Gençler merhaba, bugünkü dersimizle beraber ısı ve sıcaklık ünitesine başlıyoruz. Yani ÖSYM'nin favorilerinden. Her sene banko bir tane soru koyduğu konularından.
Konu kavramsal bir konu. Bir sürü kavram içeriyor. Bu kavramların bazıları kavram yanılgıları içeriyor. Bunları çok iyi öğrenmemiz gerekiyor.
Simülasyon deney derken hepsini halledeceğiz, merak etmeyin. Isı, sıcaklık ve iç enerji kavramlarıyla başlayalım. En başta öğrenmemiz gereken üç tane kavram var.
İç enerji, ısı ve sıcaklık kavramları. Bu kavramların ne olduğunu, birbirleriyle ilişkisini, birbirlerinden farkını iyi öğrenmeniz gerekiyor. ÖSYM iki defa, üç defa bunları sordu direkt. Koca ünitede sadece buraya odaklandı. Isıyla sıcaklığı zaten günlük hayattan az buçuk biliyorsunuzdur.
Ama çoğu onları da yanlış biliyor. Birbiri yerine kullanıyor, yanlış kullanıyor. Ama hiç duymadığınız muhtemelen iç enerji kavramıyla başlıyoruz. İç enerji dediğimiz şey, bir maddeyi oluşturan atom ve moleküllerin titreşim, dönme, öteleme kinetik enerjileri ile bu tanecikleri arasındaki potansiyel enerjinin toplamıdır.
Bir kere kafadan şunu söyleyeyim. Bu ünitede olan biten her şey atomik moleküler boyutta gerçekleşiyor. Gözümüzün göremediği... o milyonlarca molekülün halt etmesi bütün bunlar. Dolayısıyla iç enerji tanımını yaparken o moleküllerin, atomların kinetik enerjileri aklınıza gelmeli, potansiyel enerjileri aklınıza gelmeli.
Kinetik enerji, önceki ünitemizde de öğrendiğimiz gibi hıza sahip olan cisimlerin sahip olduğu enerjidir. Bu atom ve moleküller yani tanecikler titreşim hareketi yaparlar, öteleme hareketi yaparlar, bir yerden bir yere giderler, dönme hareketi yaparlar. Bunların hepsi hız demek, dolayısıyla kinetik enerji demek.
Bir de potansiyel enerji ifadesini görüyoruz ama bu potansiyel enerjiyi görünce''Aa hocam MGH yerçekimi potansiyel enerjisi mi? ''Hayır değil. Parantez içinde de yazdığı gibi bunlar bağ enerjisidir.
Yani o molekülleri birbirine bağlayan bağlarda depolanmış enerjidir. Örneğin su, H2O molekülü, hidrojen atomlarıyla oksijen atomu arasındaki bağlarda depolanmış enerji potansiyel enerji. İşte bu kinetik artı potansiyele biz iç enerji diyoruz.''Hocam kinetik artı potansiyel mekanik enerji değil miydi ya?
''Şu an termodinamik ünitesindeyiz. Fiziğin altı... Alt dalı değişti.
Mekanikte değiliz. Termodinamikteyiz. Evet benzer kavramlarımız var. Kinetik enerji hala kinetik enerji ama buradaki potansiyel enerji dediğim gibi esneklik potansiyel ya da kütle çekim potansiyel değil.
Kimyasal bir enerji olan bağ enerjisi. Bahsettiğim bağlar işte buradaki azot atomları arasında, oksijen atomları arasında, karbondioksit molekülünün arasında, H2O su moleküllerinin arasında bulunan bağ enerjisinden bahsediyoruz. Tanecikler üzerinde iş yapıldığında ya da sisteme enerji aktarıldığında iç enerji artar.
Bakın bu ifadeyi sakın unutmayın. Daha yakın zamandaki ÖSYM sınavlarında çıktı bu. Örneğin bir maddeyi ısıttığınızda o sisteme bir enerji aktarmış oluyorsunuz.
Bu da iç enerjiyi arttırıyor. Ya da tanecikler üzerine iş yaptığınızda, dışarıdan bir şekilde enerji verdiğinizde, birazdan deney videosunu izleyeceğiz, iç enerjiyi arttırıyorsunuz. İç enerjinin artması demek, kinetik artı potansiyelin artması demek.
Ya bir tanesi artıyordur ya da ikisi birden artıyordur. Ama toplama artacak. Şimdi gelelim ikinci kavramımıza, yani sıcaklık kavramımıza. Sıcaklık maddeyi oluşturan atom ve moleküllerin ortalama kinetik enerjilerinin bir ölçüsüdür. Bakın ortalama kinetik enerjisidir demedim.
Onun bir ölçüsü yani ortalama kinetik enerjiye bakarak sıcaklık hakkında fikir sahibi oluyoruz. Dolayısıyla bu uyarımdan sonra diyebiliriz ki sıcaklık bir enerji çeşidi değildir. Sıcaklık enerjisi diye bir şey yok. Sıcaklık sadece bir gösterge. Şuna benziyor.
Ben bu kalemin boyunu ölçüyorum. Bunun boyunu ölçmek için bir cetvel kullanıyorum. Cetveli bunun yanına dayadım.
Oradaki sayılara bakıyorum. Alt Alttaki ucu cetvelde 0'a karşılık geliyor. Üstteki ucu cetvelde 10'a karşılık geliyor.
Diyorum ki bu 10 santimetre uzunluğundaymış. Şimdi gerçek anlamda bu kalemin boyu o cetveldeki sayılar mı? Yani oradaki 10 sembolü bunun boyu mu? Eşdeğer mi bunlar?
Hayır o bir gösterge. Bazı rakamlar kullandım ve bunun boyu hakkında yorum yaptım. Dedim ki 10 santimetre. O cetvel bir araçtı. Onun üzerindeki sayılar bir göstergeydi.
Sıcaklık da buna benziyor. Ben kinetik enerjiye bakıyorum. Tanecikler çok hızlılarsa bu kinetik enerji fazla oluyor.
