IB Physics syllabus’ında Topic 3: Thermal Physics çalışırken, thermal equilibrium terimini defalarca görüyorsun, özellikle de hesaplama sorularında, açıklama sorularında ve Internal Assessment tasarlarken karşına çıkıyor. Ancak çoğu öğrenci bu kavramı sadece “sıcaklıkları eşit olma” gibi yüzeysel bir cümleyle bırakıyor ve asıl soruyu atlıyor: “Mikroskobik düzeyde, parçacıklar açısından thermal equilibrium aslında ne demektir?” Bu yazıda, hem IB diline sadık kalarak (temperature, internal energy, random motion, zeroth law of thermodynamics gibi terimleri kullanarak) hem de sade bir Türkçe ile, bu sorunun cevabını netleştireceğiz, böylece hem sınavda tanım sorularında net cümleler kurabilecek hem de deney tasarlarken neyi gözlemlendiğini daha iyi anlayacaksın.
IB müfredatına uyumlu bir özet görmek istersen, örnek olarak Marshall High School’un hazırladığı IB Topic 3 notlarına göz atabilirsin: IB Topic 3: Thermal Physics Part I.
Photo by turek
Thermal equilibrium’u gerçekten anlamak için önce üç temel fikri yerine oturtmak gerekiyor: temperature, internal energy ve maddenin parçacık modeli. IB Physics’te maddeyi, sürekli ve düzgün bir blok gibi değil, çok sayıdaki küçük particles olarak düşünürüz; bu particles sürekli random motion içindedir ve hem kinetic energy hem de potential energy taşır.
Makroskopik düzeyde “bu cisim sıcak” ya da “soğuk” dediğimizde aslında particles’ın hareketine, yani kinetic energy düzeyine bakıyoruz. Internal energy ise tek tek parçacıkların sahip olduğu toplam microscopic kinetic energy ve potential energy’nin hepsinin bir araya gelmiş halidir.
Bu çerçeve içinde thermal equilibrium, iki sistemin temperature değerlerinin eşit olduğu ve artık net heat transfer olmadığı özel bir durumdur. Ancak sınavda sana puan getirecek olan kısım, bunun parçacıklar için “same average kinetic energy” anlamına geldiğini yazabilmen ve bunu zeroth law of thermodynamics ile ilişkilendirebilmen olacak.
Günlük hayatta temperature kavramını genellikle “ne kadar sıcak ya da soğuk” gibi hissiyatla tanımlıyoruz, fakat IB Physics açısından daha net bir tanıma ihtiyaç var. Bir maddenin temperature değeri, o maddedeki particles’ın ortalama kinetic energy miktarı ile ilişkilidir; particles ne kadar hızlı hareket ediyorsa, temperature o kadar yüksek olur, yavaşladıkça temperature düşer.
Bu yüzden aynı maddenin temperature’ı arttığında, mikroskobik düzeyde olan şey, particles’ın daha hızlı titreşmesi, dönmesi ya da uzayda daha hızlı hareket etmesidir. Temperature’ı Kelvin ölçeğinde ifade etmemizin sebebi de budur, çünkü Kelvin, absolute zero noktasında particles’ın kinetic energy’sinin minimuma yaklaşmasını referans alır.
IB sınavında karşına “same temperature” ifadesi çıktığında, zihninde bunu otomatik olarak “same average kinetic energy of particles” cümlesine çevirmen çok işine yarar; hem tanım sorularında hem de explaining questions içinde bu bağlantıyı kuran öğrenci, genelde daha üst Grade Boundary bandına yaklaşır.
Internal energy kavramı, ilk bakışta soyut gelebilir, fakat parçacık modeline dönünce daha anlaşılır olur. Bir katıda, atoms sabit noktalarda titreşir; burada kinetic energy, bu titreşim hareketi ile ilgilidir, potential energy ise atoms arasındaki bağların esnekliği ve uzaklıkları ile ilgilidir. Bir gazda ise particles serbestçe hareket eder, burada kinetic energy daha baskındır, potential energy ise genelde particles arası etkileşime bağlıdır.
