Bir şeyi ısıtmak için gereken enerji ile ulaşacağı sıcaklık aynı bilgi değildir. İki kilogram maddeyi 10 derece ısıtmak, aynı maddeden dört kilogramı 10 derece ısıtmakla aynı enerjiye ihtiyaç duymaz. Bu hesaplayıcı, madde miktarı, özgül ısı ve sıcaklık değişimi arasındaki ilişkiyi kullanır. İsterseniz gereken enerjiyi, isterseniz verilen enerjiyle ulaşılabilecek sıcaklığı, isterseniz de bu enerjinin kaç kilogram maddeye karşılık geldiğini bulabilirsiniz.

Buradaki temel sınır şudur: Madde yalnızca ısınıyor veya soğuyor; erimiyor, donmuyor, kaynamıyor ve başka bir faza geçmiyor. Sonucu bu çerçevede okuyun. Bir su örneğinde sıcaklık artışı için bulunan enerji, aynı suyu tamamen buharlaştırmak için gereken toplam enerji değildir. Aracın başında işlem seçimi bulunmasının nedeni de farklı soruları aynı kutularla cevaplamaya çalışmamaktır.

Önce aradığınız sonucu seçin

“Gereken enerjiyi bul” seçeneğinde madde miktarını, özgül ısıyı ve sıcaklık değişimini yazarsınız. Ana sonuç joule olur; kilojoule ve kilovatsaat karşılıkları ayrıca gösterilir. Başlangıç ile son sıcaklığı biliyorsanız farkı kendiniz çıkarmak zorunda değilsiniz. İki sıcaklığı ayrı yazma seçeneğini kullanabilirsiniz.

“Son sıcaklığı bul” seçeneğinde başlangıç sıcaklığı ile maddeye verilen veya maddeden alınan enerji kullanılır. “Kaç kilogram için yeterli?” seçeneğinde ise enerji ve sıcaklık farkından miktar bulunur. Bu işlemlerin her birinde gerekli kutular açılır, kullanılmayacak bilgiler gizlenir. Böylece madde miktarını ararken aynı miktarı önceden bilmeniz istenmez.

Özgül ısıyı gündelik dille anlamak

Özgül ısı, bir kilogram maddenin sıcaklığını bir derece değiştirmek için gereken enerji miktarını anlatır. Sembolünü ezberlemeniz gerekmiyor; yalnızca kaynaktaki değeri ve birimi doğru eşleştirin. Bu araç, yazdığınız özgül ısının hesap boyunca sabit olduğunu kabul eder. Maddeye ve sıcaklık aralığına göre uygun değeri seçme işini kendiliğinden yapmaz.

Örnekte 4180 J/(kg·K) kullanılır. Bu sayıyı her sıvıya veya her sıcaklıktaki suya kesinlikle geçerli bir değer gibi taşımayın. Teknik kaynağınız 4,18 kJ/(kg·K) diyorsa aynı büyüklüğün kilojoule biçimiyle karşılaşıyorsunuz. kJ seçip 4,18 yazmak, J seçip 4180 yazmakla aynıdır. Birimi kJ yapıp 4180’i olduğu gibi bırakırsanız sonucu bin kat büyütürsünüz.

Madde miktarı kabın ağırlığı değildir

Isısını hesapladığınız maddenin miktarını kullanın. Örneğin bir kapta bulunan sıvıyı ele alıyorsanız, sıvıyla kabın toplam ağırlığını sıvının özgül ısısıyla çarpmayın. Kap farklı bir maddeden yapılmış olabilir ve onun enerji ihtiyacı ayrıca değerlendirilir. Bu sayfadaki tek madde modeli kabın katkısını otomatik eklemez.

Kilogram ve gram seçenekleri var. 500 g = 0,5 kg olduğundan iki yazım aynı sonucu vermelidir. Litre ise kütle değil hacim birimidir. Litreyi doğrudan kilogram kutusuna yazmak için önce ilgili maddenin yoğunluğu gerekir. Bu nedenle araç litreyi bütün maddeler için otomatik kilogram kabul etmez; böyle bir kolaylık görünüşte pratik olsa da yanlış bir varsayımı gizleyebilirdi.

