkça buharlaşma kolaylaşır.

9. Erime, donma, kaynama, yoğunlaşma sıcaklıkları, özısı, hal değiştirme ısıları maddenin ayırt edici özelliklerindendir.

Genleşme genişleme anlamından gelir. Sıcaklığı artırılan bir cismin uzunluk ya da hacminin değişmesi olayıdır. Katıları, sıvıları ya da gazları oluşturan
tanecikler, ortalama konumları çevresinde sürekli çalkalanma halindedirler. Bu cisimlerden birine ısı biçiminde enerji verilirse, bu enerji kinetik enerji ye dönüşür; dolayısıyla, kinetik enerjisi artan tanecikler daha şiddetle çalkalanır ve daha geniş alana yayılmaya çalışırlar; yani sıcaklığı yükselen cisim (katı,sıvı, gaz) aynı zamanda genleşir.

KATILARDA GENLEŞME

Dışarıdan ısı alan maddenin taneciklerinin kinetik enerjisi, dolayısıyla taneciklerin titreşim hızı artar. Tanecikler birbirinden uzaklaşmaya başlar. Bu olay genleşme adı ile anılır. Tersine olarak madde dışarıya ısı verdiğinde (madde soğutulduğunda) maddenin taneciklerinin kinetik enerjisi, dolayısıyla taneciklerin titreşim hızı azalır ve maddenin hacmi küçülür.

Maddelerin genleşmesi ya da tersine büzülmesi sırasında büyük kuvvetlerin ortaya çıkması, tren raylarında, köprü gibi yapılarda hasarlara neden olmaktadır. Bu yüzden tren yaylarının eklenti yerlerinde boşluklar bırakılır, köprüler demir makaralar üzerine oturtulur. Çevremizdeki bu tür yapıları gözlemleyerek genleşme ile ilgili bir çok örnekler bulabiliriz.
BOYCA UZAMA Bir metal çubuğun ısıtılmadan önceki ilk boyu, l₀ olsun. Bu metal çubuğu ısıttığımızda boyu uzayarak son boyu l olur. Boyca uzama miktarı (Δl);

ΔL =l-l₀ = L₀.λ.Δt bağıntısıyla bulunur.

Burada, l₀ :Metalin ilk boyu.
λ:Metalin boyca genleşme katsayısı.
Δt = t_son-t_ilk:Metalin ısıtılmadan önceki sıcaklığı ile ısıtıldıktan sonraki sıcaklığının farkıdır.
YÜZEYCE GENLEŞME Bir metal levhanın ısıtılmadan önceki ilk yüzeyi S₀ olsun. Bu metal levhayı ısıttığımızda, yüzey artarak son yüzeyi S olur.

ΔS = S-S₀.2 λ.Δt bağıntısıyla hesap edilir.

Burada;
S₀:Metalin ilk yüzü.
2λ:Yüzeyce genleşme katsayısı (Boyca genleşmenin iki katıdır.)
Δt = t_son-t_ilk :Sıcaklık farkıdır
HACİMCE GENLEŞME Metal bir kürenin ısıtılmadan önceki ilk hacmi V0 olsun.Bu metal küreyi ısıttığımızda son hacmi V olur. Hacimce genleşme miktarı ΔV,

ΔV = V-V₀ =V₀.3λ.Δt bağıntısıyla hesap edilir.Burada;
V₀:Metal kürenin ilk hacmi.
3λ:Hacimce genleşme katsayısı (Dikkat edilirse boyca genleşme katsayısının üç katıdır.)
Δt = t_son-t_ilk : Sıcaklık farkıdır.
SIVILARDA GENLEŞME

Katı maddelerin genleşmelerini gördük, benim aklıma şu soru geldi, peki sıvı maddelerde de genleşme olur mu? Tabi ki olur şimdi birlikte bu konuyu işleyelim. Öncelikle şu sorulara cevap bulmaya çalışalım.

Ağzına kadar dolu bir çaydanlık ısıtıldıkça neden taşar?

Termometrelerde cıva veya alkol seviyesi sıcaklık değişmelerinde neden yükselip alçalır?

Bu ve bunun gibi sorulara, bilimsel alarak daha iyi cevaplar verebilmemiz için, sıvıların davranışlarını incelememiz gerekir. Ama bir sorunumuz var. Sıvıların ısıtılmadaki davranışlarını, katılarda olduğu gibi inceleyemeyiz. Çünkü, sıvıları katılar gibi şekillendirmek, örneğin boru haline getirmek imkansızdır. Bu yüzden, sıvıların, bir kap içinde incelenmeleri gerekir.