Internal energy, tüm bu microscopic kinetic energy ve potential energy katkılarının toplamıdır, yani tek bir sayı ile maddenin iç durumunu özetleriz. Önemli nokta şu: Bir sistemin internal energy değeri değişebilir, fakat temperature her zaman aynı hızda değişmek zorunda değildir, çünkü potential energy kısmındaki değişimler temperature’a direkt yansımayabilir.
Bu fikir, thermal equilibrium tartışmasına zemin hazırlar, çünkü thermal equilibrium durumunda temperature sabitlenirken, sistemin farklı kısımlarında potential energy düzeni yavaş yavaş değişmeye devam edebilir, fakat IB seviyesinde senin için kilit nokta, aynı temperature demenin aynı average kinetic energy demek olduğunu unutmamaktır.
Thermal equilibrium kavramını makro düzeyde şöyle söylüyoruz: “İki sistem thermal contact hâlindeyse ve aralarında net heat flow yoksa, thermal equilibrium hâlindedir ve aynı temperature değerine sahiptirler.” Bu tanım sınavda işine yarar, fakat mikroskobik resmi görmediğin sürece, kavramı her soruda esnek kullanmak zorlaşır.
Parçacık düzeyinde thermal equilibrium, temas eden iki sistemdeki particles’ın, uzun süreli ortalamada same average kinetic energy değerine sahip olması demektir; bu durumda particles hâlâ random motion içindedir, çarpışmalar devam eder, fakat enerji alışverişi iki yönlü ve dengeli hâle geldiği için “no net heat flow” deriz.
Daha derin bir teorik bakış görmek istersen, termodinamik ve istatistiksel fizik üzerine UC San Diego’nun ders notları iyi bir referanstır: Lecture Notes on Thermodynamics and Statistical Mechanics.
Sıcak su dolu bir bardağa soğuk bir metal kaşık koyduğunu düşün; makroskopik yorum çok tanıdık, kaşık ısınır, su biraz soğur, bir süre sonra ikisi de aynı temperature’a gelir. Peki bu, parçacıklar açısından ne demektir?
Suyun içindeki particles başlangıçta daha hızlı hareket eder, yani daha yüksek kinetic energy taşır; metal kaşığın içindeki particles ise daha yavaş hareket eder, kinetic energy’si daha düşüktür. İki sistem thermal contact içine girdiğinde, arayüzdeki particles sürekli çarpışmaya başlar; faster particles, çarpışmalarda bir kısmı kinetic energy’sini kaşıktaki slower particles’a transfer eder, böylece sıcak tarafta average kinetic energy azalır, soğuk tarafta artar.
Bu süreç boyunca energy transfer from hot to cold şeklinde tek yönlü bir eğilim gösterir; yani sıcak sistemden soğuk sisteme, net olarak daha fazla energy akar. Zaman geçtikçe iki tarafın da average kinetic energy değerleri birbirine yaklaşır ve sonunda eşitlenir; işte bu anda makro düzeyde “same temperature” olur ve “no net heat flow” deriz, çünkü artık enerji transferi iki yönde de var ama ortalama olarak dengelenmiş durumdadır.
Klasik “heat and work” yaklaşımı için, University of Nebraska kaynaklı şu bölüm de bakılmaya değer: Physics, Chapter 15: Heat and Work.
IB Physics’te thermal equilibrium’u mikroskobik düzeyde ifade ederken, en önemli kelime average kelimesidir. Thermal equilibrium durumunda temas eden iki sistem için “same temperature” dediğimizde, aslında “particles in both systems have the same average kinetic energy” demiş oluruz.
Bu, tek tek particles’ın hepsinin aynı hızda hareket ettiği anlamına gelmez; random motion hâlâ geçerlidir, bazı particles daha hızlı, bazıları daha yavaştır, fakat hız dağılımlarının ortalama değeri iki sistem için eşittir. Dolayısıyla exam sorularında “no net heat transfer” ifadesini gördüğünde, hemen aklına “same average kinetic energy of particles” ifadesi gelmeli ve tanım ya da açıklama bölümüne bunu eklemelisin.