İki kilogramı 10 derece ısıtma örneği

Madde miktarı 2 kg, özgül ısı 4180 J/(kg·K) ve sıcaklık artışı 10 derece olsun. Önce iki kilogramın bir derecelik artışını buluyoruz: 2 × 4180 = 8360 J. On derecelik artış için 8360 × 10 = 83.600 J gerekir.

Kilojoule olarak bu 83,6 kJ eder. Kilovatsaat için 3.600.000’e böleriz: 83.600 / 3.600.000 ≈ 0,023222 kWh. Üç satır üç farklı enerji ihtiyacı değildir; aynı enerjinin farklı birimlerde gösterimidir. 83.600 ile 0,023222’yi yalnız rakam olarak karşılaştırmak yanıltıcı olur. Birimler sayının parçasıdır; kWh’nin küçük sayıyla görünmesi enerjinin azaldığını göstermez.

Soğutma sonucunda eksi işareti neden var?

Aynı maddeyi 30°C’den 20°C’ye soğutursak fark 20 − 30 = −10 derece olur. Hesap −83.600 J verir. Bu eksi işaret, enerji miktarının fiziksel olarak anlamsız olduğu anlamına gelmez. Seçtiğimiz işaret düzeninde maddeye giren ısı pozitif, maddeden çıkan ısı negatiftir.

Soğutma için maddeden uzaklaştırılması gereken enerjinin büyüklüğü 83,6 kJ olur. Başlangıç ve son sıcaklık kutularının yerini değiştirmeniz, enerji yönünü de değiştirir. Soğumayı belirtmek için kütleyi veya özgül ısıyı eksi yazmayın. Bunlar başka özelliklerdir; bu modelde yönü sıcaklık değişiminin ve verilen enerjinin işareti anlatır.

Verilen enerjiyle son sıcaklığı bulalım

Bu kez 2 kg madde 20°C’de başlıyor ve 83,6 kJ enerji alıyor olsun. Özgül ısı yine 4180 J/(kg·K). Enerjiyi jouleye çeviririz: 83,6 kJ = 83.600 J. Sıcaklık artışı 83.600 / (2 × 4180) = 10 derece çıkar. Başlangıca eklediğimizde son sıcaklık 30°C olur.

Aynı başlangıçta enerjiyi −83,6 kJ yazarsanız 10 derece soğuma ve 10°C son sıcaklık bulunur. Bu ters işlem ilk enerji hesabının kontrolünü sağlar. Başlangıç değerlerinin aynı olduğundan emin olun. Ayrıca sonucun mutlak sıfırın üstünde olması, maddenin o sıcaklıkta aynı fazda kalacağını kanıtlamaz; faz sınırları bu araçta maddelere göre sorgulanmaz.

Enerji kaç kilogram maddeye karşılık geliyor?

41,8 kJ enerjiyle, özgül ısısı 4180 J/(kg·K) kabul edilen bir maddeyi 10 derece ısıtmak istediğinizi düşünün. Bir kilogram için gereken enerji 4180 × 10 = 41.800 J olduğundan 41,8 kJ tam 1 kg için hesaplanır. Enerji 83,6 kJ olsaydı sonuç 2 kg olurdu.

Bu soruda sıcaklık farkı sıfır olamaz. “Hiç ısınmadan bu enerji kaç kilogram içindir?” sorusunu yalnız bu eşitlikle çözemeyiz. Ayrıca negatif enerjiyle pozitif sıcaklık artışı istenirse işaretler çelişir. Araç eksi kütle üretmek yerine hangi bilginin düzeltilmesi gerektiğini söyler. Sıfır enerji ve sıfırdan farklı sıcaklık değişimi için bulunan sıfır kilogram, pratik bir ısıtma kapasitesi vaadi değildir.

