Isı & Kalorimetri
Isı ve Kalorimetri
Isı her zaman daha sıcak bir cisimden daha soğuk bir cisme akar, asla tersine değil, ikisi de aynı sıcaklığa ulaşana kadar. Bunun ne kadar enerji gerektirdiği üç şeye bağlıdır: ısıttığın şeyin miktarı, neden yapıldığı ve ne kadar büyük bir sıcaklık değişimi istediğin.
Formül
Q = m · c · ΔT
- Q — ısı enerjisi (J): bir cisme ısı olarak giren ya da çıkan enerji
- m — kütle (kg): ısıtılan ya da soğutulan maddenin miktarı
- c — özgül ısı (J/(kg·K)): bir kilogram malzemeyi bir kelvin ısıtmak için gereken enerji
- ΔT — sıcaklık değişimi (K): son ve başlangıç sıcaklığı arasındaki fark
Çözümlenmiş Örnek
2 kg suyu 5 kelvin ısıtmak için ne kadar ısı enerjisi gerekir? (suyun özgül ısısı ≈ 4000 J/(kg·K))
- m = 2 kg
- c = 4000 J/(kg·K)
- ΔT = 5 K
- Q = m · c · ΔT
- Q = 2 kg × 4000 J/(kg·K) × 5 K
Q = 40.000 J
Kendini test et
2 kg yerine şimdi 4 kg suyun var ve onu hâlâ 5 kelvin ısıtmak istiyorsun. Ne kadar ısı enerjisi gerekir?
- 40.000 J
- 160.000 J
- Doğru cevap: 80.000 J
Doğru! Kütleyi iki katına çıkarmak gereken enerjiyi iki katına çıkarır: 4 kg × 4000 J/(kg·K) × 5 K = 80.000 J.
2 kg suya dön, ama şimdi sıcaklığını 5 yerine 10 kelvin artırmak istiyorsun. Ne kadar ısı enerjisi gerekir?
- Doğru cevap: 80.000 J
- 40.000 J
- 20.000 J
Tam olarak doğru — sıcaklık değişimini iki katına çıkarmak enerjiyi iki katına çıkarır: 2 kg × 4000 J/(kg·K) × 10 K = 80.000 J.
Nerede Görürsün
Aynı öğleden sonra kumsaldaki kum ayaklarını yakarken deniz serin kalır — bir kilogram su, kelvin başına yaklaşık 4000 jul yutar; bu, kumun gereksiniminin birkaç katıdır, bu yüzden deniz tüm sezon boyunca yavaşça ısınır. Sıcak çorbadaki bir metal kaşık diğer yüzü gösterir: düşük özgül ısı, hızlı sıcaklık değişimi.
Yaygın Hatalar
En derin karışıklık, ısı ile sıcaklığı aynı şey sanmaktır — sıcaklık moleküllerin ortalama ne kadar hızlı hareket ettiğidir, ısı ise aktarılmakta olan enerjidir ve bu yasanın bildirdiği şey ikisi arasındaki değişim oranıdır: Q = m · c · ΔT. Şimdi orantıya dikkat et: kütleyi iki katına çıkarmak enerjiyi iki katına çıkarır (2 kg × 4000 J/(kg·K) × 5 K = 40.000 J, 4 kg'da 80.000 J olur) ve sıcaklık değişimini iki katına çıkarmak da aynısını yapar. Farklı malzemeler gerçekten farklı oranlarda ödeme yapar.
Nasıl Bağlantılı
İdeal gaz yasası size bir gazın sıcaklığının basıncını nasıl belirlediğini anlattı; bu ise sıcaklığı değiştirmenin fiyat listesidir — kütle, malzeme ve değişim, çarpımı yapılmış olarak. Sıradaki ısı motorları bu ısı akışını bir çevrimden geçirmeye ve ondan iş çıkarmaya çalışır ve harcamak zorunda kaldıkları ısı miktarını derinlemesine önemserler.