Bu soruya genelde herkes hayır, tam tersine sıcaktan ölür diye cevap verir ve bazen da şaşkın şekilde sorunun ne olduğunu anlamadıklarını söylüyorlar. Çünkü sıcaklık kavramının ne olduğunu çokları anlamamaktadırlar. Böyle olmasına neden ezberciliğe dayalı eğitim sistemidir. Bazen da buna, kullanılmakta olan fizik terimlerinin doğru şekilde fiziği yansıtmaması da neden olmaktadır.Aynı ortamda bulunan, sağlam ve hasta insanların içinde, burası çok sıcak, sıcaktan yandım diyende olabilir, donuyorum çok soğuk diyende. Sıcak ve soğuk bizim anadilimizde bulunan ve canlıların duygularına bağlı olan bir kavramdır. Temperature ise istatistik fiziğin ürünü olan bir kavramdır. Bu nedenle de, bu sözün eşdeğerini (karşısını) anadilinde insan duygularını (biyolojiye bağlı) yansıtan sözü temel alarak üretmek yanlış olur. Genellikle, okur, kendisini zorlayarak, bu fizik terimin yansıttığı kavramı anlamaya çalışmaz (özellikle bizim ezbere dayanan ve bilimsel düşünceyi iyice kısıtlamış eğitim siteminde) ve anadilindeki kavrama dayanarak yorum yapar. Böylece de 35-40 0C sıcaklıklarda kendini kötü hisseden ve 1000C da her şeyin piştiğini bilen insan, milyon derecede her canlının öldüğünü, kemiklerinin de buharlaştığını, moleküllerin atomlara bölündüğünü ve atomların iyonlaşmış olduğunu düşünmesinde ne yapsın. Doğal olarak bu tür ileriye giden yorum insanın eğitim seviyesine de bağlıdır.
Bizde adeta ortaokuldaki fizik öğretiminden başlayarak Üniversite profesörüne kadar, herkesin fizikte bilmediği bir şey yoktur diye düşünülür. Her şeyi kesin şekilde biliyoruz ve sanki kesin olmayan şeylerin hiçbir bilgi fizikte yoktur. Bu kitaplara da bu şekilde yansımaktadır. Böyle bir ortamda, eğitim alan gençlerimizin de bilgileri, doğal ve yanlış olarak, mutlak gerçekler yığınağı olmaktadır. Şimdi sıcaklığın ne olduğunu tartışabilmek için bazı okul kitaplarına bakalım.
1. Mustafa Hacıoğlu, Liseler için Fizik I, İstanbul, 2003: “Sıcaklık, herhangi bir maddenin tanecik başına düşen ısı enerjisinin az mı yoksa çok mu olduğunu belirleyen bir niceliktir. Başka bir söylemle sıcaklık, maddenin ısı enerjisi bakımından fakir mi yoksa zengin mi olduğunu belirler”. ” Sıcaklık ölçülebilen bir nicelik değildir.”
2. Celalettin Kalyoncu ve Yaşar Çakmak, Fizik Lise 1, Eskişehir, 2004: “Sıcaklık bir molekülün ortalama kinetik enerjisidir. Isı da bir enerjidir ve moleküllerin kinetik enerjilerinin toplamına eşittir.” ” Isı ve sıcaklık ölçülebilir büyüklüklerdir.”
Doğal olarak bu kitaplardaki sıcaklıkla bağlı kavramları eleştireceğiz. Kesinlikle bizim eleştirimiz bu yazarların bilim seviyelerinin diğer yazarlarınkinden daha aşağı olduğunu göstermemektedir. Dershane kitapları genelde kavramları vermemekte ve onların açıklamalarını yapmamaktadırlar. Diğer yandan bu ders kitaplarını Üniversite profesörleri yazsaydılar, daha kaliteli kitaplar mı elde ederdik sorusuna, evet demede de zorluk çekiyoruz. Çünkü Türkiye de, Dünyanın çok ülkelerinde olduğu gibi, kaliteli fizik eğitim ve bilimi yok denecek kadar azdır.
Şimdi sıcaklık kavramına dönelim. Birinci kitabın yazarı maddenin herhangi bir tanecik başına düşen ısı enerjisinden, ikincisi ise bir molekülün ortalama kinetik enerjisinden bahsetmektedir. Hatırlatalım ki, normal gazın kimyasal (fiziksel değil) özelliklerini taşıyan tanecikleri molekülleridir. Gazı aşırı miktarda ısıttığımızda plazma oluşur ve onun tanecikleri proton, elektron, iyonlaşmış atomlar ve fotonlar oluşur. Metallerde tanecik olarak atomlar (iyonlanmış veya nötr) ve metallerin içinde serbest elektronlar geçer. Soğuk maddelerde ise genelde moleküller. Böylelikle maddelerin bazı halleri ve duruma bağlı olarak parçacık türleri sıcaklık kavramı dışında kalmış olurlar. Oysa ki sıcaklık kavramı cismin ( katı, sıvı, gaz) halinden bakımsız olarak her durum için geçerli olmalıdır. Ama bunun için bir şart gerekir, cismin kapsadığı bütün parçacık türleri arasında termodinamik denge olması. Önemli olan parçacıkların türü ve maddenin hali değil, önemli olan cismin termodinamik dengede olmasıdır. Böyle bir denge yoksa sıcaklık kavramı da yoktur. Isısal veya kinetik enerjiyi her zaman parçacık (hangilerin olduğunu bilmek gerekir) sayısına bölebiliriz ama sıcaklık hakkında her zaman konuşamayız. Genelde sıcaklık kavramından konuşulduğunda en önemli olan termodinamik denge şartı unutulmaktadır ve yalnız küçük sıcaklıklarda (her durumda değil) zorla geçerli olabilen sıcaklık kavramı verilmek istenmektedir.