Diyorum ki burada çok kinetik enerji var. Aa o zaman bu madde sıcak diyorum. Burada az kinetik enerji var.
Tanecikler yavaş hareket ediyor diyorum. O zaman bu soğuk bir madde diyorum. Sıcaklığı T sembolüyle gösteriyoruz.
SI birim sisteminde birimi Kelvin. Celsius değil. Günlük hayatta çokça Celsius kullanıyoruz.
Bugün hava kaç derece dediğimizde 28 derece, 28 Celsius diyoruz ama bu SI'deki bir birim kullanımı değildir. SI'de Kelvin birimi kullanılır. Bu önemli fizik bilimine girişte de vurgulamıştık. Ve biz bu sıcaklık büyüklüğünü termometreyle ölçüyoruz.
Herhalde skaler büyüklük olduğunu da vurgulamama gerek yok. Termo zaten eski Yunanca'da sıcaklık ısı gibi anlamlara geliyor. Zaten bir yerde metre kelimesini görüyorsanız orada bir ölçü aleti anlatılıyor demektir. Dolayısıyla sıcaklık ölçer gibi Türkçe'ye çevirebilirsiniz. Tekrar vurguluyorum sıcaklık bir enerji çeşidi değil.
Şimdi sıcaklıkla ilgili bir simülasyon izleyelim. Burada kapalı bir kabımız var. Bunun üstüne bir termometre yani sıcaklık ölçer yerleştirilmiş. Kelvin cinsinden ölçüm yapıyor ama istersek Celsius'ta seçebiliriz.
Bu gaz tanecikleriyle ilgili bir simülasyon. Bunun içerisine pompayla gaz taneciklerini gönderiyorum. Gaz tanecikleri şu an hareket halindeler.
Katı sıvı gaza hayal ettiğimizde katı atomlarının çok sıkı, bitişik, yan yana rahat hareket edemediğini biliyoruz. Sıvılarda bunlar biraz daha ferahlar, serbestler, biraz daha yayılmışlar. ...dışarıda ise birbirleri arasındaki bağlantı çok kopmuştur atomların. İstedikleri gibi hareket ederler.
İşte gördüğünüz gibi kabı doldurdular. Zaten madde ve özelliklerinde de konuşmuştuk. Gazlar bulundukları kabın hacmini alırlar. İşte her yeri doldurdular. Bulunduğu kabın hacmini aldı.
Şimdi bizim işimiz bunlar değil. Biz sıcaklıkla ilgileniyoruz. Sıcaklık taneciklerin ortalama kinetik enerjisinin bir ölçüsü.
Burada taneciklerin hareket ettiğini görüyorsunuz. Yani hepsinin bir kinetik enerjisi var. Niye ortalama diye bahsediyoruz? Çünkü hepsi farklı hıza sahip. Dolayısıyla farklı kinetik enerjiye sahip.
Biz ortalamaya bakıp sıcaklık hakkında yorum yapıyoruz. Şu an sıcaklık 300 Kelvin'miş. Yani 27 Celsius'miş.
Ben alttan bu kabı ısıttığımda sıcaklığın gitgide arttığını görüyorsunuz. 150, 160, 200, 300 diye gidiyor. Patlamadan ben bunu durduracağım.
Durdurdum. Şu anki taneciklerin hareketine, hızına odaklanın. Bir de en baştakine odaklanın. Şu an sıcaklığı çok arttırdım. Çünkü ben bu kabı ısıttım.
Ona bir enerji aktardım. Bu aktardığım enerji tanecikleri hızlandırdı. Kinetik enerjilerini arttırdı. O yüzden sıcaklık arttı diyoruz.
Daha da soğutursam o zaman bunların hızları, dolayısıyla kinetik enerjilerin azalması lazım. Yani sıcaklıkların azalması lazım. Soğutuyorum. 400'ler, 300'ler, 200'ler bunu iyice soğutuyoruz.
Gördüğünüz gibi tanecikler gitgide yavaşlıyorlar. Ortalama kinetik enerjinin azaldığını söyleyebilirim. Hatta evrende bir alt sınır var, birazdan konuşacağız. Eksi 273 Celsius gibi bir değer o. Oraya geldiğimizde artık hareket yoktur bile diyebiliriz.
Oraya indikçe de zaten sıcaklık düşüşü yavaşladı. Çünkü o bir sınır. Onun daha fazla altına inemiyoruz. Gördüğünüz gibi şu an eksi 265, 66 diye soğuyor. Hız inanılmaz azaldı.
Kinetik enerji azaldı. Sıcaklık azaldı. Sıcaklığı da anladığımıza göre üçüncü kavramımız ısı kavramımız.
Isı için kafadan bir anahtar kelime. Isı transfer edilen enerjidir. Sıcaklıkları farklı birbiriyle etkileşen iki tane maddeyi yan yana getirdiğimizde sıcak olandan soğuk olana doğru transfer edilen enerjidir ısı enerjisi.
Çay doldurdunuz bardağınıza, geldiniz odaya koydunuz. Çayınız 90 Celsius'ta, oda 25 Celsius'ta. Eğer çayınızı içmeyi unutursanız, böyle yarım saat beklerseniz çayınızın soğuduğunu görürsünüz.
Çünkü sıcak olan çay, soğuk olan odaya ısı transfer etmiştir. Bu yüzden soğumuştur. Isı transfer edilir. Sahip olunan bir şey değildir. Bu söylediğim şey de ÖSYM tarafından defalarca soruldu.
Bir cismin içerisindeki ısı miktarı ya da bir cismin ısısı ifadeleri doğru değil. Isıya sahip olamazsınız. Koca bir kazan kaynamış su hayal edin.
Hem su miktarı çok hem de kaynamış sıcaklığı çok. Hocam bunun ısısı çoktur o zaman. Yanlış.
Isı sahip olunabilen bir şey değildir. Isı transfer edilir. Peki sahip olunan şey ne? İlk konuştuğumuz şey iç enerji. İç enerjiye sahip oluruz.
