Sıcaklığın Ölçümü
Sıcaklık 18. yüzyılda Fahrenheit ve Celcius ölçekleriyle ölçülmeye başlandığında ısı ile arasındaki bilimsel ilişki bilinmiyordu. Çok geçmeden teorisi Sadi Carnot tarafından geliştirilen buhar makinesi, James Watt tarafından icat edildi. Kelvin ise mutlak sıfır kavramını ileri sürdü. 19. yüzyılın ikinci yarısında ısı ve sıcaklığın kinetik teorisi ve termodinamik yasaları formülleştirildi.
Söz konusu yasalar iyi bilinen kimi gözlemleri açıklıyordu: Sıcak bir fincan kahvenin kendi kendine soğuması, tuz kristalinin suda kendi kendine çözünmesi ama asla yeniden “birleşmemesi” ve hiçbir makinenin yakıt enerjisini, mekanik karşılığı olan “iş”e, yüzde yüz verimlilikle dönüştürememesi gibi.
Birinci yasa temelde, ısı ile işin denk olduğunu ve enerji korunumu ilkesinin, kapalı sistemler için geçerli olduğunu dile getirir. İkinci -ve en çok bilinen- yasa, ısının soğuk bir cisimden sıcak bir cisme kendiliğinden geçmediğini söyler veya kapalı bir sistemin içindeki enerjinin kaçınılmaz olarak en olası biçime, örneğin, düzensizliğe göre dağılacağını ifade eder.
Üçüncü yasa ise bir sistemin sıcaklığının, sonlu sayıdaki operasyonla mutlak sıfıra indirilemeyeceğini belirtir. Diğer bir deyişle: “1. Yasa: Isı işe dönüştürülebilir. 2. Yasa: Bu tamamen ancak mutlak sıfırda olur. 3. Yasa: Mutlak sıfır ile ulaşılamaz.!” Peter Atkins’in The 2nd Law’da (İkinci Yasa) yer alan “alaycı özet”i.
Sıcaklık Ve Enerji
Sıcaklık ve enerji elle tutulamayan kavramlardır. Tek bir atom ya da molekülün sıcaklığı olamaz, ama kümenin olabilir. O durumda bile sıcaklık doğrudan ölçülemez, dolaylı olarak ölçülmesi gerekir; örneğin, cıva dolu bir sütunun yüksekliğiyle. Termometre içindeki cıvanın çevresel hava “sıcaklığında” olduğunu söylediğinde asıl kast edilen şey, cıva moleküllerinin ortalama kinetik enerjisinden ne büyük ne de küçük olduğudur.
Julle ölçülen enerji ise bir madde değil, matematiksel bir soyutlamadır; “saf enerji” diye bir şeyden söz etmenin fiziksel hiçbir anlamı yoktur. Enerjinin kinetik, elektrik ve yerçekimi türleri vardır. Enerji bu anlamda ilk kez 1807’de, Thomas Young tarafından tanımlandı: “Bir cismin dikey olarak yükselebileceği yükseklik, hızının karesine denk olduğundan, cisim hızının karesine eşit olan bir yüksekliğe yükselme eğilimini koruyacaktır. Aynı görüş enerji terimiyle çok da kısa ve öz biçimde ifade edilebilir.” Dolayısıyla bir arabanın durma mesafesi, hızıyla değil, hızının karesiyle, yani kinetik enerjisiyle orantılıdır.
James Watt Kimdir?
İlk kullanışlı ve verimli buhar makinesinin mucidi, James Watt (1736-1819). Watt’ın 1769’da üretilen ilk buharlı makinesi, Thomas Newcomen’in tasarımı üzerinden geliştirilmiş, tasarıma ayrı bir buhar yoğuşturucusu eklenmişti. Bu sayede yoğuşturucu soğuk tutulurken, piston da sıcak tutulabiliyordu.
Watt ayrıca atların çalışabildikleri oranları ölçerek, motor gücü ölçümünde kullanılmak üzere beygirgücü birimini geliştirdi. Bugünkü SI sisteminde güç birimine waat denir. 1 watt, 1 saniyede 1 julluk işin yapılmasıyla ortaya çıkan güçtür, veya 1 saniyede oluşan eşit miktardaki ısı aktarımıdır. 1 beygirgücü ise 745.7 watt’a eşittir.
