Isı ve Sıcaklık Arasındaki Farklar Neler?

Sıcaklık ve ısı kavramları benzer çağrışımlar yaptığı için günlük yaşamda sıkça ve yanlış şekilde birbirinin yerine kullanılır. Örneğin hava durumunu sunan bir spikerden “Hava ısısı normalin altına düşecek.” veya bir yemek programında “Patatesleri 200 derece ısıda pişirin.” gibi içinde “sıcaklık” yerine “ısı”nın kullanıldığı cümleler duyabiliriz. Dinleyenler ne söylenmek istendiğini anlasa da bu iki kavramın tanımları farklıdır.

Peki ısı yerine sıcaklık veya sıcaklık yerine ısı terimini kullandığımızda nasıl bir yanlış yapmış oluruz?

Isı ve Sıcaklık Arasındaki Fark

Sıcaklık ve ısı arasındaki farkı daha iyi anlamak için öncelikle bu iki terimin tanımlarına bakalım. Sıcaklık ve ısı atom ve moleküllerin titreşim hareketleri ile ilişkili kavramlardır. Maddeyi oluşturan atom ve moleküller hem potansiyel hem de kinetik enerjiye sahiptir ve bu enerjilerin toplamı maddenin iç enerjisi olarak tanımlanır. Sıcaklık, bir cismin bir referans değere, örneğin donmuş suya (0 ^oC) göre ne kadar sıcak (veya soğuk) olduğunu gösterir. Isı ise teknik olarak iç enerjiden farklı olarak sıcaklıkları farklı olan cisimler arasında aktarılan enerjiyi (enerji alışverişini) tanımlamak için kullanılır.

Yani sıcaklık sadece bir gösterge, ısı ise enerjidir. Başka bir deyişle sıcaklık, maddeyi oluşturan atom ve moleküllerin ne kadar şiddetli titreşim yaptığının ortalama değerini gösterirken ısı, sıcaklık farkından dolayı sıcak cisimden soğuk cisme aktarılan enerjidir. Aktarılan ısı enerjisiyle birlikte cismin iç enerjisi, buna bağlı olarak da sıcaklığı değişir. Sıcaklık ne kadar yüksekse atom ve moleküller o kadar büyük genlikle titreşir. Sıcaklığı Celsius (^oC), Fahrenheit (^oF) veya Kelvin (K) gibi birimlerle ölçerken ısıyı enerji birimleri olan joule veya kalori ile hesaplarız.

Isı (aktarılan enerji) ve iç enerji (bir maddenin sahip olduğu toplam potansiyel ve kinetik enerji) madde miktarı ile orantılı iken, sıcaklık maddeyi oluşturan atom ve moleküllerin ortalama kinetik enerjisini gösterdiğinden madde miktarından bağımsızdır.

Eğer maddeyi oluşturan moleküller hiç titreşim hareketi yapmazsa yani hareket durursa cismin sıcaklığının 0 Kelvin olduğunu (-273,15 ^oC) söyleriz. Oda sıcaklığındaki (298,15 K; 25 ^oC) bir cismin atom veya molekülleri ise belirli bir ortalama genlikle titreşim hareketi yapar. Ancak bu cismin ne kadar iç enerjiye sahip olduğunu ve ne kadar ısı aktarabileceğini söyleyebilmemiz için madde miktarını da bilmemiz gerekir.

Sıcaklıkları aynı olan cisimler farklı iç enerjiye sahip olabilirken, aynı iç enerjiye sahip olan cisimler de farklı sıcaklıklarda olabilir. Örneğin 0 ^oC sıcaklıktaki bir buz dağı, 100 ^oC  sıcaklıktaki bir bardak çaydan daha soğuk olmasına rağmen daha fazla iç enerjiye sahiptir; bunun sonucu olarak daha düşük sıcaklıktaki buz dağının daha fazla ısı aktarımı yapabileceğini söyleyebiliriz.

Sıcaklık ve ısının farkını daha iyi vurgulamak için abartılı bir örnek verelim.  Bir ton su içeren bir kazan ve bir kilogram su içeren bir demlik düşünelim. Başlangıçta sıcaklıkları aynı fakat iç enerjileri farklı olan bu iki kaptaki suyu ocağın üstünde ısıtarak çay demleyelim. Her iki kabın içindeki suyun sıcaklığı 100 ^oC olduğunda su miktarları farklı olsa da iki kaptaki su molekülleri aynı ortalama genlikle titreşir. Peki her iki kaptaki suyu 100 ^oC sıcaklığa getirmek için ikisine de aynı miktarda ısı enerjisi mi veririz? Tahmin edeceğiniz gibi cevap “hayır”dır. Demlikteki su, miktarı az olduğundan daha kısa sürede, daha az ısı enerjisi verilerek kaynama sıcaklığına getirilebilir. Kazandaki bir ton suyu kaynama noktasına getirmek içinse su miktarı fazla olduğundan, daha çok ısı enerjisi verilmesi yani daha uzun süre ocağın üstünde tutulması (ısıtılması) gerekir. Kaplardaki suların sıcaklıkları aynı olsa da sahip oldukları iç enerjileri farklıdır.

Sıcaklık ile ısı arasında bir ilişki var mıdır?

Sıcaklıkları farkı olan cisimler arasında ısı aktarımı olur. Isı, sıcak cisimden soğuk cisme doğru akar, sıcaklık ise aktarılmaz. Isı alan (ısınan) cismin sıcaklığı artarken ısı veren (soğuyan) cismin sıcaklığı azalır. Isı enerjisi, normal koşullarda sıcak cisimden soğuk cisme aktarılır. Örneğin sıcaklığı 80 ^oC olan bir cisim, sıcaklığı 10 ^oC olan bir cisimle temas ederse bu iki cismin sıcaklıkları eşit olana kadar sıcak cisimden soğuk cisme ısı akışı gerçekleşir.

Sıcaklıkları farklı cisimler temas ettirilirse, iki cismin sıcaklıkları aynı olana kadar sıcak cisimden soğuk cisme ısı akışı olur. Isı akışını tersine çevirmek (soğuk cisimden sıcak cisme doğru) için dışarıdan enerji vermek gerekir.

Isı her zaman sıcak cisimden soğuk cisme doğru mu akar?

Sıcak cisimden soğuk cisme olan akış normal bir durum iken, tersinin olabilmesi yani soğuk bir cisimden sıcak bir cisme ısı aktarılabilmesi için dışarıdan müdahale etmek gerekir. Buzdolapları ve soğuk moddayken klimalar elektrik enerjisi yardımı ile normal ısı akış yönünü tersine çevirir. Başka bir deyişle klima ısı enerjisini sıcak ortamdan soğuk ortama değil, soğuk ortamdan  sıcak ortama aktarır.

Kaynaklar:

• https://physicsabout.com/heat-and-temperature
• https://www.termolog.net/isi-ve-sicaklik-arasindaki-farklar
• https://energyeducation.ca/encyclopedia/Heat_vs_temperature