Termal Denge Nedir?
Farklı sıcaklıklardaki iki cisim ya da madde, yalıtılmış bir sistemde temas ettiğinde, ısı sıcak olandan soğuk olana doğru akar ve sonunda her ikisi de tek bir ortak sıcaklığa ulaşır. Bu ortak değere termal denge sıcaklığı denir. Bu hesaplama aracı, her maddenin kütlesini, özgül ısısını ve başlangıç sıcaklığını kullanarak bu son sıcaklığı bulur — fizik ve kimyadaki kalorimetri problemlerinin klasik bir örneğidir.
Hesaplama Aracını Nasıl Kullanırsınız?
Her iki madde için kütleyi, özgül ısı kapasitesini ve başlangıç sıcaklığını girin. Tutarlı birimler kullanın: kütleyi gram cinsinden veriyorsanız özgül ısıyı da J/g·°C cinsinden girin (su için ≈ 4,186 J/g·°C). Sonuç; denge sıcaklığının yanı sıra her maddenin ısı kapasitesini ve aldığı ya da verdiği ısı miktarını (Q) gösterir. Negatif bir Q, maddenin ısı kaybettiği (soğuduğu) anlamına gelir; pozitif bir Q ise maddenin ısı kazandığı (ısındığı) anlamına gelir.
Formülün Açıklaması
Enerjinin korunumu ilkesi gereği, sıcak maddenin verdiği ısı, soğuk maddenin aldığı ısıya eşit olmalıdır: \( m_1 c_1 (T_{son} - T_1) + m_2 c_2 (T_{son} - T_2) = 0 \). Bu denklemi \( T_{son} \) için çözdüğümüzde, iki sıcaklığın ısı kapasitesine göre ağırlıklandırılmış ortalaması elde edilir:
$$T_{son} = \frac{m_1 c_1 T_1 + m_2 c_2 T_2}{m_1 c_1 + m_2 c_2}$$
\( m \cdot c \) çarpımı ısı kapasitesidir; bu değer ne kadar büyükse, son sıcaklık o maddenin başlangıç sıcaklığına o kadar yaklaşır.
Örnek Çözüm
80 °C'deki 200 g suyu, 20 °C'deki 300 g suyla karıştıralım (her ikisi için \( c = 4{,}186 \ {\text{J/g}\cdot\text{°C}} \)). Isı kapasiteleri 837,2 ve 1255,8 J/°C olur.
$$T_{son} = \frac{837{,}2 \times 80 + 1255{,}8 \times 20}{837{,}2 + 1255{,}8} = \frac{66976 + 25116}{2093} = \frac{92092}{2093} \approx 44\ \text{°C}$$
Sıkça Sorulan Sorular
Bu hesaplama hiç ısı kaybı olmadığını mı varsayar? Evet — çevreye veya kaba ısı kaybının olmadığı, kusursuz şekilde yalıtılmış bir sistemi modeller.
Kelvin kullanabilir miyim? Evet. Formül ağırlıklı bir ortalama olduğundan, her iki sıcaklığı da aynı birimde girdiğiniz sürece son sıcaklık girdiğiniz birim cinsinden çıkar.
Maddeler birbirinden farklıysa ne olur? Her maddenin kendi özgül ısısını girmeniz yeterli — örneğin suya atılan bir metal (bakır için \( c \approx 0{,}385 \)) de aynı şekilde hesaplanır.
