TYT Fizik — Isı ve Sıcaklık

TYT Fizik'te en çok karıştırılan üçlü: iç enerji, sıcaklık ve ısı. Bu üç kavramı birbirinden net olarak ayırmazsan, konunun tamamında kelime tuzaklarına düşersin. ÖSYM yıllardır bu ayrımı kullanarak çeldirici üretmektedir.

Kavramların Kimlik Kartları

Nicelik	Sembol	SI Birimi	Ölçü Aleti
İç Enerji	U (bazen Eiç)	Joule (J)	Doğrudan ölçülemez
Sıcaklık	T	Kelvin (K)	Termometre
Isı	Q	Joule (J)	Kalorimetre kabı

Sıcaklık temel büyüklüktür; ısı ise bir enerji türü olduğu için joule birimindedir. Kalori (cal) da kullanılır ama uluslararası birim joule'dur. Sıcaklık skaler, ısı skaler, iç enerji skalerdir — hiçbiri yön taşımaz.

"Bir Sistemin Isısı" Diye Bir Kavram Yoktur

Hangi Kavramla Hangi Cümle Kurulur?

Kavram	Kurabileceğin Cümle	Kuramayacağın Cümle
Isı	Isı aldı / Isı verdi	Isısı arttı / Isısı fazladır
Sıcaklık	Sıcaklığı arttı / azaldı / yüksek / düşük	Sıcaklık aldı / sıcaklık verdi
İç Enerji	İç enerjisi arttı / azaldı	İç enerji aldı / verdi

Isı-Sıcaklık-İç Enerji Bağlantıları

Bir maddeye ısı verirsen, o madde bu ısıyı iki şekilde kullanabilir:

• Kinetik enerji olarak: Sıcaklığı artar. (Örn: 20°C sudan 40°C suya)
• Potansiyel enerji olarak: Hal değiştirir. Sıcaklık sabit kalır, bağlar kopar. (Örn: 0°C buzdan 0°C suya)

Sıcaklığı Eşit Maddeler Arasında Isı Alışverişi Olur mu?

Hayır. Isı alışverişinin tek şartı sıcaklık farkıdır. İki cismin sıcaklığı eşitse, aralarında hiçbir ısı akışı gerçekleşmez. Bu yüzden sınav sorularında "sıcaklığı eşit iki cisim arasında ısı alışverişi olmaz" önermesi her zaman doğrudur.

Dikkat: Cisimler birbirine dokunmak zorunda değildir. Işıma yoluyla da ısı transferi olur (güneşten dünyaya gelen ısı gibi). Önemli olan, aralarında sıcaklık farkı bulunmasıdır.

Sıcaklığı ölçen aletin adı termometredir. TYT'de sık karşına çıkacak üç termometre türü vardır ve bunların dönüşüm formüllerini bilmek zorundasın.

Termometrelerin Sabit Noktaları

Termometre	Donma Noktası	Kaynama Noktası	Bölme Sayısı
Celsius (°C)	0	100	100
Fahrenheit (°F)	32	212	180
Kelvin (K)	273	373	100
X termometresi	A	B	(B−A)

Genel Dönüşüm Formülü

Aynı sıcaklığı gösteren farklı termometrelerin değerleri arasında şu genel formül geçerlidir:

C / 100 = (F − 32) / 180 = (K − 273) / 100 = (X − A) / (B − A)

Bu formülü ezberlemek yerine mantığını kavra: her termometrede mevcut değer ile alt sabit nokta arasındaki fark, toplam bölme sayısına bölünerek bir kesir oluşturulur. Bu kesir tüm termometrelerde aynıdır — çünkü ölçülen gerçek sıcaklık aynıdır.

Klasik Soru Örneği: Celsius ve Fahrenheit'ın Aynı Olduğu Sıcaklık

"Hangi sıcaklık değerinde Celsius ve Fahrenheit aynı sayıyı gösterir?" Eşitle: x/100 = (x−32)/180. İçler dışlar çarpımıyla 180x = 100(x−32), 180x = 100x − 3200, 80x = −3200, x = −40. Hem −40°C hem −40°F aynı gerçek sıcaklığı gösterir.