O kazanla ilgili onun iç enerjisi çoktur diyebiliriz. Isısı çoktur diyemeyiz. Isıyı Q sembolüyle gösteriyoruz. Birimi Joule çünkü bu arkadaş bir enerji.
Fakat biz bu ünitede başka bir enerji birimi olan kaloriyi kullanacağız. Kalori ifadesi daha önce iş güç enerji de geçmişti. Canlılar ve enerji kısmında bu şişmanlamak, zayıflamak kısımlarında anlatmıştım. Besinlerin sahip olduğu enerji olarak kalori kullanıyoruz.
Ve biz ısıyı ölçmüyoruz, ısıyı hesaplıyoruz. Neyle hesaplıyoruz? Kalorimetre kabıyla hesaplıyoruz.
Niye ölçmüyoruz da hesaplıyoruz? Eğer kalorimetre kabının mantığını öğrenirseniz niye buna ölçme değil de hesaplama denmesi gerektiğini anlarsınız. Kalorimetre kabı bu, bunun içerisinde su var, termometre daldırılmış.
Şurada da bir malzemeniz var. Bu malzemeyi... yakıyoruz.
İşte burada tutuşturma teli var falan filan. Bunun sayesinde bunu yakıyoruz. Bu yandığı zaman etrafına ısı enerjisi veriyor.
Isı enerjisi transfer ediyor. İleride öğreneceğimiz bir ifade var. Q M C delta T. M bu maddenin kütlesi.
Bunu zaten biliyoruz. C bu maddenin cinsiyle alakalı, türüyle alakalı ileride öğreneceğimiz öz ısı kavramı. Bunu da biliyoruz. Termometrede bir delta T okuyacağız. Çünkü bu arkadaş ısı enerjisi verdikçe etrafına bunu transfer ettikçe bu suyu ısıtıyor.
Bu su ısındıkça sıcaklığı artıyor ve bu termometre o sıcaklığın ne kadar arttığını gösteriyor. Yani bana bunu söylüyor. Ben bunu biliyorsam Q'yu da biliyorumdur.
Ne kadar ısı enerjisi transfer edildiğini de biliyorumdur. Böylece bu ısı enerjisini hesaplamış oluyorum. Q, M, C, delta T ile. Az önce de dediğim gibi aslında ısı enerjisinin birimi Joule. Fakat biz genelde kalori kullanacağız bu ünitede.
Ve böyle bir dönüşüm var. Ezbere bilmek zorunda mısınız? Tabii ki değilsiniz. Şimdi ısıyı, sıcaklığı ve iç enerjiyi öğrendik. Dediğim gibi bu üç kavramı çok iyi bileceksiniz.
Kavram yanılgılarına düşmeyeceksiniz. Az önce anlattığım simülasyon üzerinden bu 3 kavramı bir konuşalım. Az önce bu simülasyonda sıcaklığı konuşmuştuk. Gaz tanecikleri üzerinden konuşmuştuk. Ben yine bu kapalı kabın içerisine gaz taneciklerini pompaladım.
Bunların şu an kinetik enerjileri var. Dolayısıyla bir sıcaklık var. Değeri şu an 300 kelvin. Biz bunu Celsius olarak görürsek 27 Celsius olarak söyleyebiliriz. Şimdi zaten sıcaklığı anladık.
Ortalama kinetik enerjinin bir ölçüsü. Ben bunu alttan ısıttığımda sıcaklığı arttırıyorum. Neden? Çünkü ben bu alttaki ocaktan...
Buraya içeriye ısı enerjisi transfer ediyorum. Yani bu kabın içerisine sisteme ısı enerjisi aktarıldı. İçeriye ısı enerjisi aktarıldığı için kabın içindeki bu maddenin iç enerjisi arttı.
Bunu şöyle düşünün. Bir fabrika düşünün, bir depo düşünün içinde mallar var. İşte oradaki malların tümü, sahip olduğum tüm mallar iç enerji. Transfer edilen enerji olan ısı o zaman bu depoya mal getiren tırlardır.
Ben alttan ocağı yaktığımda fabrikaya yeni mallar geldi, yeni tırlar geldi. Dolayısıyla içerideki mal sayısı arttı, yani iç enerji miktarı arttı. İç enerji dediğim şey de taneciklerin kinetik enerjisiyle potansiyel enerjisinin toplamı olduğuna göre bu toplam arttı.
Sıcaklığın arttığını gördüğüme göre bu toplam kinetik enerjinin artışına da yansımış. Kinetik enerji arttı. Arttığı için bu toplam arttı diyebiliriz.
Burada hemen şu uyarıyı yapayım. Her iç enerji artışı kinetik enerji artacak anlamına gelmez. Hal değişimi diye bir konumuz var. Maddenin iç enerjisi arttığı halde sıcaklığı değişmeyecek.
Orada da potansiyel enerji artıyor diyeceğiz. Bu ayrımlara dikkat edelim. Dolayısıyla benzetmemize geri dönersek, fabrika, içindeki mallar, iç enerji.
Tırlar yani transfer eden araçlar, ısı. Sıcaklıktan nasıl bahsedebiliriz? Sıcaklık bir göstergeydi. Kinetik enerjinin bir göstergesiydi.
O zaman şöyle düşünsem, içeride çok mal varsa, iç enerji çoktur. Yüksek ihtimalle kinetik enerji de çoktur. Mal çok olduğu için bu da adamın zenginliğini gösterir.
Yani adamın zenginliği de sıcaklıktır. Bir göstergedir. Asıl olan şey mallar.
Bunun göstergesi zenginlik yani sıcaklık. Demir var, tuğla var. Burada ocaklarımız var, su var, zeytinyağı var. Isı enerji, iç enerji kavramlarına bir de burada bakalım.
Enerji sembollerini göster dedim. Böylece malzemelerin iç enerjisini gösteren küçük küçük kutucuklar görüyorsunuz. Demirde de var, tuğlada da var, suda da var, zeytinyağda da var.