Bu bakış, özellikle “explain, using the concept of random motion of particles” gibi sorularda fark yaratır, çünkü sadece “they have the same temperature” yazmak çoğu zaman tam puan için yeterli olmaz, mikroskobik bağlantıyı da kurman beklenir.
Daha teorik bir parçacık-kolektif davranış bağı için, MIT’nin istatistiksel fizik ders notunda özetlenen yaklaşım da ilginç olabilir: I. Collective Behavior, From Particles to Fields.
Thermal equilibrium konusunda öğrencilerin sık yaptığı hata, bu durumdayken enerji alışverişinin tamamen bittiğini sanmalarıdır. Oysa parçacık modeli açısından bakınca, çarpışmalar asla durmaz ve tek tek çarpışmalarda energy transfer iki sistem arasında gidip gelmeye devam eder.
Buradaki ince nokta, “no net heat flow” ifadesindeki net kelimesidir; yani belli bir zaman aralığında sıcak sistemden soğuk sisteme giden energy miktarı ile, soğuk sistemden sıcak sisteme geri dönen energy miktarı uzun vadede eşit olur. Ortalama alındığında, bir yönde daha fazla enerji akışı kalmadığı için “net heat transfer yok” deriz.
Bunu anlamak için kalabalık iki odanın arasındaki kapıyı açtığını hayal edebilirsin; başta bir odada daha çok insan vardır, kapıyı açınca insanlar iki yöne de geçer, fakat daha kalabalık odadan daha seyrek olana geçiş daha fazladır ve sayılar zamanla dengelenir. Denge sağlandığında da insanlar hâlâ iki yöne yürür, ama her iki yöndeki ortalama geçiş sayısı eşit olur; işte heat flow’u energy açısından düşündüğünde, thermal equilibrium tam olarak buna benzer.
IB dilinde zeroth law of thermodynamics kısaca şöyle ifade edilir: “If system A is in thermal equilibrium with system B, and B is in thermal equilibrium with system C, then A and C are also in thermal equilibrium.” Bunu günlük dille söylersek, A ve C, aynı üçüncü sistemle (B) aynı temperature’a sahipse, birbiriyle de aynı temperature’a sahiptir.
Termometrelerin çalışma prensibi tam olarak bu fikre dayanır; termometrenin içindeki sıvı ya da sensör, ölçtüğün sistemle thermal contact içine girer, arada heat transfer olur, particles enerji alışverişi yapar ve bir süre sonra termometre ile sistem same temperature seviyesine gelir. O anda termometrenin gösterdiği değer, ölçtüğün cismin temperature’ıdır ve artık no net heat flow olduğu için okuma sabit kalır.
Zeroth law, kısa gibi görünse de hem IB teorik kısımda hem de deneysel tasarımda, temperature kavramını anlamak için temel referanslardan biridir.
Thermal equilibrium’u mikroskobik düzeyde anladığında, IB Physics sınav soruları çok daha okunabilir hale gelir; özellikle “define”, “explain” ve “outline” komutlu sorularda nerede ne yazman gerektiğini daha net görürsün. Birçok öğrenci, sadece “same temperature” cümlesiyle yetindiği için, markscheme’de yer alan kilit kelimeleri atlar ve Grade Boundary çizgisinde gereksiz puan kaybı yaşar.
Ayrıca Internal Assessment veya Extended Essay için thermal physics temalı bir çalışma seçmeyi düşünüyorsan, thermal equilibrium fikrini iyi oturtmak, hem research question yazarken hem de data analysis bölümünde çok işine yarar; grafiklerde “temperature becomes constant” dediğin her noktada aslında “the system reaches thermal equilibrium” demiş olursun.