Hassas/Duyarlı Termometre Tasarımı

ÖSYM'nin sevdiği bir soru tipi: "Duyarlı bir termometre için aşağıdakilerden hangisi gerekir?" Cevap beş faktör üzerine kurulu:

Termometre Çeşitleri

• Sıvılı termometreler: Alkol veya cıva. Vücut sıcaklığı, ortam sıcaklığı gibi günlük kullanımlar. Eski usul ateş termometreleri bu türdendir.
• Metal (katı) termometreler: Yüksek sıcaklıklar için. Motor yağı sıcaklığı, fırın termostatı, bimetal termometre. Sıvıyla dayanılmayacak 500°C-600°C gibi yerlerde kullanılır.
• Gazlı termometreler: En hassas olanlardır. Çünkü madde türleri arasında en iyi genleşen gazlardır. Laboratuvar hassas ölçümlerinde kullanılır.
• Kızılötesi termometreler: Temas gerektirmeden ölçüm yapar. Güneşin sıcaklığı, uzak cisimlerin sıcaklığı veya pandemi dönemindeki alın termometreleri bu sınıftandır.

Örnek Soru Mantığı: Hangi Termometre Daha Duyarlı?

Yapıları özdeş, içindeki sıvı aynı cins olan iki termometrenin farkı sadece bölme sayısındadır. Bölme sayısı fazla olan daha hassastır. Fahrenheit (180 bölme), Celsius ve Kelvin'e (100 bölme) göre daha duyarlıdır. Bu yüzden Amerika Birleşik Devletleri'nde kullanılan Fahrenheit, küçük sıcaklık farklarını daha net gösterir.

Isı bir yerden başka bir yere üç farklı yol ile yayılır. Bu üç yolu ayırt etmek TYT'nin en klasik sorularındandır.

1) İletim (Kondüksiyon) — Katılarda

Isının atom ve moleküllerin titreşimi yoluyla yayılmasına iletim denir. Atom moleküller birbirine yakın olduğu için özellikle katılarda geçerlidir. Moleküller yerinden kıpırdamadan, sadece titreşerek enerjiyi komşusuna aktarır, komşu da kendi komşusuna aktarır.

Örnek: Metal kaşıkla sıcak çorba karıştırdığında kaşığın sapı bir süre sonra elini yakar. Metal iyi bir iletici olduğu için titreşimler hızla iletilir.

2) Konveksiyon (Taşınım) — Sıvı ve Gazlarda

Sıvı ve gazlarda ısı, moleküllerin kendisinin taşınmasıyla yayılır. Isıtılan molekül (sıcaklığı artınca hacmi büyür, yoğunluğu azalır) yukarı çıkar; soğuk molekül aşağı iner. Bu döngüye konveksiyonel taşınım denir.

Örnekler:

• Bir kapta alttan ısıtılan suda oluşan sirkülasyon.
• Yerden ısıtmalı evler: Isınan hava yukarı çıkar, soğuk hava aşağı iner; böylece oda homojen ısınır.
• Sıcak bölgelerden soğuk bölgelere esen rüzgarlar.

3) Işıma (Radyasyon) — Boşlukta Bile

Belirli bir sıcaklığın üzerindeki her madde çevresine elektromanyetik dalgalar (genelde kızılötesi) yoluyla ışıma yapar. İletim ve konveksiyondan farklı olarak ışımanın ortama ihtiyacı yoktur — boşlukta bile gerçekleşir. Hatta boşlukta daha rahat yayılır.

Örnekler:

• Güneşten dünyaya gelen ısı: Güneş ile dünya arasında hava yoktur; ısı ancak ışıma ile gelebilir.
• Sobanın önünde otururken yanaklarının ısınması.
• Kızılötesi kameralarda sıcak cisimlerin kırmızı, soğuk cisimlerin mavi görünmesi.

Yayılma Yolu	Ortam	Mekanizma
İletim	Katı (sıvı kısmen)	Atom/molekül titreşimi
Konveksiyon	Sıvı ve gaz	Molekül kendisi taşınır
Işıma	Her ortam (boşluk dahil)	Elektromanyetik dalga

Aynı Ortamda Bekleyen Maddelerin Sıcaklıkları Eşittir

Demir ısıyı hızlı iletir. Soğuk bir günde demir banka dokunduğunda demir, elinin ısısını çabucak alır; sen soğuk hissedersin. Tahta kötü iletkendir; aynı sıcaklıkta olmasına rağmen elini yavaş soğuttuğu için ılık hissedersin. Aynı mantık sıcak bir günde tersine döner: demir bank çabucak ısıyı sana aktardığı için seni yakar, tahta bank ılık kalır.