Termometre sıcaklığımızı ölçer. Demirin sıcaklığını, tuğlanın sıcaklığını, suyun ya da zeytinyağının sıcaklığını bununla ölçeceğiz. Şimdi ben demiri ocağın üstüne koydum.
Hatta tuğlayı da koyayım. Hatta ısıtıcılar birlikte çalışsın. Şimdi ben bunları ısıtıyorum.
Ne görüyorsunuz? Ocaktan demire ve tuğlaya enerji aktarılıyor. İşte bu aktarılanlar ısı enerjisidir.
Isı enerjisi alan maddelerin e'leri artıyor. Yani iç enerjileri artıyor. Hocam bu dışarıya çıkan e'ler ne?
Madde aynı zamanda da soğuyor. Aynı sizin odada tek başına bekleyen çayınız gibi. Alttan ısı enerjisi alıyoruz. Dışarıya da yukarıdan ısı enerjisi veriyoruz gibi düşünebilirsiniz.
Bakın E kaybettikçe yani dışarıya ısı enerjisi verdikçe içerideki E miktarı azalıyor. Yani iç enerji azalıyor. Şimdi bunların sıcaklıklarını ölçelim.
Gördünüz mü? Termometre tavan yaptı. Çünkü belli ki oradaki tanecikler daha hızlı hareket ediyor.
Şimdi suya koydum ben bunu. Su daha soğuk. Termometre bunu küçük gösteriyor.
Aldım demiri suyun içine attım. Bakın termometrede yükselme gördünüz. Yani suyun sıcaklığı arttı.
Neden? Çünkü sıcak olan demirden soğuk olan suya ısı enerjisi aktarıldı. Yani demir soğudu, taneciklerin kinetik enerjisi azaldı, su ısındı, sıcaklığı arttı, taneciklerin kinetik enerjisi arttı diyebiliriz.
Isıca yalıtılmış bir ortamda şekildeki gibi özdeş X ve Y bardaklarına aynı anda M ve 2M kütleli 90 Celsius sıcaklıkta çaydan konuyormuş. Buna göre yargılarından hangileri doğrudur denilmiş. Şimdi buradaki iki çay da 90 Celsius sıcaklığa sahip.
Yani sıcaklıkları aynı. O zaman kesinlikle şunu yapıştırabilirim. Her iki çayda da taneciklerin ortalama kinetik enerjileri aynıdır.
Çünkü sıcaklıkları aynı. X bardağındaki çayın taneciklerin ortalama kinetik enerjisi Y'den küçüktür. Hayır eşittir dedim şimdi. Y bardağındaki çayın ısısı, cümleye devam etmiyorum, çayın ısısı diye bir şey olmaz.
Bu bir kavram yanılgısıdır. Çünkü ısı sahip olunabilen bir şey değil, transfer edilen şeydir. Sahip olunan şey iç enerjidir. X ve Y bardakları arasında ısı alışverişi olmaz. Bu transfer edilen ısı enerjisi sıcaktan soğuğa aktarılır.
Her zaman bu. Sıcaklıklar eşitse o zaman herhangi bir aktarım olmaz. Bunların sıcaklıkları eşit mi? Evet eşit.
Bunları yan yana getir. Birbirleriyle etkileşim halinde olsunlar. Hiçbir ısı alışverişi olmaz. Bu öncülüm doğrudur. Peki ben burada iç enerjiyle de ilgili bir şey sorayım.
Bunların iç enerjilerini kıyaslasak. Y bardağının ısısı X'den büyük değil ama Y bardağının iç enerjisi X'den büyük. Nereden anladım ben onu?
İç enerji dediğim şey taneciklerin kinetiği ile potansiyelinin toplamı. Bunların kinetiği aynı ama potansiyelleri aynı değil. Nasıl anladık? Küt.
Kütlelerden anladık. M kütle var, 2 M kütle var. Buradaki tanecik sayısıyla, molekül sayısıyla buradaki aynı değil.
Sağdakinde daha fazla molekül var. Bu da daha fazla bağ demek, daha fazla potansiyel enerji demek. Hangisi üzerinize dökülse daha çok yanarsınız? Tabii ki sağdaki. Bunu iç enerjiden düşünebilirsin, böyle bir çağrışım yaptırabilirsin zihninde.
İç enerjisi fazla, bana daha çok zarar verir gibi düşünebilirsin. Isıca yıltılmış ortamda K, L ve M bardaklarına şekildeki gibi belirtilen kütlelerde ve sıcaklıklarda su konulmuş bardaklardaki suların iç enerjilerini kıyaslayınız. taneciklerin kinetik artı potansiyeline bakacağız.
60 Celsius, 60 Celsius. Bunların kinetikleri aynı. Ama burada 100 gram su var, burada 50 gram su var. O zaman buradaki potansiyel fazla, buradaki potansiyel enerji daha az. Kinetikler aynı, soldakinde potansiyel enerji fazla olduğu için K'daki iç enerji L'dekinden büyüktür diyebiliriz.
L ile M'yi kıyaslayalım. İkisi de 50 gram. O zaman buradaki potansiyel enerji ile buradaki potansiyel enerjiye aynı diyebilirim. Madde miktarları yani bağ sayıları aynı olarak düşünebilir. Maddenin türü de aynı.
Yani sadece bağ miktarına bakmak yetmez. O bağda depolanan enerjiye bakmamız lazım. O da maddenin türüne göre değişir. H2O da farklıdır.
Azot molekülleri de farklıdır. Ama hepsi su olduğu için herhangi bir problemimiz yok. Bu 60 Celsius'ta yani buradaki kinetik daha büyük. Buradaki kinetik daha küçük.
Potansiyeller aynı. Kinetiği fazla olan L olduğu için o zaman L'nin iç enerjisi de M'den daha büyüktür diyebiliriz. Ya da çağrışım yaptıralım. Hangisi üzerinize... Dökülse eyvah dersiniz.
Tabii ki bu arkadaş. En büyük iç enerji. Termometre çeşitlerine girmeden önce iç enerjiyle ilgili enteresan bir durum olduğunu söylemiştim. Onu da bir konuşalım. Isı enerji alan maddenin iç enerjisi artar.