Süre hesabı için enerji tek başına yetmez

Bir işlemin kaç dakika süreceğini öğrenmek için enerjinin hangi hızda aktarılacağını da bilmek gerekir. İsteğe bağlı süre bölümünde ortalama giriş gücü ve bu enerjinin yüzde kaçının maddeye aktarıldığı sorulur. Güç watt cinsinden yazılır: 1 kW için 1000 W kullanın.

83.600 J örneğinde ortalama giriş gücü 1000 W, aktarım oranı %80 olsun. Maddeye etkili aktarım hızı 1000 × 0,80 = 800 J/s olur. Süre 83.600 / 800 = 104,5 saniye, yani yaklaşık 1,742 dakika çıkar. Girişten kullanılan enerji ise 83.600 / 0,80 = 104.500 J, yaklaşık 0,029028 kWh olur. Maddeye ulaşan enerji ile kayıp dahil giriş enerjisi burada ayrı sonuçlardır.

Cihazın etiket gücü her zaman ortalama güç değildir

Süre seçeneği, yazdığınız ortalama gücün hesap boyunca sürdüğü varsayımıyla çalışır. Termostatla kapanıp açılan, farklı kademelerde çalışan veya çevreye değişen miktarda ısı kaybeden bir sistemde tek etiket değeri bu ortalamayı temsil etmeyebilir. Aracın dakika sonucu böyle koşulların gerçek zaman ölçümü yerine kullanılamaz.

Aktarım oranı da kullanıcı varsayımıdır. %80 örneği herhangi bir cihazın ölçülmüş verimi değildir. Bu sayfa ısı pompasının COP hesabını yapmaz; COP değerini yüzde kutusuna doğrudan yerleştirmeyin. Aynı şekilde soğutma enerjisinin büyüklüğünü bir cihazın elektrik tüketimine eşitlemek, cihazın çalışma modelini atlamış olur. Süre ve giriş enerjisi hesabı yalnız burada açıklanan basit oran modeline aittir.

Sıcaklıkla sıcaklık farkını karıştırmayın

20°C’den 30°C’ye artış 10 derecedir. Fark kutusuna 30 yazarsanız enerji üç kat çıkar; çünkü 30 derecelik artış istemiş olursunuz. Başlangıç ve son sıcaklıkları ayrı girme seçeneği bu çıkarma işlemini açık tutar. İki sıcaklık da eksi olabilir; örneğin −15°C’den −5°C’ye geçiş 10 derece ısınmadır.

Bir derecelik santigrat farkı bir kelvin farkına eşittir. Bu nedenle fark dönüştürürken 273,15 eklenmez. Fahrenheit seçilirse fark 5/9 ile çarpılarak santigrat farkına çevrilir. 18°F değişim = 10°C değişim örneği, birim seçimini kontrol etmek için kullanılabilir. Ayrı bir sıcaklığı çevirmekle iki sıcaklık arasındaki farkı çevirmek aynı işlem değildir.

Aynı son sıcaklık, aynı enerji anlamına gelmez

Bir maddeyi 10°C’den 30°C’ye çıkarmak 20 derece artış; 25°C’den 30°C’ye çıkarmak 5 derece artıştır. Madde miktarı ve özgül ısı aynıysa ilk işlem bu modelde dört kat enerji gerektirir. Yalnız son sıcaklığa bakarak iki işlemi eşit sayamazsınız.

Miktar için de benzer kontrol yapılabilir. İki kilogram yerine beş kilogram kullanırsanız, aynı sıcaklık farkında enerji 5/2 kat olur. İlk örnekteki 83,6 kJ, beş kilogram için 209 kJ olur. Bu doğrusal ilişki, yazım hatalarını fark etmeye yardımcı olur. Sonuç beklenmedik biçimde bin kat değişiyorsa gram-kilogram veya joule-kilojoule eşleşmesini tekrar inceleyin.

Model hangi işleri kapsamıyor?

