Isı
üç yoldan
yayılır
Kaşığın sapı ısınır, odanın havası dolaşır, Güneş'in ısısı boşluğu geçip yüzüne çarpar. Üçü de ısı ama taşınma biçimleri bambaşka. Biri maddesel ortam ister, biri istemez.
Isı, moleküller arasındaki kinetik enerjinin aktarımıyla gerçekleşir. Isı aktarımı, sıcaklık farkı olan cisimler arasında olur ve ısı iletim yönü her zaman sıcak cisimden soğuk cisme doğrudur. Isı enerjisi iletim, konveksiyon ve ışıma olmak üzere üç farklı yolla yayılır. Aşağıdan bir yol seç.
Isının iletim yolu ile transferi katı maddelerde etkilidir. Çünkü katı maddelerin tanecikleri birbirlerine daha yakındır, böylece ısı daha kolay ve hızlı bir şekilde bir tanecikten diğerine iletilir.
Isı, madde içindeki atomların çarpışmalarıyla taşınır; enerji sıcak bölgedeki atomlardan soğuk bölgedeki atomlara aktarılır. Isının, komşu atomlar veya moleküller arasındaki etkileşimler sonucunda bir atomdan diğerine aktarılması "iletim yoluyla yayılma" olarak adlandırılır.
Tencerede su ısıtıldığında ilk önce alt kısımdaki su ısınır. Isınan su, özkütlesi azaldığı için yukarı doğru yükselir. Aynı anda daha soğuk ve özkütlesi büyük olan su, ısıtılmak üzere tencerenin dibindeki sıcak suyun yerini alır.
Konveksiyon, sıcak akışkanın yükselmesi ve soğuk akışkanın alçalmasıyla oluşan bir ısı transferi sürecidir.
Işıma yoluyla ısı transferi, enerjinin ışık dalgaları şeklinde yayılmasıdır. Bu dalgalar, havada veya boşlukta hareket eder ve doğrudan temas olmadan ısı transferi sağlar.
Tüm cisimler ışıma yapar. Bu ışıma genellikle gözle görülemeyen kızılötesi ışımadır. Ancak termal kameralar gibi özel cihazlar bu ışımayı algılayabilir ve cisimlerin sıcaklık farklarını görsel olarak gösterir.
İletim ve konveksiyon ile ısı transferinde maddesel bir ortam gereklidir, ancak ışıma ile ısı transferinde maddesel bir ortam gerekmez. Güneş ile Dünya arasında boşluk olmasına rağmen ısı gelmesinin sebebi tam olarak budur.
Metal bir çubuk bir ucundan ısıtıldığında, ısı enerjisi o uçtaki tanecikleri titreştirir. Ancak bu enerji hemen diğer uca ulaşmaz; ısı, çubuk boyunca tanecikler arasında taşınarak iletilir ve bu taşıma süreci zaman alır.
Isı iletkenliği, yalnızca katılar için ayırt edici bir özelliktir.
Isıtıcı kullanarak odanın sıcaklığını artırmak, havadaki konveksiyon akımıyla gerçekleşir. Isıtıcı etrafındaki havanın sıcaklığını artırıp yoğunluğunu azaltır; sıcak hava yükselirken soğuk hava aşağı iner ve sürekli bir hava dolaşımı oluşur.
Isı iletim hızı, birim zamanda aktarılan ısı miktarını ifade eder. Katı maddelerde ısı iletim yoluyla yayılır ve iletim, maddelerin cinsine göre farklı hızlarda gerçekleşir. Bir demir çubuğun ucunu ateşe koyduğunuzda ısı hızla diğer uca yayılır; aynı şeyi plastik bir çubukla denerseniz ısı çok daha yavaş yayılır. Aşağıdaki tezgâhta dört değişkeni ayrı ayrı dene.
