buzlu.org

Çokça kullanılan bir kavram olduÄŸu halde, sıcaklığın tam bir tanımını yapmak oldukça güçtür. Sıcaklık, duyularla algılanmakta ve genellikle “sıcak” veya “soÄŸuk”kavramlarıyla ifade edilmektedir. Gözlemlerimizden, sıcak ve soÄŸuk iki cismin birbirine temas ettirilmesi halinde, sıcak olanın soÄŸuduÄŸunu, soÄŸuk olanın da ısındığını, belirli bir süre temas halinde kaldıklarında ise, her ikisinin de aynı sıcaklık veya soÄŸukluÄŸa ulaÅŸtıklarını biliyoruz. Bir maddenin ısıl durumunu belirten bir ifade olan sıcaklık, “ısı geçiÅŸine neden olan etken” olarak da tanımlanmaktadır. Ancak, sıcaklık artmaksızın da ısı geçiÅŸi olabileceÄŸi (ör. kaynayan su) hatırda tutulmalıdır.

Sıcaklık veya soÄŸukluk algılaması pek de güvenilir deÄŸildir. Bazen sıcak cisimler soÄŸuk ya da soÄŸuk cisimler sıcak olarak algılanabilmektedir. Bu güçlükleri önlemek üzere, sıcaklık ölçümünün temeli olan “sıcaklık eÅŸdeÄŸeri” veya TermodinamiÄŸin Sıfırıncı Yasası” tanımından yararlanılmaktadır. Ä°lk defa 1931 yılında R. H. Fowler tarafından tanımlanan TermodinamiÄŸin Sıfırıncı Yasası, temel bir fizik ilkesi olarak TermodinamiÄŸin Birinci ve Ä°kinci Yasası’ndan 50 yıl kadar sonra anlaşılmış olduÄŸu halde, mantıksal olarak onlardan önce gelmesi gerektiÄŸinden “Sıfırıncı Yasa” olarak adlandırılmıştır.
Termodinamiğin Sıfırıncı Yasası: İki cisim üçüncü bir cisimle sıcaklıkça eşdeğerde ise, bu iki cisim birbiriyle de sıcaklıkça eşdeğerdedir.

Sıfırıncı Yasada söz konusu edilen cisimlerden herhangi biri kalibre edilerek bir sıcaklık ölçü aleti olarak düzenlenebilir. Sıcaklık ölçü aletlerine termometre denilmektedir. Yaygın olarak kullanılan sıcaklık göstergeleri celsius (°C), [daha önceleri centigrade olarak kullanılan bu ölçek, 1948 yılından itibaren celsius olarak anılmaya baÅŸlamıştır] bölüntülü termometrelerdir. Åžekil 1′de görüldüğü gibi, celsius skalasında buz saf suyun erime sıcaklığı sıfır (0°C), kaynama sıcaklığı ise yüz (100°C) kabul edilmiÅŸtir. Ä°ngiliz milletler topluluÄŸu ve Amerika BirleÅŸik Devletleri gibi bazı ülkelerde kullanılmakta olan fahrenheit (°F) termometre ölçeÄŸinde ise, saf suyun buz ve kaynama noktalarına sırasıyla 32°F ve 212°F deÄŸerleri verilmiÅŸtir.

Maddelerin fiziksel özellikleri sıcaklıkla değiştiğinden (örneğin, ısınan madde genleşir, ısınan tel uzar, ısınan iletkenin direnci değişir, ısınan metal renk değiştirir), tekrarlanabilir ve doğru ölçülebilmesi koşuluyla, bu özelliklerden yararlanılarak termometreler yapılabilir.

Mutlak Sıcaklık
Celsius skalasında buzun erime sıcaklığı sıfır kabul edilmiÅŸtir. Ancak, bu deÄŸerin çok altında da sıcaklıklar bulunmaktadır. Daha düşük sıcaklığın mümkün olmadığı en düşük sıcaklık derecesi -273,15°C ‘dir ve bu sıcaklığa, “mutlak sıfır sıcaklık derecesi”denmektedir. Kelvin skalası iÅŸte bu en düşük sıcaklık derecesini baÅŸlangıç olarak kullanmaktadır. Kelvin (K, ‘ ° ‘ sembolü kullanılmaz), mutlak sıcaklık denilen termodinamik sıcaklığın birimidir. Kelvin skalasındaki sıcaklık birim aralıkları, celsius skalasındakinin aynıdır (1 K = 1 °C). Ancak, sıcaklık göstergelerinin baÅŸlangıçları farklıdır. Kelvin ölçeÄŸinin sıfır baÅŸlangıç noktası, celsius ölçeÄŸinin - 273,15 °C deÄŸerine rastlamaktadır.