Sıvıların genleşmesinden sıvılı termometrelerde, sıcak su kazanlarında, termosifonlarda ve kalorifer sistemlerinde yararlanılır. Sıvıların genleşme miktarı aşağıdaki bağıntı ile hesaplanır.

ΔV = V. a. Δt

Bağıntıda ΔV sıvının hacimce genleşme miktarı, V sıvının ilk hacmi, a sıvının hacimce genleşme katsayısıdır.

GAZLARDA GENLEŞME

Şimdi de gazların ısı etkisiyle genleşmelerini ele alalım. Şu soruları cevaplamaya çalışalım. Soba üzerinde tutulan şişirilmiş bir balon niçin büyür ve hatta patlar? 1783 yılında Montgolfier kardeşler, balonlarını uçurabilmek için, balonun açık alt kısmında ateş yakmışlardır. Niçin? Bu sorulara bulacağımız cevaplar bize, gazlarda da hacmin, katı ve sıvılarda olduğu gibi sıcaklıkla arttığı kanısını vermekte.
Sıcaklıkla genleşme, gazdan gaza değişmemektedir.

METAL ÇİFTİ

Farklı metallerden yapılmış eşit uzunluktaki iki çubuk bir birine perçinlenerek metal çifti yapılabilir. Bu iki çubuk, perçinli oldukları için ısıtıldıklarında bağımsız olarak hareket edemezler. Fakat uzama katsayıları bir birinden farklı oldukları için biri diğeri üzerine bükülür.

Metal çiftlerinin birçok kullanım alanları vardır. Bunların en önemlisi elektrik termostatlarıdır. Termostat sıcaklığı kontrol altına alarak sabit bir değerde tutmaya yarayan bir alettir. Elektrikli şofben, elektrikli ütü, evlerdeki radyatör türü ısıtıcılar termostatlı aletlerdir.

Bu aletlerde sıcaklık arttığında metal çifti bükülür ve devreyi keser. Bir süre soğuyunca metal çifti soğuyarak eski durumuna gelir ve devreyi tamamlar. Isıtıcı çalışmaya başlar. Böylece aletin sabit sıcaklıkta çalışması sağlanır.

Yangın alarmlarında sıcaklık arttığında metal çifti yukarı bükülerek elektrik devresini kapatır ve zil çalar. Aynı zamanda metal termometrelerde ve flaşörlerde metal çiftleri kullanılarak yapılan araçlardır.

Isı Alışverişi: Birbiriyle temas halinde bulunan sıcaklıkları farklı iki madde arasında ısı alışverişi olur. Sıcak medde ısı vererek soğurken, soğuk madde de bu ısıyı alarak sıcaklığı artar. Bu olay sıcaklıklar eşitleninceye kadar devam eder. Böyle bir olayda;

Alınan ısı=Verilen ısı

Q_ALINAN=Q_VERİLEN

Eğer hal değiştirme yoksa;

olur.
Burada Δt ler pozitif olacak şekilde düzenlenmelidir. Varsa hal değiştirmeler de hesaba katılmalıdır.

ISININ YAYILMASI:

Isı bir yerden başka bir yere üç yolla yayılır.

1. Isının iletimle yayılması: Katı maddelerde ısı bu yolla yayılır. Maddenin atomları ısıyı birbirine aktarır. Böylece ısı bir noktadan diğerine taşınmış olur.

2. Isının madde akımı(konveksiyon) ile yayılması: Bu tür yayılma, ısınan hava ve sıvı moleküllerinin diğer moleküllerle yer değiştirmesi ile olur.

3. Isının Işıma ile yayılması: Isının etrafa enerji dalgaları şeklinde yayılmasıdır(ışık gibi). Bunun için maddesel bir ortam gerekmez, yani ısı bu şekilde boşlukta da yayılabilir. Güneşin dünyayı ısıtması buna örnektir. Isı parlak yüzeyler tarafından yansıtılırken, mat yüzeyler tarafından soğutulurlar.

Sıcaklık termometre ile ölçülür.

Termometre çeşitleri:

1.Celcius termometresi(°C): Suyun donma noktası 0°C, kaynama noktası 100°C olarak kabul edilir.

2.Fahrenheit termometresi(°F): Suyun donma noktası 32°F, kayna noktası 212°F olarak alınır.

3.Reaumur termometresi(°R): Suyun donma noktası 0°R, kaynama noktası 80°R olarak kabul edilir.

4.Kelvin termometresi(°K): Suyun donma noktası 273°K, kaynama noktası 373°K olarak kabul edilir.

Her hangi bir termometre birimi ile ölçülen değer aşağıdaki formül yardımıyla diğer birimlere dönüştürülebilir.