Isı iletim hızı, ısı iletim katsayısı (k) ile doğru orantılıdır. Isı iletim katsayısı maddenin cinsine bağlı bir özelliktir ve farklı malzemeler için farklılık gösterir. Genellikle metaller yüksek, yalıtım malzemeleri daha düşük ısı iletim katsayısına sahiptir.
Isı iletim hızı, temas edilen yüzey alanı ile doğru orantılıdır. Soğuk su dolu bir havuza parmağınızın ucuyla dokunursanız temas alanı küçük olduğundan daha az ısı transferi olur. İki ayağınızı birden temas ettirirseniz kesit alanı daha fazla olduğundan daha fazla ısı transferi olur ve daha çok üşürsünüz.
Isının iletim hızı, iletildiği noktalar arasındaki sıcaklık farkıyla doğru orantılıdır. Yani ΔT ne kadar büyükse ısı iletim hızı da o kadar büyük olur. Kışın evlerin daha çabuk soğuması da bu prensibe dayanır: dış ortam iç mekândan soğuk olduğu için içeriden dışarıya ısı akışı hızlanır.
Isı iletim hızı, maddenin kalınlığı (Δx) ile ters orantılıdır. Kış mevsimi soğuk geçen bölgelerde evlerin duvarları kalın yapılır. Kutup ayıları soğuk ortamlarda yaşadıklarından vücutlarını korumak için kalın bir deri tabakasıyla donatılmışlardır.
Yapısında çok sayıda serbest elektron bulunduran malzemeler elektriği iyi ilettiği gibi ısıyı da iyi iletirler.
Aynı uzunluk ve kalınlıktaki bakır ve demir çubuklar birleştirilip birleşme noktalarına ısı verildiğinde, bakır çubuktaki termometrelerin sıcaklık değişimlerinin demir çubuğa göre daha fazla olduğu görülür. Bunun nedeni bakırın ısıyı daha hızlı iletmesidir.
Aynı sıcaklıkta olsalar bile metal kaşığın ısı iletkenlik katsayısı tahta kaşığınkinden büyük olduğu için metal kaşık dokunulduğunda bedenimizden daha hızlı ısı alır ve bu da metal kaşığın daha soğuk algılanmasına neden olur.
Fosil yakıtların tükenme riski ve çevresel etkileri göz önünde bulundurularak, binalardaki ısı kayıplarını azaltmanın önemi giderek artmaktadır. Isı yalıtımı, bu bağlamda en etkili çözümlerden biridir. Çatı, dış cephe, pencere ve kapı gibi alanlarda uygulanabilen bu yöntem, iç mekânın sıcaklığını koruyarak enerji tüketimini azaltır. Bu sayede evlerde kullanılan doğal gaz ve elektrik miktarı önemli ölçüde düşer. Aşağıdaki evde bir önleme tıkla.
Bir evin dış duvarlarında kullanılan izolasyon malzemeleri, iç mekânda ısıyı tutmak için düşük ısı iletim katsayısına sahip olmalıdır.
Tuğlaların boşluklu yapıda olması, içlerindeki hava boşluklarının ısı iletkenlik katsayısının düşük olmasıyla ilişkilidir. Isı iletkenlik katsayısı küçüldükçe bir malzemenin ısıyı iletme kabiliyeti azalır. Bu durumda tuğlaların içindeki hava boşlukları sayesinde ısı iletkenlik katsayısı düşer ve bu da ısı iletim hızının düşmesine neden olur. Sonuç olarak binaların duvarlarında ısı akışı yavaşlar; bu durum binanın ısı yalıtımını artırır ve enerji tasarrufu sağlar.
Aynı mantık bilgisayarlarda tersine işler: işlemci soğutucuları genellikle yüksek iletkenlik katsayısına sahip bakır malzemelerden yapılır; böylece işlemcinin daha hızlı soğuması sağlanır.