Daha derin termodinamik tanımlar için, Karlsruhe Institute of Technology’nin istatistiksel mekanik notlarına göz atabilirsin: Statistical Mechanics (Theory F).
“Define thermal equilibrium” gibi sorularda, IB markscheme aslında belli kelimeleri arar; cümleyi çok edebi yazman gerekmez, ama bazı terimleri mutlaka eklemen gerekir. Özellikle şunları unutmamak iyi bir alışkanlık olur:
Güçlü bir tanım yazarken hem makro seviyeyi (no net heat transfer, same temperature) hem de mikro seviyeyi (same average kinetic energy of particles, random motion) birlikte kullanmak, genelde tam puan almanı sağlar. Böylece cevap kağıdında sadece sonucu değil, mekanizmayı da anladığını göstermiş olursun ve Grade Boundary çizgisinde yukarıda kalma şansın artar.
“Equilibrium” kelimesi IB Physics’te birçok yerde geçtiği için, students bazen thermal equilibrium, mechanical equilibrium ve phase equilibrium kavramlarını karıştırır. Örneğin bir gazı düşün; gaz, bulunduğu kap içinde uniform temperature’a sahip olabilir, yani thermal equilibrium hâlindedir, particles’ın average kinetic energy değeri her yerde aynıdır.
Fakat aynı anda, gaz belki de hâlâ genişlemektedir, piston hareket etmektedir ve basınç ile dış kuvvetler dengede değildir; bu durumda sistem thermal equilibrium içindedir, ama mechanical equilibrium hâlinde değildir. Bu ayrım, özellikle ideal gas questions veya pistonlu sistemlerde gelen sorularda önem kazanır, çünkü question bazen sadece thermal equilibrium’u, bazen de hem thermal hem mechanical equilibrium’u ima eder.
Özetle, exam kağıdında “equilibrium” kelimesini gördüğünde, bağlama dikkat ederek bunun thermal mi, mechanical mi, yoksa phase equilibrium mu olduğunu ayırt etmeye çalış, fakat bu yazıda odaklandığımız kısımın thermal equilibrium olduğunu aklında tut.
Thermal equilibrium, basit ama güçlü deney tasarımlarına çok uygun bir kavramdır ve Internal Assessment ya da Extended Essay için iyi bir başlangıç noktası sunar. Örneğin, sıcak bir metal block’u daha soğuk suya bırakıp, time’e bağlı temperature değişimlerini hem metalde hem suda ölçebilir ve heat transfer’i analiz edebilirsin.
Benzer şekilde, farklı materials için cooling curves çıkararak, ne zaman “temperature becomes constant” dediğini, yani sistemin thermal equilibrium’a ulaştığı anı işaretleyebilirsin. Data analysis bölümünde “the plateau indicates thermal equilibrium between the system and the surroundings” gibi cümleler kurduğunda, mikroskobik yorumunu da yazarsan çalışman çok daha sağlam görünür.
Thermal equilibrium’u sadece “aynı sıcaklık” gibi yüzeysel bir cümleyle bırakmadığında, IB Physics’in birçok başka başlığı da daha anlamlı hale gelir; kinetic theory of gases, ideal gas law, phase change, hatta Chemistry dersindeki reaction rates ya da enthalpy değişimleri bile, hep particles’ın kinetic energy ve potential energy düzeniyle bağlantılıdır.
Mikroskobik bakış, sana formülü ezberlemek yerine, formülün arkasındaki physical picture’ı görme şansı verir; örneğin ideal gas law içindeki temperature kavramını, doğrudan particles’ın average kinetic energy’siyle ilişkilendirir, böylece pressure değişimlerini de çarpışma sıklığı ve momentum transferi üzerinden yorumlayabilirsin. Daha teorik bir bağlantı arıyorsan, bir üniversite ders notunu incelemek faydalı olabilir (daha ayrıntılı bir açıklama için bkz. Thermodynamics and Statistical Mechanics, UCSD).
