Kütle-Sıcaklık İlişkisi

Bir ısı kaynağı ile temas halinde olan cisme devamlı ısı akışı olur ve cismin taneciklerinin hareket enerjisi dolayısıyla sıcaklığı artar.
* İçlerinde farklı miktarlarda, aynı cins sıvı bulunan kaplar özdeş ısıtıcılarla ısıtıldıklarında sıvıların sıcaklıkları artar. Ancak kütlesi fazla olan sıvının tanecik sayısı da fazla olduğu için ısıtıcıdan alınan ısı, daha fazla tanecik arasında paylaştırılacaktır. Bu durumda kütlesi fazla olan sıvının sıcaklığındaki artış daha az olur
* İçlerinde farklı miktarda ve aynı sıcaklıkta su bulunan kaplar, özdeş ısıtıcılarla ısıtıldığında, suların sıcaklıklarındaki artış miktarının aynı olması için şunlar yapılmalıdır:

* Kaplardaki suların kütlesi eşit değildir. Her iki kaptaki suyun sıcaklığının eşit miktarda artması istendiğinde kaplara verilmesi gereken ısı miktarları da farklı olmalıdır (içerisinde fazla miktarda su bulunan kaba daha fazla ısı verilmelidir).

*İçerisinde az miktarda su bulunan kabın ısı kaynağı ile teması kesildikten sonra diğer kap bir süre daha ısıtılırsa her iki kaptaki suyun sıcaklığı eşit olur.

Kütle – Isı İlişkisi

Isı, bir maddenin taneciklerinin toplam enerjisidir. Yani bir maddenin sahip olduğu ısı, taneciklerin sayısına bağlıdır.
* Sıcaklıkları aynı olan farklı hacimlerdeki(yani kütlelerdeki) iki demir bilyenin (yani aynı maddeden yapılmış) sahip oldukları ısı enerjileri farklıdır: Demir bilyelerin taneciklerinin ortalama hareket enerjileri aynıdır. Ancak bilyelerin taneciklerinin sayısı farklı olduğu için ısıları farklıdır. Büyük bilyenin tanecik sayısı fazla olduğu için ısısı daha fazladır.

* Maddelerin sahip oldukları ısı enerjisi kütleleriyle doğru orantılıdır. Yani sıcaklıkları aynı olan aynı tür iki maddeden kütlesi büyük olanın ısısı daha fazladır. Bunun nedeni kütlesi büyük olan maddede titreşen tanecik sayısının daha fazla olmasıdır.

* İçlerinde sıcaklıkları eşit, kütleleri farklı su bulunan kaplara atılan buzların erime süreleri eşit değildir. Çünkü Farklı büyüklükteki iki kapta aynı sıcaklıkta ve farklı miktarlarda yağ bulunmaktadır.

Kendisinden daha sıcak bir ortamda bulunan buz, ısı alış verişi nedeniyle erir. Buzun erimesi aldığı ısı miktarı ile ilgilidir. Eğer fazla ısı alırsa daha fazla erir. Kütleleri farklı olan suların sıcaklıkları aynı olsa bile ısıları farklıdır. Büyük kaptaki suyun kütlesi dolayısıyla ısı daha fazla olduğu için içindeki buzu daha çabuk eritir.

a. Kaptaki yağların ısıları ile ilgili ne söylenebilir?
b. 1. Kaptaki yağ, 2. kaba boşaltıldığında 2. kaptaki yağın ısısı ile ilgili ne söylenebilir?

a) 2. kaptaki yağın kütlesi, 1. kaptaki yağın kütlesinden fazla olduğu için ısısı da fazladır.
b) 1. kaptaki yağ, 2 kaba boşaltıldığında kaptaki yağ miktarı arttığı için ısısı da artar.

* Bir bardağın içerisinde 50 ºC sıcaklıkta su, kovada ise 25 ºC Sıcaklıkta su olduğunu varsayalım. Bu durumda bardakta bulunan suyun taneciklerinin mi yoksa kovada bulunan suyun taneciklerinin mi toplam hareket enerjisi (yani ısısı) daha fazladır?
* Cevap: Bir kova sudaki taneciklerin toplam hareket enerjisi, bir bardak sudakinden daha fazladır. Yani sıcaklığı yüksek olan maddenin enerjisi de yüksek olacaktır diye bir şart yoktur.

Sıcaklığın Ölçülmesi ve Termometreler

1- Sıcaklığın Ölçülmesi ve Termometreler :
Sıcaklık ölçmek için kullanılan araçlara termometre denir ve sıcaklık birimi derecedir. Termometreler, maddelerin sıcaklık derecelerini sayı ile belirten araçlardır.
Termometreler, sıcaklığı ölçülen maddelerin taneciklerinin kinetik enerjileri hakkında bilgi verir. Farklı iki maddenin sıcaklığı ölçüldüğünde termometreden okunan değerler, taneciklerin ortalama kinetik enerjisinin hangi maddede fazla olduğunu belirtir.
• Termometreler, ısıtılan maddelerin hacimlerinin artması (genleşmesi), soğutulan maddelerin hacimlerinin azalması (büzülmesi) esasına (prensibine) göre çalışırlar.
• Termometrelerde maddenin hacminde (boyutunda) olan değişim, sıcaklığında olan değişimi gösterir.
• Termometrelerde sabit olan iki nokta (sıcaklık) vardır. Bunlardan biri suyun donma noktası (sıcaklığı), diğeri de suyun kaynama noktasıdır (sıcaklığıdır). (76 cm–Hg’da).