Yüzey Alanının Isı Transferine Etkisi

Isı alan veya veren bir cismin yüzey alanı büyüdükçe birim zamandaki ısı transferi de artar. Günlük hayattan örnekler:

• Soba önünde sırtını dönmek: El tutuşturmak yerine sırtını dönersen yüzey alanı büyür, daha çok ısınırsın.
• Etin doğranması: Bütün et yavaş pişer; doğranmış et hızlı pişer. Doğrama yüzey alanını artırır.
• Kelebeklerin uçmadan önce kanat açması: Güneşten daha fazla ısı soğurmak için kanatların yüzey alanını büyütür.
• Tavaların geniş yapısı: Yüzey alanı büyük olduğu için yemek daha eşit ve hızlı pişer.

Günlük Hayat Uygulamaları

Termos yapısı: Termosun içi çift duvarlı ve iki duvar arasında vakum (ya da hava) vardır. İç yüzey parlak/aynalıdır. Çift duvar arasındaki boşluk iletimi engeller; parlak yüzey ise içindeki sıcak sıvının ışıma yoluyla kaybettiği ısıyı geri yansıtır. Böylece çay saatlerce sıcak kalır.

İglolar (kutup evleri): Sıkıştırılmış kar bloklarından yapılır. Kar bloklarının arasında kalan hava molekülleri kötü ısı ileticisidir; böylece içerideki sıcaklık kaçamaz, dışarıdaki soğuk içeri sızamaz. Pencerenin olmaması da aynı nedenle — pencere bir evdeki en büyük ısı kayıp noktasıdır.

Çift cam pencereler ve delikli tuğlalar: Arasında hava olduğu için ısı yalıtımı sağlarlar. Hem iç ısının dışarı kaçmasını hem dış soğuğun içeri girmesini engellerler.

Koyu renk araçların içi açık renklerden daha sıcaktır: Koyu renkler ışımayı (güneş ışığını) daha çok soğurur, açık renkler yansıtır. Bu yüzden yaz aylarında koyu renk arabaların içi fırın gibi olur.

Öz ısı (diğer adıyla özgül ısı veya ısınma ısısı), bir maddenin 1 gramının sıcaklığını 1°C artırmak (veya azaltmak) için verilmesi/alınması gereken ısı miktarıdır. Maddeyi ayırt eden özel bir parmak izidir — her madde için farklıdır.

Suyun Öz Isısı Neden Özeldir?

Suyun öz ısısı yaklaşık 1 cal/g·°C'tir. Bu değer, doğadaki çoğu maddeden büyüktür. Örnek olarak demirin öz ısısı yaklaşık 0,11, alüminyumun 0,21 civarındadır. Yani suyun sıcaklığını 1°C artırmak, aynı kütledeki demirin sıcaklığını 1°C artırmaktan yaklaşık 9 kat daha zordur.

Temel Formül: Q = m · c · ΔT

Öz ısının tanımından türettiğimiz bu formül, hal değişimi olmayan durumlarda sıcaklık artışı için gerekli ısıyı verir:

Q = m · c · ΔT
(Isı = kütle × öz ısı × sıcaklık değişimi)

Bu formüle bazen "KÖR MACİT" diye hatırlama tekniği ile yaklaşılır: Q/mcΔT kısaltması. Ama ezberden ziyade mantığı anla — formül, öz ısı tanımının matematiksel ifadesidir.

Isı Sığası (Isı Kapasitesi) — C = m · c

Öz ısıda "1 gram maddenin" sıcaklığını 1°C değiştirmek şart vardı. Isı sığasında ise gram şartı kaldırılır: "herhangi bir kütledeki maddenin sıcaklığını 1°C değiştirmek için gerekli ısı".

Öz Isının Büyük veya Küçük Olmasının Anlamı

Formülden: ΔT = Q / (m·c). Yani öz ısısı büyük olan maddenin sıcaklığını değiştirmek zordur, öz ısısı küçük olan maddenin sıcaklığını değiştirmek kolaydır. Aynı ısıyı verdiğinde:

• Büyük c'li madde → ΔT küçük (sıcaklık az değişir).
• Küçük c'li madde → ΔT büyük (sıcaklık çok değişir).