Sonuçta IB Physics, sadece hesaplama değil, aynı zamanda explanation ve reasoning üzerine kurulu bir ders; thermal equilibrium’u parçacıklar üzerinden anlatabildiğinde, hem Paper 2 short-answer sorularında hem de data-based sorularda daha rahat hareket edersin.
Thermal equilibrium kavramını mikroskobik düzeyde düşündüğünde, karşında çok daha net bir tablo oluşur; temas eden iki sistem same temperature’a geldiğinde, aslında particles in both systems have the same average kinetic energy, aralarında hâlâ çarpışmalar ve energy exchange olsa bile uzun vadede no net heat flow durumu geçerlidir. Bu resim, random motion içindeki particles’ın enerji paylaşımı ile sıcaklık farkını yavaş yavaş yok ettiği bir denge hikâyesidir.
Bu bakışı cebinde taşıdığında, tanım sorularında sadece “same temperature” yazmak yerine, same average kinetic energy ve no net heat transfer ifadelerini de eklersin, açıklama sorularında çarpışmalar ve energy transfer from hot to cold cümleleriyle mekanizmayı anlatırsın, hesaplama sorularında ise sonuçların fiziksel anlamını yorumlarken daha özgüvenli olursun.
Kendine hatırlatmak için iki cümlelik mini özet yazabilirsin: Makro düzeyde thermal equilibrium, “iki sistem arasında artık net ısı akışının olmadığı durum”dur; mikro düzeyde ise “iki sistemdeki parçacıkların ortalama kinetic energy değerlerinin eşitlendiği durum”dur. Bu iki cümleyi net bir şekilde yazabildiğin sürece, IB Physics Topic 3’te thermal equilibrium senin için karmaşık bir terim olmaktan çıkar, anlaşılır ve kullanışlı bir araç haline gelir.
Yıllar önce yanmış, simsiyah bir ormanı hayal et. Ağaçlar yok olmuş, yer yer kül ve çıplak toprak görünüyor. Sonra yıllar geçiyor; önce minik otlar çıkıyor,
Gezegenin her köşesinde habitatlar küçülüyor, türler kayboluyor ve iklim krizi yaşam alanlarını hızla değiştiriyor. Böyle bir ortamda biodiversity conservation artık sadece bilim insanlarının konusu değil,
Sabah okula giderken gri, sisli bir şehrin içinde yürüdüğünü düşün; maske takan insanlar, sürekli öksüren çocuklar, artan astım spreyleri. Bunlar artık uzak haber başlıkları değil,
IB Environmental Systems and Societies içindeysen, ister öğrenci, ister öğretmen, ister veli ol, renewable resources ve non-renewable resources konusu senin için temel taşlardan biri olacak.
IB Environmental Systems and Societies öğrencisiysen, muhtemelen IA taslağına bakıp şunu düşündün: “Research Question tamam, Methodology fena değil, Results çıktı, peki Evaluation kısmında tam olarak
IB Environmental Systems and Societies öğrencisiysen, food production systems başlığının ne kadar sık karşına çıktığını muhtemelen fark etmişsindir. Hem eski syllabus içinde hem de 2026
Ek olarak kullandığın her su damlasının, yediğin her öğünün ve bindiğin her aracın gezegen üzerinde bıraktığı bir “iz” olduğunu düşün; işte ecological footprint tam olarak
İklim krizi, enerji geçişi, su kıtlığı, gıda fiyatları, hızlı şehirleşme… Bütün bu başlıklar kulağa sadece çevre bilimi konusu gibi geliyor olabilir, fakat aslında hepsinin kalbinde
“Sera etkisi ile küresel ısınma aynı şey mi?”Kısa cevap: Hayır. Greenhouse effect (sera etkisi) doğal ve yaşam için gerekli bir ısınma sürecidir, global warming (küresel
IB Environmental Systems and Societies (ESS) okuyorsan, iklim değişikliği mutlaka karşına çıkıyor ve 2026 first assessment döneminde climate change mitigation daha da merkezde duracak. Bu