Deneyiminizden biliyorsunuz ki, bir termometre üzerindeki değer sıcaklık artar, ortam koşulları ısınır. Bu değer düştüğünde ortam koşulları soğur. Ayrıca, bu fenomeni tam olarak ölçmek için kullanılan çok sayıda ortak sıcaklık ölçeği olduğunun da farkındasınızdır.
Sıcaklıktaki değişiklikler bir şekilde bir kazanç veya kayıp gösteriyorsa, sıcaklık civarında, korelasyonu yakalamanın bir yolu var mı? Yani, sıcaklıktaki belirli bir değişiklik (örneğin, Santigrat derece veya °C cinsinden) belirli bir ısı kazancı veya kaybı ile ilişkilendirilebilir mi - "ısı"nın fizikte kesin olarak ölçülebilen bir şey olduğunu varsayarsak?
Gerçekten de, kilojul (kJ) gibi yardımcı ısı birimlerinde, ısı kazançları veya kayıpları ile sıcaklıktaki değişiklikleri ilişkilendirmek mümkündür - neyle uğraştığınızı tam anlamıyla bildiğiniz sürece.
Sıcaklık ve Ölçekleri
Sıcaklık, termometre adı verilen bir cihaz tarafından ölçülen bir miktardır. Kapalı bir kap veya oda gibi bir sistemdeki parçacıkların (atomlar ve moleküller) ortalama kinetik enerjisinden matematiksel olarak türetilir.
Kinetik enerji hareket enerjisidir. Küçük parçacıklar havada hızla ilerlerken birbirleriyle çarpışırlar ve çarpışmalar ısı yayar. Sistemdeki parçacıkların ortalama hızı ne kadar hızlı olursa, o kadar çok çarpışırlar ve o kadar fazla ısı açığa çıkar ve ölçülen sıcaklık yükselir.
SI sıcaklık birimi, Kelvin (K). Bu bir derece değildir ve bu nedenle Celsius ve Fahrenheit derecelerinde olduğu gibi ilişkili bir sembolü yoktur. Bununla birlikte, K ve °C, 1 K'lik bir artışın ve 1 °C'lik bir artışın aynı fiziksel değişimi temsil etmesi anlamında aynı büyüklüğe sahiptir. Ancak ölçekler, °C = -273,15 K olacak şekilde dengelenir ve K'nin minimum teorik değeri 0'dır.
Ek olarak, (9/5)°C + 32 = °F.
Enerji, Isı ve Birimleri
Terime aşina olduğunuza şüphe yok kalori yediğiniz yiyeceğin sisteminizin hücresel mekanizmasına ne sağladığını ölçmenin birçok yolundan biri olarak. Bazı kaynaklar kalorinin enerji birimlerine sahip olduğunu iddia eder; diğerleri ısı birimi aldığını söylüyor. Aslında, her iki iddia da doğrudur, çünkü ısı, fizikte enerji olarak bilinen "resmi" - tespit edilmesi oldukça zor olsa da - miktarın çeşitli alt türlerinden biridir.
Kalori (cal) ABD'de gıdaların sağladığı enerjiyle ilgili çoğu kamusal konuşmanın temeli olsa da, bu fizik ders kitaplarında ve dergilerinde kullanılan birim değildir. Standart uluslararası (SI) enerji ve dolayısıyla ısı birimi, joule (J).
1 kalori = 4,18 J, ancak gıda etiketlerinde gördüğünüz "kalori" aslında bir kilokalori (kcal) veya 1.000 gerçek kaloridir. Bu nedenle, beslenme etiketlemesi başına 1 "kalori" aslında 4,180 jul veya 4,18 kJ'dir.
Isı ve Sıcaklık Nasıl İlişkilidir?
Sıcaklığın ısıyla nasıl ilişkili olduğunu gördünüz. Ama ilk etapta "bir derece"nin büyüklüğü nasıl belirlendi? İnsanlar, sıcaklık ölçeğinde "donmuş" ve "kaynamış" arasındaki noktaları işaretlemek ve bu aralıklara sayılar atamak zorundaydı.
Olduğu gibi, belirli bir miktarda ısı eklerseniz (S) bir sisteme joule cinsinden veya o sistemden ısıyı uzaklaştırarak, sistemin sıcaklığının ne kadar değişeceğini belirleyebilirsiniz (∆T) Santigrat cinsinden sistemin kütlesini bildiğiniz sürece (genellikle bir su örneği) m gram cinsinden ve özgül ısı c, maddeden maddeye değişen:
Q = mc(∆T)
Su için, c = 1 cal/(g)(°C) = 4.186 J/(g)(°C).
Misal: Kütlesi 1.000 g olan 1 litrelik bir su örneğiniz varsa, numuneyi 1 °C ısıtmak için kJ cinsinden ne kadar enerji gerekir?
Q =mc(∆T) = (1.000 g)(4.186 J/g °C )(1 °C) = 4.186 = 4.186 kJ.
Bunun tek bir "kalori" gıdadaki enerji miktarı olduğunu hatırlayın. Diyelim ki 1 L şekerli sodada bu miktarın yaklaşık 400 katı var, ancak vücut "kalorileri" basit bir kavanoz sudan çok daha farklı şekilde ele alıyor.