Erime ve kaynama gibi süreçlerde sıcaklık değişmeden de enerji aktarılabilir. Bu nedenle yalnız m × c × sıcaklık farkı işlemiyle buz eritme, buharlaştırma veya fazlar arası toplam enerji hesabı tamamlanmaz. Karışan iki maddenin ortak sıcaklığı da bu tek madde ekranındaki sıradan bir giriş değildir; ayrı enerji dengesi gerekir.

Kap, boru, yalıtım ve çevrenin enerji katkıları; basınç koşulları; sıcaklığa göre değişen özgül ısı ve kimyasal tepkimeler de modelin dışında kalır. Sayfanın amacı bu etkileri yok sayıp kesin bir cihaz seçimi yapmak değil, belirlenen basit koşulun hesabını izlenebilir şekilde göstermektir. Gerçek bir deney veya üretim işleminde kullanılacak model ve güvenlik koşulları ayrıca değerlendirilmelidir.

Hesabı tekrar kontrol etmek için küçük bir yol

Sonuç enerjiyse onu kütle × özgül ısı değerine bölün. Bulduğunuz sayı başlangıçta yazdığınız sıcaklık farkına dönmelidir. 83.600 J örneğinde 83.600 / 8360 = 10 olur. Kilojouleyle kontrol yapacaksanız hem enerji hem özgül ısı birimlerini aynı büyüklükte kullanın; birini J, diğerini kJ bırakmayın.

Kaydınıza madde miktarını, kullanılan özgül ısıyı, sıcaklıkları veya farkı ve enerji birimini birlikte yazın. Süre hesapladıysanız ortalama gücü ve aktarım oranını da ekleyin. Başlangıç kabullerini saklamak, sonucu çok basamaklı yazmaktan daha değerlidir. Böylece başka biri hangi verinin ölçüm, hangisinin örnek kabul olduğunu görüp aynı hesabı yeniden kurabilir.

Aynı enerji her cismi aynı miktarda ısıtmaz

İki ayrı parçanın da birer kilogram olduğunu düşünelim. İlk parça için örnek özgül ısı 500 J/(kg·°C), ikinci için 1.000 J/(kg·°C) olsun. Her birine 10.000 joule enerji aktarıldığında ilk parçanın sıcaklığı 10.000 ÷ (1 × 500) = 20 derece artar. İkincinin artışı ise 10.000 ÷ (1 × 1.000) = 10 derecedir. Bunlar belirli malzeme adlarına bağlanmış katalog değerleri değil, ilişkinin nasıl çalıştığını gösteren örneklerdir.

Bu farkı anlamak için “ısı kapasitesi” ifadesini de okuyabilirsiniz. Bir cismin bu modeldeki ısı kapasitesi, kütle ile özgül ısının çarpımıdır. Özgül ısı malzemeyle, ısı kapasitesi ise seçtiğiniz parçanın miktarıyla birlikte ilgilidir. Aynı malzemeden iki kat büyük parça, aynı sıcaklık artışı için iki kat enerji ister. Birbirinden farklı iki parçayı tek bir özgül ısıyla temsil etmek, ayrıca gerekçelendirilmesi gereken bir sadeleştirmedir.

Malzeme bilgisi kesin değilse iki senaryoyu karşılaştırın

İki kilogramlık bir örneğin 10 derece ısıtılacağını, fakat kullanacağınız özgül ısının 4.000 ile 4.300 arasında değerlendirildiğini varsayalım. İlk değerle 80.000 joule, ikinciyle 86.000 joule bulunur. Aradaki 6.000 joule fark, girilen malzeme bilgisinin hesabı nasıl etkilediğini görünür kılar.

Bu aralık bir ölçüm raporu veya istatistiksel güven aralığı değildir. Yalnızca seçtiğiniz iki varsayımın sonucudur. Ürün belgesindeki sıcaklık aralığını, malzemenin bileşimini ve birimleri kontrol ederek uygun değeri belirleyin; uygulamanın örnek sayısını her madde için doğru kabul etmeyin.