Örnek: Kütleleri eşit K, L, M cisimlerinin öz ısıları c, 2c, 3c olsun. Hepsine aynı miktarda ısı verirsek:

• K'nın (öz ısı c, en küçük) sıcaklığı en çok artar.
• M'nin (öz ısı 3c, en büyük) sıcaklığı en az artar.
• Sıralama: T_K > T_L > T_M.

Aynı durumda hepsinden eşit ısı alırsak yine M en az soğur, K en çok soğur. Yani "öz ısısı büyük olanın sıcaklığını ne yukarı çıkartmak ne aşağı indirmek kolaydır" — M bir anlamda "sıcaklık inadı" yapar.

Soru Çözüm Mantığı: Kör Macit

"100 gramlık alüminyumun sıcaklığını 1°C artırmak için 21 kalori gerekir" cümlesi öz ısı değeridir. Formül: Q = m·c·ΔT → 21 = 100·c·1 → c = 0,21 cal/g·°C. Bu alüminyumun öz ısısıdır. Aynı deneyde 100 gram gümüş için 6 kalori gerekmiş → c_gümüş = 0,06 cal/g·°C. Kütleler ve sıcaklık değişimleri eşitse Q'daki fark, öz ısıdan kaynaklanır.

Isı İletim Katsayısı ile Öz Isı Farkı

Bu ikisi çok karıştırılır. Isı iletim katsayısı maddenin ısıyı ne kadar iyi ilettiğiyle ilgilidir (iletim yayılma yolu). Öz ısı ise maddenin sıcaklığını değiştirmenin ne kadar zor olduğuyla ilgilidir. Tavanın sapı sıcak olmuyorsa iki şey birden olabilir: (1) ısı iletim katsayısı küçüktür (sap ısıyı iletmiyor), (2) öz ısısı büyüktür (ısıyı alsa bile sıcaklığı değişmiyor). Genelde tava sapları her iki özelliği de barındıracak şekilde tasarlanır.

Sıcaklığı farklı iki madde birbirine temas ettiğinde, sıcak olandan soğuk olana ısı akışı başlar. Sıcak madde ısı verir, soğuk madde ısı alır. Sıcaklıklar eşitlenince akış durur — bu duruma ısıl (termal) denge, son sıcaklığa ise denge sıcaklığı denir.

Sıcak → Soğuk (her zaman)
T_son = T_denge

Denge Sıcaklığının Özellikleri

• Denge sıcaklığı her zaman iki sıcaklık arasında bir değerdir. Küçük olandan büyük, büyük olandan küçük.
• Denge sıcaklığının tam değeri kütlelere ve öz ısılara bağlıdır; ısı akışının yönüne değil.
• Isı alan sistemin iç enerjisi artar, ısı veren sistemin iç enerjisi azalır.

Kapalı Sistemde Isı Korunumu

Q_alınan = Q_verilen

Eğer sistem dışa yalıtılmışsa (termos gibi), soğuk maddenin aldığı ısı sıcak maddenin verdiği ısıya eşittir. Bu denklem, denge sıcaklığını bulmakta en kritik araçtır:

m₁ · c₁ · (T_denge − T₁) = m₂ · c₂ · (T₂ − T_denge)

(T₁ soğuğun ilk sıcaklığı, T₂ sıcağın ilk sıcaklığı varsayımıyla.)

Örnek Problem

50°C'de 100 gram su ile 10°C'de 100 gram su karıştırılıyor. Kap yalıtılmıştır. Denge sıcaklığı kaç olur? Su ile su olduğu için c aynı, kütle eşit. Formül: (50 + 10) / 2 = 30°C. Yani aynı cins ve eşit kütleli maddelerde denge sıcaklığı aritmetik ortalamadır.

Eğer kütleler veya öz ısılar eşit değilse, Q_al = Q_ver denklemini çözmek gerekir.

Isı Alışverişi Hızının Zamanla Azalması

İki madde arasında sıcaklık farkı azaldıkça, ısı akış hızı da azalır. Bu yüzden ısıl denge grafikleri düz doğru değil, parabolik eğrilerdir. Başlangıçta 80°C-20°C arasında yoğun bir "alışveriş" varken, 40°C-38°C'ye gelince istek azalır.

Isı Akış Yönünü Ne Etkiler, Ne Etkilemez?

Isı akışının yönü sadece sıcaklık farkına bağlıdır: sıcaktan soğuğa. Kütle, öz ısı, iç enerji — bunların hiçbiri akış yönünü etkilemez. Ama denge sıcaklığının değerini kütle ve öz ısı etkiler.