Burada bir katı malzemenin, kristal yapıdaki bir katı malzemenin görünüşünü görüyorsunuz. Buradaki mavi tanecikleri atomlar olarak düşünebilirsiniz. Atomlar bağlanmışlar.
İşte kristal yapı halinde bir malzememiz var. Şimdi ben bunu ısıtacağım. Yani bu malzemeye ısı enerji transfer edeceğim ve iç enerji artacak. Gördüğünüz gibi tanecikler daha çok titremeye başladılar. Yani kinetik enerjilerini arttırdılar.
Bu da malzemenin sıcaklığının artması demek, malzemenin aynı zamanda iç enerjisinin artması demektir diyebiliriz. Peki sadece ısı enerjisi aktararak mı iç enerjiyi arttırırız? Az önce tanımda şöyle bir şey demiştim.
Tanecikler üzerine iş yapıldığında da iç enerji artar. Tamam ısı enerjisi aktarıyoruz, arttırıyoruz. Tanecikler üzerine iş yapmak ne demek?
Şimdi ben bu kristal yapının altına ve üstüne tabiri caizse böyle hidrolik bir pres getirdim. Bunu sıkıştıracağım, bir basınç uygulayacağım. Ona bir darbe vuracağım.
Şu anki taneciklerin hareketine dikkat edin. Bir de sıkıştırdığımdakine dikkat edin. Sıkıştırdım.
Gördünüz mü? Çok daha fazla titreşim sahibi oldular. Yani kinetik enerji arttı. Yani bu madde ısındı.
Sıcaklığı arttı. Çünkü ben dışarıdan buna bastırarak tanecikler üzerinde bir iş yaptım. Önceki ünitemizden hatırlayın.
Bir cisim üzerinde iş yapılırsa onun enerjisini değiştirirsiniz. İşte iş yaptım. Enerjisini değiştirdim.
Bu da bir iç enerji artışıdır. Sadece ısı enerjisiyle ilişkilendirmeyin iç enerjiyi. Hocam bu bana çok saçma geldi. Yani biz bir maddeyi sıkıştırdık diye sıcaklığım artıyor. Evet deneyini izleteyim.
Bakın bu videoda bir demirci demire vuruyor. Aynı benim simülasyonda izlettiğim gibi bir malzemeyi sıkıştırıyor gibi düşünebilirsiniz. Oradaki tanecikler üzerinde iş yapıyor.
O sisteme bir enerji aktarıyor. İşte bu enerji aktarım iç enerjiyi arttırır, sıcaklığı da arttırır. Gördüğünüz gibi ucu kızardı.
Malzeme o kadar ısındı ki şu an ışık yayıyor. Aynı bizim simülasyondaki gibi. Şu an bu demirin tanecikleri daha hızlı hareket ediyor.
Sıcaklıktan devam ediyoruz. Sıcaklık ölçen alet termometrelere bakıyoruz. Termo eski Yunanca'da ısı, sıcaklık gibi anlamlara geliyor. Metre, ölçü aleti gibi bir anlamı var.
Dolayısıyla sıcaklık ölçer bunun Türkçesi diyebiliriz. Peki bu adam bir malzemenin sıcaklığını nasıl anlıyor? Dolaylı yoldan anlıyor.
Fizikteki bazı büyüklükleri kullanıyoruz. Mesela genleşmeyi kullanıyoruz. Bizim çeşitli termometrelerimiz var.
Lise müfredatında bilmen gereken metal termometreler yani katılar, sıvılı termometreler ve gazlı termometreler. Birazdan detaylarını göreceğiz. Ama ister metal termometre olsun, ister sıvılı termometre olsun, ister gazlı termometre olsun hepsinde genleşmeyi kullanabiliyoruz. Nasıl bir şey peki bu genleşme?
Şöyle diyelim ki sizin şöyle metal bir çubuğunuz var. Ben henüz anlatmadım ama günlük hayattan bilirsiniz. Genleşmek demek bir maddenin sıcaklığı arttırıldığında yani ona ısı enerji transfer ettiğimizde hacminin büyümesi demek.
Boyunun uzaması demek. Şimdi sizin elinizde böyle bir metal var. Kolaylıkla genleşebilen bir malzeme. Bununla şu yeşille gösterdiğim abidik gubidik cismin sıcaklığını ölçeceksiniz.
Bu metalinizi sıcaklığını ölçeceğiniz bu yeşil cisme dokundurduğunuzda, yakınına getirdiğinizde aralarında sıcaklık farkı varsa ısı alışverişi olur. Diyelim ki bu sıcak bir malzeme. Dolayısıyla sıcakla soğuk yan yana geldiğinde sıcaktan soğuğa doğru ısı enerjisi aktarılacaktır. Yani sizin metaliniz ısı enerjisi aldı. Isı enerjisi aldığı için bu arkadaşın sıcaklığı artar.
arttı ve boyu uzadı yani genleşti. Bunun altına da bir ölçek yerleştirdiniz. Atıyorum şurası artı 5'ti, şurası artı 8'di, şurası artı 10'du, şurası artı 12'ydi.
Normalde sizin metaliniz artı 10'a karşılık geliyordu. O sıcak maddeden ısı alınca uzadı, genleşti, artı 12'ye karşılık geldi ucu. İşte buradaki bu sayılar da sıcaklığa karşılık geliyor. Senin bu metal göstergen 12'de durduğunda diyorsun ki, ha bu yeşil cismin sıcaklığı 12 Celsius'muş.
Şu an tamamen kavramsal anlatıyorum. Yoksa bir termometreyi açtığınızda böyle bir çubuk yanında da gösterge görmüyorsunuz. İşin mantığını anlatıyorum.
Gerçekte bunlar daha profesyonel ve daha mühendislik harikası tabii ki. Bunun tersi de mümkün. Ölçmek istediğiniz şey soğuk da olabilir.
