Farklı sıcaklıklara sahip cisimler birbirine temas ettiğinde, ısı doğal olarak daha yüksek sıcaklığa sahip cisimden daha düşük sıcaklığa sahip cisme doğru hareket eder. İki cisim termal dengeye ulaştığında ısı transferi durur. Isı transferinin, temas halindeki cisimlerin sıcaklığında bir değişikliğe neden olduğu söylenebilir . Bu kısa açıklamaya dayanarak, ısı (Q) ile o cismin sıcaklık değişimi (delta T) arasında bir ilişki olduğu sonucuna varılır . Her cismin bir kütlesi (m) vardır ve cisimlerin türü de farklıdır.
Bu makaledeki ısı formülünün türetilmesi akıl yürütme yoluyla yapılmıştır. Bu akıl yürütmenin geçerliliğini günlük deneyimlerinize dayanarak kanıtlayabilir veya bir deney de yapabilirsiniz.
Isı (Q) ve sıcaklık değişimi (delta T) arasındaki ilişki
Aynı kütlede suyla dolu iki kap var. Su, iki farklı ocak kullanılarak ısıtılıyor. Bir ocağın alevi daha düşük, diğerinin alevi ise daha yüksek. Her ikisi de on dakika ısıtılırsa, hangi kap daha sıcak olur? Eğer daha önce su ısıttıysanız, daha yüksek alevli ocak kullanılarak ısıtılan suyun daha sıcak olduğunu (suyun son sıcaklığının daha yüksek veya sıcaklık değişiminin daha büyük olduğunu) kabul edersiniz.
Alev, ısı miktarını (Q) temsil eder. Küçük bir alev az ısı içerir, büyük bir alev daha fazla ısı içerir. Isı az olduğunda, sıcaklık değişimi küçüktür. Isı çok olduğunda, sıcaklık değişimi büyüktür. Isı ne kadar fazla olursa, sıcaklık değişimi de o kadar büyük olur. Buradan, ısı miktarının (Q) cismin sıcaklık değişimine orantılı olduğu sonucuna varılabilir.
Arasındaki ilişki cismin ısısı (Q) ve kütlesi (m)
İki kapta farklı kütlelerde su bulunmaktadır; bir kap daha fazla, diğer kap daha az suyla doldurulmuştur. Su, aynı alev gücüne sahip iki ocak kullanılarak ısıtılmaktadır. Her iki kap da on dakika boyunca ısıtılırsa, hangi kaptaki su daha sıcak olur? Eğer daha önce su ısıttıysanız, daha az su bulunan kabın daha sıcak olduğunu (suyun son sıcaklığının daha yüksek veya sıcaklık değişiminin daha büyük olduğunu) kabul edersiniz. Daha fazla suyun, daha az suyla aynı sıcaklık değişimini yaşaması için, daha fazla suyu ısıtan ocağın alevi büyütülmelidir.
Su miktarı, suyun kütlesini (m) temsil eder. Alevin büyüklüğü ise ısı miktarını temsil eder. Buradan, ısı miktarının (Q), cismin sıcaklığındaki değişimle orantılı olduğu sonucuna varılabilir. Su miktarı ne kadar fazla olursa, suyun sıcaklığını yükseltmek için o kadar fazla ısı gerekir.
Isı (Q) ile nesne türü ( c ) arasındaki ilişki
Aynı büyüklükteki bir demir çubuk ve bir cam çubuğu aynı alevle aynı anda ısıtırsanız, hangisi daha hızlı ısınır, demir mi yoksa cam mı? Elbette demir daha hızlı ısınır. Buradan, bir cismin sıcaklığını yükseltmek için gereken ısının, cismin türüyle orantılı olduğu sonucuna varılabilir.
Yukarıdaki üç karşılaştırma bir denklemde birleştirilmiştir:
Bu, formül veya ısı denklemidir.
Bilgi: Q = ısı (Joule), m = cismin kütlesi (kg), c = cismin özgül ısısı (J/kg °C)o), delta T = sıcaklık değişimi (Co veya K)
1. -22 ° C sıcaklıktaki beş kilogram buz, tamamı eriyene ve 0 ° C sıcaklığa ulaşana kadar ısıtılıyor . Buzun gizli ısısı 333 kJ/kg ve özgül ısısı 2100 J/kg °C ise , gerekli ısı miktarı nedir?
A. 1496 kJ
B. 1596 kJ
Yaklaşık 1696 kJ
D. 1796 kJ
E. 1896 kJ
Pembahasan
Biliniyor:
Buzun kütlesi (m) = 5 kg
Başlangıç sıcaklığı (T) = -22 ° C
Buzun gizli ısısı (L) = 333 kJ/kg = 333.000 J/kg
Buzun özgül ısı kapasitesi (c) = 2100 J/kg ° C
Soru: Gerekli ısı miktarı (Q)
Cevap:
İşlem 1: Buzun sıcaklığını -22 ° C'den 0 ° C'ye yükseltin.
Q = mc ΔT = (5)(2100)(22) = 231.000 Joule
İşlem 2: Tüm buzu eritip suya dönüştürün.
Q = m L = (5)(333.000) = 1.665.000 J
Toplam ısı = 231.000 J + 1.665.000 J = 1.896.000 J = 1.896 kJ
Doğru cevap E şıkkıdır.
Soru kaynağı:
SBMPTN Fizik Soruları