Örnek: Kütleleri eşit KLM tencerelerinde eşit kütlede ve aynı sıcaklıkta farklı sıvılar varsa ve üzerlerine eşit ısı akışı gelen özdeş ocak konursa, sıcaklık sıralaması son durumda K > L > M olsun. Formül: Q = mcΔT, Q aynı, m aynı, o halde c küçük olanın ΔT büyük olur. Yani c_K < c_L < c_M. K'nın sıcaklığı çok arttığına göre öz ısısı en küçüktür.

Cinsleri Farklı Olmalı mı?

Hayır! Isı alışverişinin tek şartı sıcaklık farkıdır. Su ile yağ da olsa, ısı ile hava da olsa aralarında sıcaklık farkı varsa akış olur. Bu yüzden "ısı alışverişi olması için iki maddenin cinsi farklı olmalıdır" önermesi yanlıştır.

Bir madde yeterli ısıyı aldığında hal değiştirebilir: katıdan sıvıya, sıvıdan gaza. Hal değişimi sırasında sıcaklık sabit kalır — alınan ısı moleküller arası bağları koparmak için kullanılır, kinetik enerjiyi artırmak için değil.

Hal Değişimlerinin İsimleri

Başlangıç	Son	Hal Değişimi Adı	Isı
Katı	Sıvı	Erime	Alır
Sıvı	Katı	Donma	Verir
Sıvı	Gaz	Buharlaşma / Kaynama	Alır
Gaz	Sıvı	Yoğunlaşma	Verir
Katı	Gaz	Süblimleşme	Alır
Gaz	Katı	Kırağılaşma (Kristallenme)	Verir

Hal Değişimi İçin Gerekli Isı: Q = m · L

Hal değişimi sırasında sıcaklık değişmediği için Q = mcΔT kullanılamaz (çünkü ΔT = 0 olurdu). Bunun yerine yeni bir formül geçerlidir:

Q = m · L
(L: hal değişimi ısısı, gizli ısı)

• L_e (erime ısısı): 1 gram katının erimesi için gereken ısı. Buz için L_e = 80 cal/g.
• L_b (buharlaşma ısısı): 1 gram sıvının buharlaşması için gereken ısı. Su için L_b = 540 cal/g.
• L birimleri: J/kg veya cal/g. Ayırt edici özelliktir.

Buz-Su-Buhar Isı Sıcaklık Grafiği

Deniz seviyesinde -20°C'deki buzu alıp ısıtmaya başladığını düşün:

1. Bölge 1 (−20 → 0°C): Buzun sıcaklığı artar. Formül: Q = m·c_buz·ΔT. Grafik eğik çıkar.
2. Bölge 2 (0°C sabit): Buz eriyor. Sıcaklık sabit. Formül: Q = m·L_erime. Grafik yatay düz.
3. Bölge 3 (0 → 100°C): Suyun sıcaklığı artar. Q = m·c_su·ΔT. Grafik eğik.
4. Bölge 4 (100°C sabit): Su kaynıyor/buharlaşıyor. Sıcaklık sabit. Q = m·L_buharlaşma. Grafik yatay.
5. Bölge 5 (100°C üzeri): Buharın sıcaklığı artar. Q = m·c_buhar·ΔT.

Grafikte yatay bölgeler hal değişimine, eğik bölgeler sıcaklık artışına karşılık gelir. Yatay bölgenin uzunluğu → m·L değerine, eğik bölgedeki sıcaklık artışı → Q / (m·c) değerine bağlıdır.

Erime ve Kaynama Sıcaklıklarını Değiştirmek

Günlük hayat uygulamaları:

• Kışın yollara tuz atmak: Tuz, suyun erime noktasını aşağıya çeker. Böylece 0°C'de henüz donmamış su, buzun altındaki tuzla temas edip erimeye devam eder.
• Araçların su soğutmalı motorlarında antifriz: Su −30°C'lere kadar donmadan kalsın diye antifriz eklenir. Aynı zamanda kaynama noktasını yukarı çekerek yaz aylarında sistemin kaynamasını da önler.
• Düdüklü tencere: Kapalı tencere içinde buhar basıncı artar, suyun kaynama noktası 100°C'den 110-120°C'lere çıkar. Yemek daha yüksek sıcaklıkta pişer, pişme süresi azalır. Kuru fasulye normal tencerede 1,5 saatte pişerken düdüklü tencerede 20 dakikada biter.
• Buz üzerinde paten kayma: Patenin ince bıçağı altında basınç artar, buzun erime noktası düşer, ince bir su filmi oluşur, paten kayar. (Buz erirken hacmi küçülen özel bir maddedir.)