2- Termometrenin Duyarlılığı :
Küçük sıcaklık değişimlerinden etkilenen termometrelerin duyarlılığı daha fazladır. Bunun için termometrenin haznesinde daha fazla sıvı ve sıcaklıkla daha çok genleşen sıvı olmalıdır. Termometrelerde genelde cıvanın tercih edilmesinin nedeni budur. Ayrıca kullanılan kılcal boru dar olmalı ki genleşen sıvının hareketi rahat gözlenebilsin.
Yerçekimi kuvvetinin sıfır olduğu bir yerde termometre çalışır. Çünkü genleşme yerçekimine bağlı değildir.

3- Kullanılan Maddenin Cinsine Göre Termometreler :
Katı, sıvı ve gaz halindeki maddelerden kullanım amacına göre çeşitli termometreler yapılmıştır. Termometrelerde kullanılan maddelerin genleşme özelliği, sıcaklıkla doğru orantılı olmalıdır. Günümüzde yaygın olarak sıvılı ve metal termometreler kullanılmaktadır. (Basınç, renk, direnç gibi özelliklerdeki değişiklikler de termometrelerin hazırlanmasında kullanılan özelliklerdir).

a) Sıvılı Termometreler :
Sıvılı termometrelerde sıvı konan bir hazne ve bu hazneye bağlı ince boru bulunur. Sıvılı termometrelerde cıva, alkol, ispirto gibi sıvılar kullanılır ve termometrenin haznesi bu sıvılarla doldurulur. (Kullanılan sıvı cıva ise cıvalı, alkol ise alkollü termometre adını alır).
Termometre haznesi bir maddeye temas ettiğinde veya daldırıldığında maddenin tanecikleri termometrenin haznesinin camına çarpar ve önce madde ve cam arasında daha sonra da cam ve sıvı arasında enerji aktarımı yani ısı alışverişi gerçekleşir.
Enerji aktarımı sonucu sıvı taneciklerinin hareket enerjileri artarsa tanecikler daha hızlı hareket eder ve aralarındaki boşluk artar yani sıvı genleşir ve hazneye bağlı cam boruda sıvı seviyesi yükselir.
Enerji aktarımı sonucu sıvı taneciklerinin hareket enerjileri azalırsa tanecikler daha yavaş hareket eder ve aralarındaki boşluk azalır yani sıvı büzülür ve hazneye bağlı cam boruda sıvı seviyesi düşer.
Termometreden okunan değer, termometrelerin temas ettiği maddenin taneciklerinin sıcaklığını yani ortalama kinetik enerjisini gösterir.
Sıvılı termometreler kullanıldığı yere göre yere göre çeşitli isimler alır. (Duvar termometresi, laboratuar termometresi, hasta termometresi gibi).

b) Metal Termometreler :
Cıvalı ve alkollü termometreler ile ölçülemeyen sıcaklık değerlerini ölçmek için metal termometreler kullanılır. Metal termometreler 1600oC sıcaklığa kadar olan yüksek sıcaklıkları ölçebilir. Fabrika ve fırınlarda bu tür termometreler kullanılır.


4- Bölmelerine Göre Termometreler :
Farklı bilim adamları sıcaklığı ölçmek için farklı termometreler yapmışlardır. Termometreler, aynı sıcaklığı ölçerler. Fakat ölçtükleri sıcaklığı ifade etmek için farklı rakam ve birim kullanırlar.

a) Celcius (Santigrat) Termometresi :
Suyun kaynama sıcaklığını 1000, donma sıcaklığını 00 kabul eder ve sıcaklığı Santigrat derece (^oC) cinsinden ölçer. ^oC sıcaklığı t ile de gösterilir.
(1 atmosferlik basınç altında içinde cıva bulunan her iki ucu kapalı ince bir boru, suyun donma noktasının 0, kaynama noktasının 100 ile gösterilmesi ve bu aralığın 100 eşit parçaya bölünmesiyle oluşur).
(1742)

b) Fahrenheit Termometresi :
Suyun kaynama sıcaklığını 2120, donma sıcaklığını 320 kabul eder ve sıcaklığı Fahrenheit derece (0F) cinsinden ölçer.
(1727)

c) Reomür Termometresi :
Suyun kaynama sıcaklığını 800, donma sıcaklığını 00 kabul eder ve sıcaklığı Reomür derece (0R) cinsinden ölçer.

d) Kelvin Termometresi :
Suyun kaynama sıcaklığını 3730, donma sıcaklığını 2730 kabul eder ve sıcaklığı Kelvin derece (0K) cinsinden ölçer. 0K sıcaklığı T ile de gösterilir.










NOT :

1- Cıva –39^oC’ ta donar, 357^oC’de kaynar. Bu nedenle cıvalı termometreler ile –39^oC
ile 357 ^oC arasındaki sıcaklık değerleri ölçülebilir.
2- Çok soğuk kış günlerinde cıvalı termometreler kullanılmaz. Bunun yerine donma sıcaklığı daha düşük olan alkollü termometreler kullanılır. Çünkü alkol yaklaşık olarak –115 ^oC’de donar.
3- Deniz seviyesinde kaynamakta olan suyun sıcaklığını alkollü termometre ile ölçülmez. Çünkü deniz seviyesinde su 100^oC’de kaynar. Alkolün kaynama noktası 78^oC olduğundan yeterli olmaz.
4- Alkollü termometreler kutuplarda kullanılır. Ancak kılcal boru içindeki sıvının iyi görülmesi için kırmızı, mavi, sarı gibi renkli boya maddeleri ile boyanması gerekir.