Hava sıcaklığı, insan vücudunun hissettiği sıcaklıkla termometrenin ölçtüğü değer arasında farklılık gösterir. Bu hissedilen sıcaklık; iklim, giysilerin özellikleri, kişisel faktörler ve meteorolojik koşullar gibi çeşitli etmenlerden etkilenir. Sıcaklık algısı bireyden bireye değişebilir ve bu durum, sıcaklık değerinin objektif bir şekilde ele alınmasını engellemez. Özellikle sıcak havalarda hissedilen sıcaklık üzerinde etkili olan faktörler arasında aktivite seviyesi, giysi kalitesi, hava sıcaklığı, nem oranı, hava hareketi ve çevresel koşullar bulunur.
Sera etkisi, atmosferdeki bazı gazların Güneş'ten gelen ışınları geçirip, yeryüzünün uzaya yaydığı ısı ışımasını tutması ve bir kısmını yeryüzüne geri göndermesiyle yüzey sıcaklığının artmasıdır. Gelen ışık girer, giden ısı zor çıkar — bir seranın camı gibi. Bu etki özellikle su buharı ve karbondioksit gibi gazlar tarafından oluşturulur. Son yıllarda ise insan faaliyetleri sonucu sera gazlarının atmosferdeki miktarı artmıştır, bu da küresel ısınmayı hızlandırmıştır.
Küresel ısınma sadece atmosferdeki sıcaklık artışı ile sınırlı kalmaz, çeşitli doğal olayları da etkiler. Yüksek sıcaklıkların ve kuraklığın artmasıyla orman yangınları daha sık ve hızlı bir şekilde yayılır.
Yükselen sıcaklıklar ve düzensiz yağışlar, toprak erozyonunu hızlandırarak ve çölleşme sürecini tetikleyerek ekosistemleri olumsuz etkiler. Topraklar suyunu ve besin maddelerini kaybeder, tarım verimliliği azalır, doğal yaşam alanları tahrip olur ve biyoçeşitlilik azalır.
Yüksek sıcaklıkların insan sağlığı üzerinde ciddi riskleri bulunmaktadır; özellikle yaşlılar ve çocuklar daha hassas olabilir. Sıcak çarpması, sıvı kaybı, dehidrasyon gibi sorunlara yol açabilir. Bu nedenle güneşten koruyucu önlemler almak ve sık sık su tüketmek önemlidir.
Küresel ısınma aşırı hava olaylarının sıklığını ve şiddetini artırabilir: aşırı yağışlar, fırtınalar ve seller. Artan sıcaklık, atmosferdeki su buharının artmasına ve bu da aşırı yağışlara yol açabilir; sel riski artar, altyapı ve tarım arazileri zarar görür.
Kutuplardaki buzulların erimesi ve okyanus sularının ısınmasıyla deniz seviyesi yükselir. Bu durum kıyı bölgelerinde çeşitli olumsuzluklara yol açar.
Küresel ısınmanın etkilerini ele almak amacıyla yapılan toplantılar 1979'da başlamıştır. 1988'de Kanada'nın Toronto kentindeki konferansta sera gazlarının azaltılması için önlemler önerilmiştir. 1997'de Kyoto'da düzenlenen konferansta "Kyoto Protokolü" imzalanmıştır; bu protokol sera gazı emisyonlarının azaltılmasını hedeflemiştir.
Verilen olayda enerjinin hangi yolla yayıldığını seç: iletim, konveksiyon (taşıma) ya da ışıma.
Aşağıdaki örneklerin her birinde ısının hangi yolla taşındığını ayırt etmeyi dene.
Aynı sıcaklıktaki metal ve tahta kaşıktan metal olan daha soğuk hissettirir; çünkü ısı iletkenlik katsayısı büyük olduğu için bedenimizden daha hızlı ısı alır. Hissettiğin şey sıcaklık değil, ısı iletim hızıdır.
Isıtıcı kullanarak odanın sıcaklığını artırmak, havadaki konveksiyon akımıyla gerçekleşir. Sıcak hava yükselirken soğuk hava iner ve sürekli bir dolaşım oluşur. Bu yüzden odanın tavanı, zeminden daha sıcaktır.
