Maddeler katı, sıvı, gaz ve plazma halinde bulunabilirler. Bilim insanları maddenin, katı, sıvı, gaz ve plazma halindeki davranışlarını açıklayabilmek için kinetik teori modelini geliştirdiler. Bu teoriye göre, maddeyi oluşturan çok küçük parçacıklar sürekli hareket halindedir. Birbirine yakın parçacıklar birbirine güçlü çekim kuvveti uygular, parçacıklar bir birlerinden uzaklaştıkça çekim kuvveti zayıflar.
Parçacıklar (atomlar veya moleküller) arasındaki uzaklık arttıkça potansiyel enerjileri artar. Parçacıkların sürati arttıkça (titreşim süratleri de) kinetik enerjileri de artar.
Maddenin moleküllerinin sahip olduğu toplam kinetik ve potansiyel enerjiye maddenin iç enerjisi denir. Bir madde ısıtılırsa iç enerjisi artar, soğutulursa iç enerjisi azalır.
Sıcak bir madde, kendisinden daha soğuk bir maddeye dokundurulursa, sıcak olan maddenin iç enerjisi azalır ve madde soğur, soğuk olan maddenin iç enerjisi artar ve madde ısınır. Sıcak olan maddeden soğuk olan maddeye transfer olan enerjiye ısı enerjisi (ya da kısaca ısı) denir. Isı “Q” sembolü ile gösterilir.
Maddenin moleküllerinin hepsi aynı kinetik enerjiye sahip değildir. Moleküllerin kinetik enerjilerinin toplamını, molekül sayısına bölünerek, maddenin moleküllerinin ortalama kinetik enerjisi bulunur.
Sıcaklık, maddenin moleküllerinin ortalama kinetik enerjisinin bir ölçüsüdür. SI birim sisteminde temel büyüklüktür ve temel birimi Kelvin‘dir. Sıcaklık “T” sembolü ile gösterilir ve termometre ile ölçülür.
İki maddeden sıcak olanın moleküllerinin ortalama kinetik enerjisi, soğuk olanın moleküllerinin ortalama kinetik enerjisinden daha büyüktür.
Sıcaklığı değişen maddenin,
- Moleküllerinin kinetik enerjisi değişir.
- İç enerjisi değişir.
- Katı halde, boyu değişir.
- Hacmi değişir (genleşir)
- Gaz halinde, basıncı değişebilir.
- Elektrik iletkenliği değişir(iletkenler için).
- Rengi değişebilir (sıcaklığı artan bir cismin önce kızardığını görürüz, sonra cismin rengi turuncuya, sarıya ve beyaza döner)
Isı Enerjisi, İç Enerji ve Sıcaklık Arasındaki İlişki
- İki madde birbirine temas ettiğinde maddeler arasında ısı enerjisi transferi (ısı alış verişi) oluyorsa, bu iki maddenin sıcaklıkları kesin farklıdır.
Sıcak olan maddeden soğuk olan maddeye enerji transferi olur. Bir başka deyişle sıcak olan madde ısı enerjisi verir, soğuk olan madde ısı enerjisi alır. Bu olay maddelerin son sıcaklıkları eşit oluncaya kadar devam eder.
- “İç enerji” ve “ısı” farklı iki kavram olmasına rağmen, ikisi de enerji çeşididir ve joule birimindendir. Sıcaklık ise bir enerji çeşidi değildir.
- Isı, bir maddenin sahip olduğu herhangi bir enerji çeşidi değildir. Transfer olan enerjidir. Bundan dolayı, maddenin ısısı diye bir ifade yanlıştır.
Isı ve sıcaklık kavramlarının karşılaştırılması
Bazı kavramların günlük hayattaki kullanımları, fizik bilimindeki tanımlarına uymaz. Buda öğrencilerde kavram yanılgısına sebep olur. Isı ve sıcaklık kavramlarıyla ilgili bazı yanlış kullanımlar ve doğru kullanımları aşağıdaki gibidir.
Yanlış kullanım: Havanın ısısı arttı/azaldı.
Doğru kullanım: Havanın sıcaklığı arttı/azaldı.
Yanlış kullanım: Vücut ısısı 36 derece.
Doğru kullanım: Vücut sıcaklığı 36 derece.
Bir maddeye dokunduğumuzda, maddenin sıcaklığını hissederiz.
Yanlış kullanım: Bu maddenin ısısı diğerinden daha yüksek/düşük.
Doğru kullanım: Bu maddenin sıcaklığı diğerinden daha yüksek/düşük.