O zaman tersten düşünelim. Diyelim ki sizin metal çubuğunuz, yani aslında termometreniz normalde 10 seviyesinde. Yani şu an termometreniz 10 derece gibi.
Soğuk malzemeye yaklaştırdınız. Bu artık soğuk bir malzeme olsun. Bu sefer soğuk ısı enerjisi alacak.
Yani termometrenizden bu malzemeye ısı enerjisi aktarılacak. Sizin termometreniz ısı verdi. Sıcaklığı azalır.
Sıcaklığı azalan madde de genleşmenin tam tersi. Küçülür. Bu arkadaşın şu ucu geriye gelir. Atıyorum şuraya gelir. Artı 8'e gelir.
Bu ne anlama geldi? Artık bu yeşil maddenizin sıcaklığı artı 8 Celsius'müş. Daha soğukmuş. Genleşmenin mantığı katılarda da böyledir, sıvılarda da böyledir, gazlarda da böyledir. Renk değişimiyle anlayabiliyoruz.
Aynı mantığın renklere göre düzenlenmişi var. Direnç değişimiyle anlayabiliyoruz. Ki bu günlük hayatta kullandığımız dijital termometrelerdir aslında. Böyle koltuğumuzun altına koyarız.
Elektronik bir göstergesi vardır. O koltuğumuzun altından çıkartıp o elektronik göstergede vücut sıcaklığımızı ölçeriz. Direnç değişimiyle çalışır.
Yani elektronik bir sistem. Termistör denilen bir alet var elektronikte. Ders kitabında bunun bahsi geçiyor.
Sıcaklığa bağlı olarak o direncin değeri artıyor. Direnç değeri artarsa devrede dolaşan elektrik akımı azalır. Sistem de der ki, aa bak devredeki elektrik akımı şu kadar düştü.
Demek ki direnç bu kadar artmış. Direnci bu kadar artmış. Bu kadar arttıran şey de şu kadar sıcaklıktır diye ölçüm yapmış oluyoruz.
Tamamen elektronik ortamda bir ölçüm bu. Dolayısıyla dijital termometrelerin çalışma mantığıdır. Sıvılarda genleşme mantığıyla ölçüm yapıyoruz.
Gazlarda genleşme mantığı. Bir de basınç değişimi yoluyla. Yine ileride öğreneceğimiz basınç konusunda PV, NRT var. Belki kimyada öğrenmişsinizdir. Şu arkadaş hacim sabit.
Bu arkadaş gaz miktarı sabit. R zaten sabit sayı. T sıcaklık demek. P basınç demek.
Sizin bir gazlı termometreniz var. İçinde gaz var. O gazın...
basıncındaki değişikliklere bakarak sıcaklığı hakkında fikir sahibi oluyorsunuz. Örneğin gazlı termometrenizi sıcak bir cisme yaklaştırıyorsunuz. Sıcak cisme yaklaştırdığınız için gazlı termometrenizin içindeki gaz ısınıyor, sıcaklığı artıyor, sıcaklığı arttığı için basıncı artıyor.
Basınç sensörlerini okuyarak o sıcaklık hakkında fikir sahibi oluyorsunuz. Yani termometrenizin basınç sensörü normalde atıyorum P'yi gösteriyor. Bu 2P'ye çıktığında sen anlıyorsun ki sıcaklık T'den 2T'ye yükselmiş. Ölçümü böyle yapıyorsun. Şimdi bu termometrelere detaylı bakacağız.
Öncelikle sıvılı termometreden başlıyoruz. Az önce konuştuk. Genleşme prensibine göre çalışıyor.
Şu şekli az buçuk aşinasınızdır. Evlerde, odalarda, hatta benim çocukluğumda ateş ölçerken biz sıvılı termometre kullanırdık. Bunların içinde civa olabilirdi, alkol olabilirdi. Bunlar günlük hayat sıcaklıklarını ölçerlerdi. O yüzden odaya bundan asardık.
İşte 20 Celsius, 25 Celsius, 30 Celsius gibi sıcaklıkları ölçerdi bunlar genelde. Neye göre civa kullanılıyor, neye göre alkol kullanılıyor? Tabii ki çalışabilme özelliklerine göre. Civa dediğiniz şey yanlış hatırlamıyorsam eksi 30 Celsius'larda donuyor. Alkol dediğim şey ise eksi 120 Celsius'larda falan donuyor.
Şimdi ben civalı termometreyi Kars'ta kullanamam. Şubat ayında gece hava sıcaklığı eksi 35 olduğunda civa donar. Donan civa benim işime yaramaz. Hiçbir ölçüm yapamaz.
Dolayısıyla çok soğuk memleketlerde alkollü termometre kullanılır. Peki biz bunlarla istediğimiz yüksek sıcaklığı ölçebilir miyiz? Niye günlük hayat diye vurgulanmış?
Bunların bir de üst limiti de var. Alkol dediğin sıvı 78 Celsius'ta kaynıyor. Civa yine 300 Celsius'lara falan çıkabiliyor ama özellikle alkol 78'de kaynıyor.
Kaynayan sıvı nasıl genlesin, nasıl doğru ölçüm yapalım? O yüzden günlük hayat sıcaklıklarıyla sınırlı. Bu genleşme mantığını şöyle anlayabiliriz. Bakın burada boyanmış bir sıvımız var. Kolaylıkla genleşebilen bir sıvı.
Bu bizim termometre modelimiz olacak. Buradaki sıvı sıcaklığı artarsa, yükselen sıcaklığı azalırsa soğuyan bir sıvı. Şu an onu sıcak bir su dolu kaba koyuyor ve sıvı seviyesine dikkat edin. Sıvı seviyesi yükseliyor çünkü bizim termometremizin sıcaklığı artıyor, sıvı genleşiyor.
İşte sen bunun karşısına şuraya bir ölçek çizersen, bu sıvı seviyesinin durduğu yere sayılar yazarsan, mesela 80 Celsius yazarsan, şuraya 90 Celsius yazarsan, bu sıvı seviyesi nerede durursa sıcaklıkta o olmuş olur. Termometrenin temel mantığı budur. Gördüğünüz gibi hala yükseliyor çünkü sıvımız genleşiyor, çünkü sıcaklığı artıyor diyebiliriz. O sıcak suyun sıcaklığını ölçüyor şu anda. Yanda buz dolu bir kap var.