30°C'de Madde Hangi Halde?

Bir maddenin erime sıcaklığı T_e ve kaynama sıcaklığı T_k verilmişse, 30°C'deki hali:

• 30 < T_e → katı
• T_e < 30 < T_k → sıvı
• 30 > T_k → gaz

Sıvıdan gaza geçiş iki farklı şekilde olabilir: buharlaşma ve kaynama. ÖSYM bu ikisini ayırmayı çok sever.

Buharlaşma

Sıvının yüzeyinde gerçekleşir. Her sıcaklıkta olabilir — hatta 5°C'de bile çamaşır kurur. Sıvının yüzeyindeki hızlı moleküller enerji kazanıp gaz haline geçer; geride kalan yavaş moleküllerin ortalama hızı azaldığı için çevre soğur.

Buharlaşmanın Günlük Uygulamaları

• Terli atletle üşüme: Ter buharlaşırken senden ısı alır, üşürsün. Bu yüzden yazın terli atletle klima önünde durmak hasta eder.
• Dükkan önlerinin sulanması: Asfalta dökülen su buharlaşırken çevreden ısı alır, ortam serinler. Sıcak yaz günlerinde geleneksel bir yöntemdir.
• Testideki suyun soğuması: Kilin gözeneklerinden sızan su buharlaşırken testideki suyu soğutur. Buzdolabı olmayan dönemlerde kullanılan bir teknikti.
• Çamaşırların rüzgarda kurutulması: Rüzgar, buharlaşan molekülleri uzaklaştırır, yeni moleküllerin buharlaşmasına alan açar.

Kaynama

Kaynama, sıvının tamamında (yüzey + iç kısım) gerçekleşen, belirli bir sıcaklıkta başlayan hal değişimidir. Kaynama şartı: sıvının iç buhar basıncı dış atmosfer basıncına eşit olmalıdır.

Kaynama şartı: İç buhar basıncı = Dış atmosfer basıncı

Bu yüzden kaynama sıcaklığı basınçla değişir. Dış basınç artarsa kaynama gerçekleşmek için daha yüksek sıcaklığa ulaşmak gerekir.

Buharlaşma vs Kaynama — Karşılaştırma

Özellik	Buharlaşma	Kaynama
Nerede?	Sadece yüzeyde	Tüm sıvıda
Sıcaklık?	Her sıcaklıkta	Belirli sıcaklıkta
Sıcaklık sabit mi?	Değişebilir	Sabit kalır
Formül?	Yazmıyoruz	Q = m·Lb
Örnek	Çamaşır kurutma	Çaydanlıkta su

Düdüklü Tencere Neden Yemeği Daha Hızlı Pişirir?

Kapalı bir kapta su ısıtıldığında buhar dışarı çıkamaz, kap içindeki buhar basıncı artar. Kaynama şartı (iç buhar basıncı = dış basınç) daha yüksek sıcaklıkta sağlanır. Su 100°C yerine 120°C'de kaynar. Yemek bu 120°C'deki suyla pişer; daha yüksek sıcaklık → kimyasal reaksiyonlar hızlı → pişme süresi kısalır.

Yüksek Dağlarda Yemek Neden Geç Pişer?

Dağın yüksek noktalarında atmosfer basıncı düşüktür. Kaynama şartı daha düşük sıcaklıkta sağlanır; su 90°C'de kaynar. 90°C'deki su ise yemeği 100°C'deki sudan daha yavaş pişirir. Bu yüzden Everest'te tavuk pişirmek zahmetlidir.

Tuzlu Su Kaynama Örneği

Suya tuz attığında kaynama noktası yükselir (~108°C). Makarna suyuna tuz atmak sadece tat için değildir — tuzlu su, tuzsuz sudan daha yüksek sıcaklıkta kaynadığı için makarna daha çabuk pişer.

Günlük hayattaki soğutucular (buzdolabı, derin dondurucu) hal değişimi prensibine dayanır. İçlerinde buharlaşan gaz ortamdan ısı çeker; sonra başka bir noktada sıkıştırılarak yoğunlaşır ve ısısını dışarıya verir. Sürekli çalışan bir "ısı pompası"dır.