Termodinamik dengenin oluştuğunu ve sıcaklığın düşük değerlerde olduğunu kabul edelim. (Güneşin yüzeyinde sıcaklık yaklaşık 6000 ve merkez kısmında milyon derece civarındadır.) Maddelerin hal değiştirdiğinde (erime, donma, buharlaşma ve yoğunlaşma) onun parçacık başına düşen ısısal enerji değişmektedir, ama sıcaklık kavramı değişmemektedir. Bu durumda cismin aldığı (verdiği) ısı onun bir halden diğerine geçmesi için gereklidir, sadece parçacıkların kinetik enerjilerinin değişmesine değil. Genelde sıcaklığın düşük olduğu durumlarda bile, sıcaklık yalnız ısı enerjisine bağlı olarak değişmemektedir. Sıcaklığın değişmesi basınca ve ısıtılma sürecine bağlı olarak parçacık sayısının değişimine de bağlıdır. Bunlarda yazarların sıcaklığa verdikleri kavramların yetersiz olduğunu gösterir.
Yazarların bir parçacığa düşen enerjiden kastettikleri maddelerin bir gram molekülünün düşük sıcaklıklardaki hal durumunu da hatırlatmak gerekir. Herhangi bir saf maddenin bir gram molekülünün ısı enerjisini Avagadro sayısına ( N), yani 6.02 1023 e bölsek maddenin kimyasal özelliğini taşıyan bir parçacığa düşen enerjisini bulmuş oluruz. Genelde maddelerin (katı, sıvı ve gaz) öz ısı kapasiteleri çok farklı olduğundan, onların bir grammoluna verilen aynı ısı miktarı, onların sıcaklıklarını farklı değerlere kadar değiştirir. Bunu da göz önüne alsak gene de kitaplardaki sıcaklık kavramının yetersiz olduğunu görüyoruz.
C. Kalyoncu ve Y. Çakmak ın kitaplarında: “Sıcaklık bir molekülün ortalama kinetik enerjisidir.” Bu tamamen yanlış bir ifadedir. Birincisi sıcaklık istatistik fizik kavramı olduğundan, cisimdeki (katı, sıvı veya gaz) parçacık sayısı çok fazla olmalıdır ve parçacıkların (içindeki ışımanın da) birilerinin diğerleri ile termodinamik dengede olmaları gerekir. İkincisi sıcaklık her hangi kinetik enerji ye bağlı değildir, yalnız rastgele (haotik) harekete bağlı olan kinetik enerji ile ilişkilidir. Örneğin rüzgâr ile havayı oluşturan parçacıklar belirli bir yönde büyük hız kazanmış olurlar. Bu hıza bağlı olan parçacıkların kinetik enerjileri artmış olur. Ama bu havanın ısınması, yani sıcaklığın artması değildir. Hızlandırıcılarda, elektrik yüklü parçacıklar belirli bir yörünge boyunca yaklaşık olarak ışığın boşluktaki hızına kadar (c = 300 000 km/s) hızlanırlar, ama böyle hızlanma parçacıkların sıcaklığının artması anlamına gelmez.
Mustafa Hacıoğlu: “Sıcaklık ölçülebilen bir nicelik değildir” ama C. Kalyoncu ve Y. Çakmak : “Isı ve sıcaklık ölçülebilir büyüklüklerdir” yazıyorlar. Bunlardan hangisi ve ne ölçüde doğrudur? Birinci kitapta sıcaklığın kütle çekim (evrensel çekim veya enerji çekim daha doğrudur) potansiyeli, elektrik potansiyeli ve zaman gibi ölçülemeyen nicelik olduğu belirtilir. (Burada yazar hareketsiz cisimlerin veya hareket eden cisimlere bağlı koordinat sistemlerde ki ölçümlerden söz ettiğini düşünmek gerekir, yoksa kullandığı potansiyel ve ortaokulda kullanılan mutlak zaman kavramları geçerli olmazlar.) Birincisi bu karşılaştırmalar tam doğru değiller. Sıcaklık değerinin ölçümü termometrede kullanılan maddenin türüne bağlıdır, ama sıcaklıkla karşılaştırılan diğer nicelikler koordinat sistemlerine bağlıdır. Ama önemli olan o ki, bunlar hepsi ölçülebilen niceliklerdir. Belki yazar klasik fizikte entropinin mutlak değerinin belirlenemez olduğuna benzer bir şey düşünmüş. Böyle bir düşünceden yola çıkmışsa, gene de geldiği sonuç doğru değil. Ama bu konuyu ele alması iyi bir şeydir. Keşke herkes gibi bildiklerine %100 emin olmasaydı ve okurları düşünmeye teşvik etseydi.