Şimdi bu termometreyi buz dolu kaba koyuyor. Yani şu an ben oradaki buzun sıcaklığını ölçmeye çalışıyorum. Bu sefer soğuk olan şey buz.
Soğuk bir şey ölçmeye çalışıyoruz. Bizim termometremiz ısı kaybedecek. Buza, soğuk olana ısı transfer edecek. Isı kaybettiği için sıcaklığı azalacak. Sıcaklığı azaldığı için bu sefer genleşmeyecek.
Büzülecek yani küçülecek. Buradaki sıvı seviyesinin azaldığını göreceğiz. Bu azalma az öncekine göre daha yavaş oluyor.
Çok beklememiz gerekebilir. Evet. Evet biraz daha aşağıda olduğunu şu an daha net görüyoruz. Yeterince beklersek bunun daha da aşağıya indiğini görürüz. Güzel bir termometre tasarlamak için hassas ölçüm yapan bir termometre tasarlamak için bizim bu cam borumuzun genleşme kat sayısı az olmalı.
Yani o cam genleşmemeli. İçindeki sıvı genleşecek. Çünkü cam da genleşirse o zaman sıvım yükselemez.
Düşünsene senin o borun genişliyor. E o zaman sıvı yükselemez ki. O yüzden bizim borumuz mümkün olduğu kadar ince olmalı.
Kesit alanı küçük olmalı ki sıvı kolaylıkla yükselebilsin. Genleşememeli bizim camımız. Dışarıdaki kap genleşmemeli. Sıvı genleşmeli.
Sıvının genleşme kat sayısı çok olmalı. Şuradaki sıvı hazinesi büyük olmalı. Çünkü orada ne kadar çok sıvı varsa o kadar çok genleşecektir. İyi yükselecektir veya iyi alçalacaktır. Böylece biz de düzgün bir ölçüm yapabileceğiz.
Ve son olarak da sıcaklık aralığının ölçeklendirilme miktarı. Şöyle şimdi bu modele dikkat edersek kenarındaki çizgiler kaç derece sıcaklık olduğunu Celsius cinsinden söylüyor sağ tarafta. Şu an ölçüm işte 22'ye falan karşılık geliyor.
Şimdi şu aradaki kısa çizgiler olmasaydı bizim sayılarımız eksi 40, eksi 30, eksi 20. Yani burada bir çizgi var, burada bir çizgi var, burada bir çizgi var. Aralarda hiçbir şey yok. O kısa çizgiler yok.
Daha kötü bir ölçüm yaparım. Benim buradaki sıvı seviyem geldi şurada durdu. Sen buraya 10 yazmışsın, buraya 20 yazmışsın.
Eee biz arada bir yerdeyiz. O kaça geliyor? Bilmiyorum ki oraya ölçek koymadık. İşte ne kadar sık aralıklı çizgilerin olursa küsüratları da ölçersin.
Dersin ki aa bak burası 17'ye karşılık geliyor dersin. 10 ile 20 arasında bir yer demezsin. Yani ölçeklendirme de hassas bir termometre için önemlidir. Metal termometrelere geldiğimizde bunların anahtar kelimesi bunlar yüksek sıcaklık ölçerler. İçinde sıvı yok.
Genleşme mantığını anlatırken kullandığım o metal aklınıza gelsin. Metalin uzaması, kısalmasına göre buradaki ibre yukarı çıkıyor veya aşağı iniyor. Sen de oradan kaç Celsius olduğunu okuyorsun. Bunlar genelde endüstride, fırınlarda, fabrikalarda kullanılıyor. Mesela demir eritiyorsun.
Demir döküm fabrikası. Bir demirin erime sıcaklığı 1530 Celsius falan. Şimdi ben 1530 Celsius'u hangi termometreyle ölçeceğim?
Civalı termometreyle mi ölçeyim? Adam 300'de kaynıyor zaten. O kaynamasa bile zaten cam kırılır o yüksek sıcaklıkta.
İşte bu sıcaklıklara ancak bir metal termometre dayanabilir. Gazlı termometre deyince de aklınıza hassas ölçüm gelsin öncelikle. Çünkü yine genleşme üzerinden düşünürsem en iyi genleşen maddeler gazlardır. Sonra sıvılardır. En kötü genleşen maddeler de katılardır.
Gazlar çok iyi genleşebiliyorlar. Çünkü taneciklerin arası çok uzak olduğu için sen bunu ısıttığında daha da kolay uzaklaşabiliyorlar birbirlerinden. Ama katı tanecikleri birbirine çok yakın. Bunlar çok yakın oldukları için ısı enerjisi verdiğinde hareketlendiler.
Birbirlerinden uzaklaşacaklar ama aynı zamanda birbirlerini de çekiyorlar. Çok iyi uzaklaşamıyorlar. Ama gazlar zaten kendi başına.
Hepsi bir yerde. Bir de ısı veriyorsun. Kinetik icaretiyor.
İyice uzaklaşıyorlar. Tabii ki istisnalar var. Bazı sıvılardan daha iyi genleşen katılar var. Ama biz genel konuşuyoruz.
İyi genleştiği için bunlar hassas ölçüm yaparlar. Çünkü kolay tepki verirler sıcaklık değişimlerine. Bu yüzden bu arkadaşlar genelde laboratuvarlarda kullanılırlar. Bir şey daha var burada bahsedilmesi gereken.
Gazlı termometrelerle aynı zamanda çok soğukların ölçümünü yaparsın. Mesela eksi 200 Celsius sıcaklığındaki bir maddeyi gazlı termometre ile rahatlıkla ölçebilirsin. Sıvılı termometre işine yaramaz. Çünkü sıvılı termometre zaten en babası alkollü termometre eksi 110'da donuyor.