Donma Süreci: Üç Aşamalı Grafik

20°C'deki suyu buzdolabına koyup -18°C'ye soğutmak üç aşamada gerçekleşir:

1. Aşama 1 (20°C → 0°C): Suyun sıcaklığı düşer. Süre T₁. Q = m·c_su·ΔT.
2. Aşama 2 (0°C sabit): Su donarak buza dönüşür. Süre T₂. Q = m·L_donma.
3. Aşama 3 (0°C → −18°C): Buzun sıcaklığı düşer. Süre T₃. Q = m·c_buz·ΔT.

Kütlenin ve Yüzey Alanının Etkisi

• Kütle artarsa: Q = mc·ΔT ve Q = mL formüllerinden hepsinin içinde m olduğu için tüm süreler artar. Yarım litre suyu 5 saatte dondurduysan, 1,5 litre suyu 15 saatte dondurursun.
• Yüzey alanı artarsa: Isı transferi hızı artar; tüm süreler azalır. Bu yüzden kıymayı dondurmadan önce ezerek yassılaştırmak yaygındır — hem donma hem çözme süresini kısaltır.

Termos İçinde Su ve Buz — Klasik ÖSYM Sorusu

Deniz seviyesinde ısıca yalıtılmış bir termosta su ve buz bulunmaktadır. Su kütlesinin zamana göre grafiği önce artıyor, sonra sabit kalıyor.

Grafikten Öz Isı ve Hal Değişimi Isısı Bulma

Katı maddenin ısı-sıcaklık grafiği verildiğinde (kütlesi biliniyor):

• Eğik bölgeden öz ısı: Q₁ ve ΔT biliniyor; c = Q₁ / (m·ΔT).
• Yatay bölgeden L: Q₂ − Q₁ bulunur; L = (Q₂ − Q₁) / m.
• Erime sıcaklığı: Yatay bölgenin sıcaklık değeri.

Kütlenin bilinmesi bu üç büyüklüğü de çıkarabilmenin şartıdır. Kütle bilinmiyorsa sadece erime sıcaklığı belirlenebilir.

Öz Isı Karşılaştırma (Grafikten)

Eşit zaman aralıklarında eşit ısı veren bir ısıtıcıyla ısıtılan katı maddenin grafiğinde, katı hâlde sıcaklık 20°C artarken sıvı hâlde 60°C artıyorsa:

• Aynı ısı (aynı süre), aynı kütle → Q = mc·ΔT'de ΔT farkı sadece c'den gelir.
• Katı ΔT'si küçük → c_katı büyük.
• Sıvı ΔT'si büyük → c_sıvı küçük.
• Sonuç: c_katı > c_sıvı.

Aynı madde için (örneğin su) genelde katının öz ısısı sıvıdan farklı olur, buharın öz ısısı da farklıdır. Yalnız aynı madde olmasına rağmen her hal için c değerleri ayrıdır.

Buharlaşma Isısı vs Erime Isısı

Genelde buharlaşma ısısı erime ısısından büyüktür. Örnek: su için L_erime = 80 cal/g, L_buharlaşma = 540 cal/g. Buharlaşma, moleküller arası bağları tamamen koparmayı gerektirdiği için daha enerji yoğundur. Sıvıdan gaza geçmek, katıdan sıvıya geçmekten çok daha "pahalı" bir iştir.

Çözüm Yöntemi — Adım Adım

Karmaşık ısı-sıcaklık problemlerinde izlenecek yol:

1. Başlangıç ve son durumları belirle (sıcaklık, hal).
2. Süreci aşamalara böl: sıcaklık değişimi aşamaları (Q = mcΔT) ve hal değişimi aşamaları (Q = mL).
3. Her aşama için Q değerini hesapla.
4. Toplam Q = tüm aşamaların toplamı.
5. Yalıtılmış sistemse Q_alınan = Q_verilen kur, bilinmeyeni bul.

Hangi formülü kullanacağını şaşırmamak için sıcaklık değişiyor mu yoksa hal mı değişiyor sorusunu sor. Sıcaklık değişiyor → Q = mcΔT. Hal değişiyor (sıcaklık sabit) → Q = mL. İkisinin karışık olduğu problemlerde aşamaları ayır, her birine doğru formülü uygula.