Denge Sıcaklığı Nedir?

Orta okulda fen bilgisinde, lisede ise fizik dersinde ısı ve sıcaklık çok önemli bir konudur. Bu konudaki en önemli kavramlardan biri de denge sıcaklığıdır. Bu yazıda denge sıcaklığı nedir öğrenmeye çalışacağız. Konuyu anlatırken olabildiğince basit olmaya çalışacağız. Denge sıcaklığını anlayabilmek için önce konuyla ilgili ön yargılarınızı yıkmanız gerekiyor.

Bir sistem ya da ortamın ısıl dengeye ulaştığı sıcaklığa denge sıcaklığı denmektedir. Burada ısıl denge kavramını açıklamak gerekiyor. Ancak kitabı tanımı bırakıp olayın mantığını öğrenelim.

Bir çaydanlık çayı mutfakta bıraktığınızı düşünün. Çaydanlıktaki çayın sıcaklığı 90 °C ama mutfağın sıcaklığı 24 °C. Bu durumda çaydanlık ve içindeki elbette soğumaya başlayacaktır. Ancak soğuması bir yerde duracaktır. Çaydanlık ve çay 24 °C’ye geldiğinde ısıl denge sağlanır ve soğuma ve ısıma artık gözlenmez. Bu nokta denge sıcaklığıdır.

Ancak burada bir noktayı daha kaçırmamak gerekir. Bu örnekte çaydanlık ısı kaybederken mutfak da biraz ısı alacağı için denge sıcaklığı muhtemelen 24 °C’nin üzerinde olur. Yani 24,5 °C olabilir. İşte bu sıcaklık ısıl dengenin sağlandığı denge sıcaklığıdır.

Peki denge sıcaklığı neden çaydanlığın sıcaklığına değil de mutfağın sıcaklığına yakın oldu? Çünkü mutfak büyük, çaydanlık ise çok küçüktür. Biz buna ısı sığası demekteyiz. Mutfağın ısı sığası yani kapasitesi çok daha yüksektir. Ufacık çaydanlık mutfağa çok az etkide bulunabilir.

Denge Sıcaklığı Nasıl Bulunur?

Denge sıcaklığı bulma soruları 8. sınıf müfredatından sonra neredeyse her dönemde karşımıza çıkar. Bu hesabının mantığını bilirsek her zaman rahat ederiz. Hesaplama yaparken ortamın dışarında ısı almadığını varsaymamız gerekiyor. Yoksa hesaplama yapmamız mümkün değildir. O yüzden sorularda genellikle ısıca yalıtılmış bir ortam vesaire diye bilgi vermektedir.

Isıl temas halindeki iki maddenin ulaşacağı denge sıcaklığını bulmak için toplam ısının toplam ısı sığasına bölünmesi gerekir. Burada ısıl temas demek ısı alışverişi yapabilecek şekilde iki veya daha fazla maddenin etkileşim halinde olması gereklidir.

Isı sıpası m.c ile ifade edilir. Burada m kütle, c ise öz ısı dediğimiz her maddenin kendine özgü bir sabitidir. Isı ise ıs sığasının sıcaklıkla çarpılmasıyla elde edilir.

Dolayısıyla denge sıcaklığı formülü şu şekilde olacaktır: (m₁.c₁.T₁ + m₂.c₂.T₂) / (m₁.c₁ + m₂.c₂). Isıl temas eden madde sayısı ikiden fazla olursa bu onları da aynı şekilde formüle dahil edebilirsiniz.

Karışımın denge sıcaklığı bulunurken aynı formül kullanılır. Karışımı oluşturan bütün maddelerin ısılarının toplamı ısı sığalarının toplamına bölünmektedir.

Denge sıcaklığı doğal olarak ısı sığası yüksek olana yakın olacaktır. Deminki mutfak ve çaydanlık örneğinde olduğu gibi.

Denge Sıcaklığı Nelere Bağlıdır?

Denge sıcaklığı sorularını çözebilmek için denge sıcaklığının nelere bağlı olduğunu iyi anlamak gerekir. Daha da önemlisi ısı ve sıcaklık kavramlarının ne olduğuna hakim olmak gerekir. Bu nedenle sıcaklık nedir başlıklı yazımızı mutlaka okumanızı öneriyoruz.

Denge sıcaklığı aşağıdaki faktörlere bağlıdır:

• Isıl temas halindeki olan maddelerin her birinin ilk sıcaklıklarına
• Isıl temas halindeki maddelerin her birinin ısı sığalarına (ısı kapasitesi)

Sunu belirtmek gerekir ki ısı sığası dediğimiz şey kütle ve öz ısıdan oluştuğu için kütle ve öz ısı denge sıcaklığındaki en önemli faktörlerdir.

Isı transferi gerçekleştiği için denge sıcaklığı oluşur. Sıcaklık transfer edilmez. Isı transfer edilir!

Denge sıcaklığında maddelerin son sıcaklıkları eşit olur ancak ısıları eşit olmak zorunda değildir. Isı miktarı sıcaklığın ısı sığasıyla çarpılmasıyla elde edilir.