Donmuş termometre ile ölçüm yapamazsın. Ama bazı gazlar çok düşük sıcaklıklara inebiliyorlar. Gaz halinde, sıvılaşmadan. Örneğin helyum bir gaz biliyorsunuz. En azından oda şartlarında.
Eksi 200 at... 269 Celsius'ta sıvı hale geçip sıvı helyum oluyor. Yani sen helyumdan bir termometre tasarlasan sıvı hale geçene kadar gaz fazında eksi 269'a kadar ölçüm yapabilirsin.
Bu yüzden bu termometrelerle biz çok soğuk maddeleri de ölçebiliyoruz. Gazlı termometre aşağı yukarı şöyle bir şeye benziyor. Ve tekrar çok düşük sıcaklıkları ölçebildiğini de burada vurgulamış olalım. Şimdi gelelim. E hocam bu anlattıklarınızı ben hiç etrafımda görmüyorum.
Sıvılı termometre falan çocukken bir iki kere görmüştüm ama biz genelde şunları görüyoruz. diyebilirsiniz gayet haklı olarak. Özellikle pandemi döneminde herkesin ateşinin ölçüldüğü dönemde şu soldaki arkadaş bol bol hayatımızın içindeydi. Bu termistörle çalışan dersin başında anlattığım dijital termometre. İşte dirençteki değişim üzerinden ölçüm yapıyor.
Direncin sıcaklığı arttığında direnç değeri artıyor. Devrede dolaşan elektrik akımı azalıyor. O devrede dolaşan akımın azalma miktarı bize sıcaklık olarak bu göstergede gözüküyor.
Yani akıma bakarak sıcaklığı söylüyor gibi bir yorum yapabiliriz. Şimdi bu dijital termometreydi. Termistörlüydü. Soldakine de pirometre deniyor Aklınıza gelen piro ile hiçbir alakası yok Bu elektromanyetik dalgalarla çalışıyor Vücudumuzdan kızılötesi dalgalar yayınlanır Kumandaya bastığınızda kanal değiştiriyorsunuz ya Kumandayla televizyon arasındaki iletişimi kuran şey de aynı kızılötesi dalgalar İnsan vücudu da bu dalgalardan yayar Bu dalgaları algılıyor bu arkadaş O elektromanyetik dalganın, kızılötesi dalganın şiddetine göre göstergesinde bir sıcaklık ölçüyor O yüzden bunun vücudunuza değmesine bile gerek yok Böyle uzaktan tabanca tutar gibi almamıza ölçüm yaptılar Pandemi döneminde. Çünkü o kızıl ötesi dalgayı algılamak için vücuduma temas etmesine gerek yok.
Evet kazanım uygulama 3'e bakalım. Tabloda verilen sıcaklık değerlerinin ölçümünde kullanılması en uygun olan termometre türünü yazınız. Eksi 70 Celsius.
160 Celsius, 25 Celsius. 25 Celsius günlük hayat. Sıvılı termometre.
Duvara astığımız termometre işte bunlar. Civalı veya alkollü. 160 Celsius nispeten yüksek bir sıcaklık.
Bütün türleri yazmaya çalıştığım için buna metal termometre diyebilirim. Civalı termometre de ölçemez mi hocam? O da 300'de falan kaynıyor demiştiniz.
Yani kaynayana kadar ölçüm yapabilir. Yapabilir ama dediğim gibi genelde bu sıvılılar, mesela civalı termometre günlük hayata göre ayarlandığı için onların o cam borularının üzerinde 160'a kadar çıkmaz. En fazla 50'ye 60'a kadar değer görürsünüz.
O yüzden buna metal yazmamızda herhangi bir sakınca yok. Eksi 70 soğukları ölçüyoruz. Soğuk olduğunda başvuracağımız termometre gazlı termometre olacaktır. Hocam alkollü termometre olmaz mı? O da eksi 118 falan demiştiniz.
O da olur ama ben hepsini yazmak istedim. O yüzden çok kafa karıştırmaya gerek yok. Sıvılı termometrelerle ilgili hangileri doğrudur?
Sıvının bulunduğu kılcal borunun genleşme kat sayısı sıvıdan büyük olmalıdır. Hayır, sıvının bulunduğu bu boru genleşmemeli, olduğu gibi kalmalı. İçindeki genleşebilmeli.
Az önce de söylediğim gibi bu boru da büyürse o zaman sıvının yükselmesi zorlaşır. Doğru ölçüm yapamam. Sıvının donma noktasının ve kaynama noktasının arasındaki sıcaklıkları ölçebilir. Evet, alkollü termometre eksi 110 ile artı 78 arasını ölçebilir.
Bunun dışında sıvı olmayacağı için ölçüm yapamaz. Kılcal boru ne kadar sık bölmelendirilirse sıvı o kadar iyi genleşir. Olta bir öncül bu. He, hoca dedi ki daha sık bölmelendirme daha iyi ölçüm.
E zaten ölçüm de genleşmeyle oluyor. O zaman üçüncü öncülüm doğru. Hayır, yanlış. Sıvının genleşme özelliği kendine has.
İçine koyduğun borunun üzerindeki çizgileri sıklaştırdın diye o sıvı daha iyi genleşmez. Ya da daha kötü genleşmez. Sadece bu sık bölmelendirme bizim daha hassas okuma yapmamızı sağlıyor. Okuma duyarlılığımızı arttırıyor. Sen oradaki sayılara ne yazarsan yaz, ne kadar çizgi koyarsan koy.
Senin sıvı dediğin şey şu seviyeden şu seviyeye çıkar. Karşısına ne koyduğun, hangi çizgiyi koyduğun, kaç yazdığının hiçbir önemi yoktur. Dolayısıyla üçüncü öncülüm yanlış. Sorumun cevabı yalnız iki olmalı.
Evet sıcaklık ölçeklerine geldik ama bunu bir sonraki derse bırakacağım. Bu ders bu kadardı. Takıldıklarınızı alta yazın. Kendinize iyi bakın. Görüşürüz.