Güneş'ten gelen ısı, dalgalar şeklinde yayılır ve ışıma yoluyla Dünya'ya ulaşır. Arada maddesel bir ortam yok — ışıma ile ısı transferinde maddesel bir ortam gerekmez. Dünya da aldığı ısıyı geri ışıma yoluyla uzaya yayarak soğur.
Dewar şişeleri, ışıma yoluyla ısı transferini en aza indirmek için özel olarak tasarlanmış termos türleridir. İç ve dış duvarları arasında vakumlu bir boşluk bulunur ve iç yüzeyi gümüşlenmiştir; böylece hem iletim hem ışıma engellenir.
Tüm cisimler ışıma yapar ve bu genellikle gözle görülemeyen kızılötesi ışımadır. Termal kameralar bu ışımayı algılayıp cisimlerin sıcaklık farklarını görsel olarak gösterir. Sobanın termal görüntüsündeki renkler bu ışımanın haritasıdır.
Güneş panelleri, ışıma yoluyla gelen enerjiyi fotovoltaik hücrelerde elektrik enerjisine dönüştürür. Güneş ocaklarında ise güneş ışınları odaklanarak yüksek sıcaklıklar elde edilir; ısı transferi yine ışıma yoluyla gerçekleşir.
Soğuk havuza parmak ucuyla dokunmak az ısı transferi yapar, iki ayağını birden sokmak çok. Isı iletim hızı, temas edilen yüzey alanı ile doğru orantılıdır — bu yüzden ikinci durumda çok daha fazla üşürsün.
Isı iletim hızı, maddenin kalınlığı ile ters orantılıdır. Kutup ayıları soğuk ortamlarda yaşadıklarından kalın bir deri tabakasıyla donatılmışlardır. Aynı sebeple soğuk bölgelerde evlerin duvarları kalın yapılır.
Bilgisayarların soğutucuları genellikle yüksek iletkenlik katsayısına sahip bakır malzemelerden yapılır; böylece işlemcinin daha hızlı soğuması sağlanır. Duvarda düşük k istersin, soğutucuda yüksek — amaç değişince malzeme de değişir.
35 sorudan oluşan bu test ile "Enerji Yayılma Yolları ve Enerji İletim Hızı" ünitesini ne kadar kavradığını gör. Her sorudan sonra anında geri bildirim alacaksın.
Isı enerjisi bu üç farklı yolla yayılır; ısı iletim yönü her zaman sıcak cisimden soğuk cisme doğrudur.
Katıların tanecikleri birbirine yakın olduğundan ısı bir tanecikten diğerine kolay iletilir. Isı iletkenliği yalnızca katılar için ayırt edicidir.
Isınan akışkanın özkütlesi azalıp yükselmesi, soğuk akışkanın alçalmasıyla oluşan ısı transferi sürecidir.
Enerji havada veya boşlukta hareket eder ve doğrudan temas olmadan ısı transferi sağlar. Tüm cisimler ışıma yapar.
İletim ve konveksiyonda maddesel bir ortam gereklidir, ışıma ile ısı transferinde gerekmez.
Isı iletim hızı; ısı iletim katsayısı, temas yüzey alanı ve sıcaklık farkı ile doğru, kalınlık ile ters orantılıdır.
Yapısında çok sayıda serbest elektron bulunduran malzemeler elektriği iyi ilettiği gibi ısıyı da iyi iletir.
Ayrıca pencere-kapı hava sızıntılarının önlenmesi ve tesisat borularının yalıtılması ısı kayıplarını azaltır.
Atmosferdeki bazı gazlar Güneş ışığını geçirir ama yeryüzünün yaydığı ısı ışımasını tutar; sıcaklık bu yüzden artar. 1997'de Kyoto Protokolü imzalanmıştır.