Ortaokul programında sıcaklığın tam olarak ne olduğunu anlatmak mümkün değildir. Bunun için istatistik fizikte incelenen bilgiler gerekir. Bu nedenle de sıcaklık kavramını anlatmak için bilgiler adım adım ve doğru bir şekilde verilerek ilerlenmesi gerekir. Keşke sıcaklık yerine temperature veya hararet sözleri kullansaydı. Bu da insanlardaki kolayına gideni kullanma alışkanlığından kaynaklanmaktadır. Ana dili ile bilim ve teknik dili karıştırılmaktadır ve derinden anlamadıkları terimlere kendi dillerinde karşılık olabilen sözler aranmaktadır.
Bir cisme ısı verildiğinde onun sıcaklığını artırabilriz. Çevreden yalıtılmış ve sabit hacimde tutulan cismin (katı, sıvı veya gaz hali değişmeden) ısı almadan önceki (T0) ve aldıktan sonraki sıcaklığı T arasındaki fark, aldığı ısı miktarı Q, cismin öz ısı tutumu Cv ve kütlesine (m) bağlı olduğunu biliyoruz.
T – T0 = Q / m Cv (1)
Bu formülden görüyoruz ki belirli bir ısı miktarı alan cismin sıcaklığının artması için kütlesinin azaltılması gerekir. Aynı zamanda yüksek sıcaklığa sahip cisimlerin, diğer bir cisme yeteri kadar ısı iletebilmesi için, kütlesi ve öz ısısı büyük olmalıdır.
Herkesin bildiği ve gözlemlediği balta veya bıçak bilenmesi esnasında sıcaklığın bin derece mertebesinde olan ve ışık saçarak adamın ellerine dökülen parçacıklar bileme işlemi yapan kişinin ellerini yakmaz. Çünkü parçacıkların kütleleri çok az olduklarından, sahip oldukları ısı miktarı çok azdır. Bu ısı, bileme işlemi yapan kişinin elini (elin kütlesi parçacıklara göre çok büyüktür) sıcaklığını pek etkilemez. Ama insan eli kaynayan suyun buharına yakın tutulursa, el yanar. Çünkü buhardaki su damlalarının kütleleri ve sayı yoğunluğu büyük olduğundan ve suyun öz ısı değeri de fazla olduğundan etki fazla olur. Böylelikle her bir su damlasının taşıdığı ısı fazla ve damlaların sayısı çok olduğundan insanın eli yanmaktadır. Bir büyük su damlası bile yanma etkisi yapabilir.
Normal de insan vücudunun sıcaklığı 36-37 0C dir. İnsan bir yandan ısı kaybederken ve diğer yandan çevreden ısı almaktadır. Aldığı ısı miktarı kayıp ettiğinden fazla olursa ısınır veya ters durumda üşümüş olur. Bu ısı alış verişindeki fark ne kadar fazla ise insanın sıcaktan yanma ve soğuktan donma duygusu o kadar keskin olur. Aynı sıcaklıkta ama kuru (nem oranı az olan) havadaki ıslanmış insan daha fazla üşüyor, çünkü su damlaları onun derisi üzerinde buharlaşır ve buharlaşma için gerekli olan ısı enerjisi insan vücudundan alınır. Rüzgârında buharlaşmayı kolaylaştırması sebebiyle kişinin üşümesi artar. Tam tersi, nem oranı çok fazla olursa buharlaşma engellenmiş olur ve insanın vücudunda oluşan ter bile buharlaşamadığı için üzerinde kalır. Sıcak havada ısı kaybı engellenir ise insan havanın çok sıcak olduğunu hisseder . Havanın aynı sıcaklığında olmasına rağmen, deniz kıyısında sıcak, ama yüksek dağlarda (hava daha seyrek ve nem oranı çok az olan yerlerde) serin olmaktadır.
Dünyanın atmosferinde, deniz seviyesinde her bir metre küpte yaklaşık 1025 molekül vardır. Galaksiler arası ortamda sıcaklık Kelvin termometresi ile milyon derecelerdedir, ama her bir metre küpte yaklaşık bir proton ve bir elektron vardır. Böyle ortamda insanın ısı kaybı için ideal şartlar vardır, ama ısı almak nerede ise yok denilecek seviyededir. Oradaki her bir parçacığın taşıdığı enerji atmosferde ki molekülünkinden yaklaşık bin defa fazladır. Ama orada insana ısı iletebilen parçacık yok derecesindedir. Orada ki sıcaklık yüz milyar derece de olsaydı insana ısı iletmek anlamında bir faydası olmazdı. Bu nedenlerle orada sıcaklığın inanılmaz kadar büyük olmasına rağmen insanın ısınması söz konusu olamaz. Onun soğuktan ve başka nedenlerden ölmesi söz konusu olmalıdır.
Kaynak : www.fizikogretmeni.com