9. Sınıf Fizik · Ünite 4
Sıcaklık Ölçümü ve Isı Alışverişinin Şifreleri
Termometre türlerini öğrenecek, öz ısı ve ısı sığası kavramlarını keşfederek maddelerin ısıyla olan matematiksel ilişkisini modelleyeceğiz.
Kazanım FİZ.9.4.2 · 40 dk okuma
Sıcaklığı Nasıl Ölçeriz?
Günlük hayatta çayımızın çok sıcak ya da havanın serin olduğunu hissederiz. Ancak duyularımız bizi yanıltabilir; bu yüzden sıcaklık değişimlerini hassas bir şekilde ölçmek için termometreleri kullanırız. Kullanım amacına göre farklı termometre türleri geliştirilmiştir. Örneğin fırınlar veya demir çelik fabrikaları gibi binlerce derecelik yüksek sıcaklıkları ölçmek için dayanıklı 'metal termometreler' kullanılır. Bilimsel araştırmalarda, laboratuvarlarda çok hassas ölçümler yapmak için 'gazlı termometreler' tercih edilirken; günlük hayatta ve sağlık alanında genellikle 'sıvılı (cıvalı veya alkollü)' ya da 'dijital termometreler' karşımıza çıkar.
Öz Isı ve Isı Sığası: Maddenin Isıyla Dansı
Yazın deniz kenarına gittiğinizi hayal edin. Güneş hem kumlara hem de deniz suyuna sabahtan itibaren aynı miktarda ısı enerjisi verir. Ancak öğle saatlerinde kumlar ayaklarınızı yakacak kadar sıcakken, deniz suyu hala serindir. Peki ama neden? İşte bu durumun başrol oyuncusu 'öz ısı'dır.
Öz ısı (c), bir maddenin 1 gramının sıcaklığını 1 derece değiştirmek için gereken ısı miktarıdır. Maddeye özgü bir kimlik kartı gibidir. Suyun öz ısısı kumunkinden oldukça büyük olduğu için su geç ısınır ve geç soğur. Isı sığası (C) ise bir cismin tamamının sıcaklığını 1 derece değiştirmek için gereken toplam ısıdır ve kütle ile öz ısının çarpımına eşittir.
Deney Tasarımı ve Matematiksel Model
Eğer laboratuvarda özdeş ısıtıcılar kullanarak farklı kütlelerdeki suları ısıtsaydık, kütlesi az olan suyun sıcaklığının çok daha hızlı arttığını görecektik. Ya da aynı kütlede su ve zeytinyağını eşit süre ısıttığımızda, öz ısısı küçük olan zeytinyağının sıcaklığının fırladığını fark ederdik. Yaptığımız tüm bu deneylerdeki değişkenleri bir araya getirdiğimizde fizikteki o meşhur ve güçlü formüle ulaşırız:
Bu formülde; Q alınan veya verilen ısıyı, m cismin kütlesini, c öz ısıyı ve delta T sıcaklık değişimini ifade eder. Isı sığası (C) ise m ile c'nin çarpımı olduğundan, formülü Q = C çarpı delta T şeklinde de düşünebiliriz. Bu model sayesinde, farklı maddelerin ve kütlelerin ısı alışverişi sonucunda ulaşacakları yeni sıcaklıkları mükemmel bir şekilde hesaplayabiliriz.
Sıcaklık Ölçümü ve Isı Alışverişinin Şifreleri: Alıştırma Soruları
1. Bir demir çelik fabrikasında erimiş metallerin sıcaklığı yaklaşık 1500 santigrat derecedir. Bu fabrikadaki mühendisler sıcaklık ölçümü için hangi termometre türünü kullanmalıdır?
- A) Cıvalı termometre
- B) Metal termometre
- C) Alkollü termometre
- D) Dijital hasta termometresi
Cevabı göster
Doğru cevap: B) Metal termometre
Çok yüksek sıcaklıkları ölçmek için genleşme katsayısı ve erime noktası uygun olan metal termometreler kullanılır. Diğerleri bu sıcaklıklarda çoktan erimiş veya buharlaşmış olur.
2. Gündüz saatlerinde karaların denizlere göre çok daha çabuk ısınıp, gece ise çok daha hızlı soğumasının temel nedeni aşağıdakilerden hangisidir?
- A) Toprağın kütlesinin sudan az olması
- B) Suyun öz ısısının karaların öz ısısından büyük olması
- C) Denizlerin sürekli hareket halinde olması
- D) Karaların güneş ışığını daha çok yansıtması
Cevabı göster
Doğru cevap: B) Suyun öz ısısının karaların öz ısısından büyük olması
Suyun öz ısısı yüksektir. Öz ısısı yüksek olan maddeler geç ısınır ve geç soğur. Bu yüzden denizler karalara göre daha ılıman sıcaklık değişimleri yaşar.
3. Eşit kütleli K ve L maddelerine, özdeş ısıtıcılarla eşit miktarda ısı enerjisi verildiğinde, K maddesinin sıcaklık değişiminin L maddesinden daha büyük olduğu gözlemleniyor. Buna göre aşağıdaki yargılardan hangisi kesinlikle doğrudur?
- A) K'nin öz ısısı L'nin öz ısısından küçüktür.
- B) L'nin ısı sığası K'nin ısı sığasından küçüktür.
- C) K'nin ilk sıcaklığı L'den fazladır.
- D) L'nin kütlesi daha büyüktür.
Cevabı göster
Doğru cevap: A) K'nin öz ısısı L'nin öz ısısından küçüktür.
Q = m.c.ΔT formülüne göre kütleleri (m) ve aldıkları ısı (Q) eşit olan maddelerden sıcaklık değişimi (ΔT) daha büyük olanın öz ısısı (c) kesinlikle daha küçüktür.
4. Bir bilim insanı, elindeki katı bir cismin ısı sığasını hesaplamak istiyor. Bunun için cismin; I. Kütle, II. Öz ısı, III. Sıcaklık değişimi niceliklerinden hangilerini bilmesi yeterlidir?
- A) Yalnız I
- B) I ve II
- C) II ve III
- D) I, II ve III
Cevabı göster
Doğru cevap: B) I ve II
Isı sığası (C), cismin kütlesi (m) ile öz ısısının (c) çarpımına eşittir (C = m.c). Dolayısıyla sadece kütle ve öz ısıyı bilmek ısı sığasını bulmak için yeterlidir.
5. Bir ısı yalıtımlı ortamda 50 gram suya Q kadar ısı verildiğinde sıcaklığı 20 derece artıyor. Aynı Q kadar ısı, kütlesi 10 gram olan X maddesine verildiğinde X'in sıcaklığı 50 derece artıyor. Suyun öz ısısı 1 kal/g.°C olduğuna göre, X maddesinin öz ısısı kaç kal/g.°C'dir?
- A) 0.5
- B) 1
- C) 2
- D) 4
Cevabı göster
Doğru cevap: C) 2
Suyun aldığı ısı: Q = 50 * 1 * 20 = 1000 kalori. X için aynı formülü uygularsak: 1000 = 10 * c_x * 50 işlemi yapılır. 1000 = 500 * c_x buradan c_x = 2 bulunur.