Buna göre;
kelvin olarak sıcaklık = celsius olarak sıcaklık + 273 [T (K) = t°C + 273,15]

Isı Nedir?
Termodinamiğin en önemli kavramlarından biri de ısıdır. Isı, belirli sıcaklıktaki bir sistemin sınırlarından, daha düşük sıcaklıktaki bir sisteme, sıcaklık farkı nedeniyle transfer edilen enerjidir. Isı da iş gibi bir enerji transfer biçimidir. Isı ve iş hiçbir cisimde depo edilemez, ancak sistem sınırlarında ve geçiş halinde iken belirlenebilir. Her ikisi de birer eğri fonksiyonudurlar. Bir başka deyişle, ısı ve iş geçiş halindeki enerjilerdir.

Isı birimi iÅŸ birimi ile aynıdır, yani joule (J) dür. Eski bir alışkanlık olarak calorie (cal) de kullanılmaktadır. 1 calorie, 1gram suyun sıcaklığını 14,5°C ‘den 15,5°C ‘ye yükseltmek için gerekli olan ısı miktarıdır. 1 calorie = 4,187 joule dür.

Isı ve Özgül Isı
Bir maddenin sıcaklığını değiştirmek için gerekli ısı; kütlesine, cinsine ve sıcaklık farkına bağımlıdır. Daha büyük kütleyi ısıtmak için, daha fazla ısı gereklidir. Örneğin, aynı ortam koşullarında, 2 kg suyu kaynama sıcaklığına kadar ısıtmak için gerekli olan ısı, 1 kg suyu kaynama sıcaklığına kadar ısıtmak için gerekli olan ısının iki katıdır.

Farklı maddelerin sıcaklığını aynı miktarda artırmak için, farklı miktarlarda ısı gerekmektedir. Örneğin, basınç, sıcaklık ve kütleleri eşit olan hava ve hidrojeni, aynı değerdeki daha yüksek bir sıcaklığa ısıtmak için, hidrojenin gerektirdiği ısı miktarı, havanın gerektirdiği ısının yaklaşık 14 katıdır. Bir maddenin özgül ısısı, o maddenin 1 kg ‘lık kütlesinin sıcaklığını 1 K artırmak için gerekli ısıdır. Gazların ısıtılması söz konusu olduğunda, iki farklı durum bulunmaktadır.
Bunlar:
Sabit hacimde ısıtma ve
Sabit basınçta ısıtmadır.

Sabit hacimde ısıtma sırasında gazın sıcaklığı ve basıncı artmaktadır. Örneğin, teorik otto çevriminde silindirdeki gazlara ısının verilmesi sabit hacimde olmaktadır. Sabit hacimde ısıtmanın özgül ısısı CV sembolü ile gösterilir ve ideal kuru havanın CV değeri, yaklaşık olarak 0,717 kJ/kgK dir.

Sabit basınçta ısıtma sırasında gazın sıcaklığı ve hacmi artmakta, gazın genişlemesiyle iş yapılmaktadır. Örneğin, teorik diesel çevriminde silindirdeki gazlara ısının verilmesi ve ön genişleme sabit basınçta olmaktadır. Sabit basınçta ısıtmanın özgül ısısı CP sembolü ile gösterilir ve ideal kuru havanın CP değeri, yaklaşık olarak 1,004 kJ/kgK dir.

Herhangi bir maddenin sıcaklığını daha fazla artırmak için, doğal olarak, daha fazla ısıtmak gerekir. Örneğin, 20°C sıcaklıktaki suyu 60°C sıcaklığa kadar ısıtmak için gerekli olan ısı, 40°C sıcaklığa kadar ısıtmak için gerekli olan ısının iki katıdır.