İletim Yoluyla Yayılma

Bir ucuna mum sarılmış demir çubuğun diğer ucu ısıtıcı ile yukarıdaki gibi ısıtıl­maya başlıyor. Bir süre sonra demir çu­buğun diğer ucundaki mumun erimeye başladığı görülüyor.

Katilarda maddeyi oluşturan atom ve moleküller birbirine çok yakındır. Isı alan molekül ile atomların daha çok titreştiği­ni ve aldıkları ısı enerjilerini etkileştikleri diğer atom ve moleküllere ilettiğini bili­yoruz.

Demir çubukta ısıtıcıdan ısı enerjisi alan atom ve moleküller daha çok titreşerek komşu atom ve moleküllerle çarpar ve enerjilerini onlara aktarırlar. Böylece ısı enerjisi metalin bir ucundan diğerine iletilir.Katilarda olan ve ısınan moleküllerin çarpışarak komşu atom ve moleküllere ısıyı iletmesi ile gerçekleşen ısının yayıl­ması olayına iletim yoluyla yayılma denir.

Ocağın üstündeki tencere ısıyı içindeki suya, sobada kömür ve odunun verdiği ısının sobanın dışına yayılması iletim yoluyla gerçekleşir.

Yukarıdaki gibi eşit uzunluk ve kalınlık­taki tahta, demir, sert plastik ve cam çu­bukları ısıtıcının üzerine konuluyor.

Isıtıcı açılıp bir süre sonra önce demir çubuğun ucundaki mumun eridiğini göz­lemleriz. Buna göre, tüm katı maddeler ısıyı iyi iletmezler.

Isı enerjisini iyi ileten katı maddelere ısı iletkeni denir. Gümüş, bakır, alümin­yum, demir gibi metaller ısıyı iyi ileten (ısı iletkeni) katilardır. Çelik, metallerin belirli işlemlerden belirli oranlarda karış­ması ile elde edilmiş alaşım olup ısı ilet­keni olduğundan tencere tava, çaydan­lık, çelikten yapılır. Şofbenlerin içindeki borular bakırdan yapılır.

Metaller iyi bir ısı iletkenidir.Isı enerjisini iyi iletmeyen katilara ısı ya-
lıtkanı denir. Tahta, plastik, cam yünü, plastik köpük, bakalit, asbest çok iyi yalıtkandırlar.

Isı yalıtkanları, ısı yalıtım işlerinde kulla­nılır.

Not:

Sıvı gazlarda ısının iletim yoluyla ya­yılması yok denecek kadar azdır.

Isıma Yoluyla Yayılması

İlkbahar, yada sonbaharda serin günler­de dışarısı serin olmasına rağmen gü­neş ışığı alan, Türkiye’de güney cephe­deki evlerde evin içi dışarıya göre çok sıcak olur.

Özellikle Adana, Antalya gibi güney sa­hil şeridimizde su ısıtma işlemi güneş panelleri ile yapılmaktadır. Güneş pa­nelleri ülkemizde, özellikle çatıların gü­neş ışığını uzun süre alan güney cephe­lerine yerleştirilir.

Sıcak ya da serin güneşli bir günde göl­gede duran araç ile güneşte duran ara- çın kaportalarının sıcaklıkları arasında çok az sıcaklık farkı varken güneşte ka­lan aracın içi ile dışı (kaportası) arasın­da daha büyük sıcaklık farkı vardır.

Yukarıdaki sistemde ampul ışık verme­ye başladıktan bir süre sonra termomet­renin gösterdiği değer artmaya başlıyor. Buna göre, ampulden çıkan ışık enerjisi kumaşa düşünce kumaşta ısı enerjisine dönüşüyor.

Isıca yalıtılmış bir kabın içine sıcaklıkla­rı farklı iki cisim yukarıdaki gibi konulu­yor. Yeteri miktarda beklendikten sonra soğuk cismin ısındığı, sıcak cismin ise soğuduğu görülür.

Sıcak cisimden çıkan ışınlar soğuk cis­me gitmekte, soğuk cisimde ışık enerjisi ısıya dönüşmekte ve sıcaklığı artmakta. Işık enerjisi yayan sıcak cisim ise soğu­maktadır.

Yukarıdaki gibi ışık (radyasyon) yolu ile ısının aktarımına ışıma (radyasyon) yolu ile ısı aktarımı denir.

Mikrodalga fırın ve ampul çalışırken ısı enerjisi aktarımı ısıma yolu ile gerçekleşir.

Dünyanın çevresindeki en büyük ısı ve ışık kaynağı olan, bizden milyonlarca ki­lometre uzakta olan Güneş, Dünya’mızı ışıma yoluyla ısıtır. Dünya kendi ekseni çevresinde dolanırken Dünya’nın Gü­neş’ten ışık almayan kısmında gece olur.

Gece, Güneş’ten Dünya’mıza ışık ulaş­mazken Dünya’dan uzaya ışıma ile ısı yayıldığından Dünya’da gece olan kısım soğur.

Buna göre, Dünya’mızda aynı yerin ge­ce ve gündüz sıcaklıkları farklı olur.Yeryüzüne yakın olan hava tabakaları ısınan toprak, kaya, su ve taştan ısı alır.Böylece yeryüzüne yakın yerdeki hava tabakalarıyla, yeryüzüne uzak üstteki hava tabakaları arasında sıcaklık farkı oluşur.

Güneş ışınlarının geliş açısına göre Dünya’daki bazı yerler çok bazı yerler ise az ısınır. Yere yakın hava katmanla­rı yeryüzünden aldığı ısı enerjisi ile ısın­dığından çok ısınan yerdeki hava kat­manı sıcak olurken az ısınan yerdeki hava katmanı soğuk olur. Böylece farklı bölgelerdeki hava katmanları arası sı­caklık farkı oluşur.

Not:

Güneş ışınlarının eğim açısından dolayı Güneş ışınları Dünya’nın her yerine aynı miktarda ulaşmaz. Bu da atmosferde sıcaklık farkı oluşması­na neden olur.

Dünya’da atmosfer olduğundan ısıma yoluyla Dünya’dan uzaya gönderilen ışınlar atmosferde geri yansır ve dünya­ya geri döner. Atmosfer sayesinde gece ile gündüz arası sıcaklık farkı atmosferi olmayan gezegen ve uydulardaki gibi çok yüksek olmaz.

Atmosferdeki sıcaklık farklılıkları çevreyi etkileyen bazı atmosfer olaylarına ne­den olur.

Isının Tutulması ve Yansıtılması

Şekil I-a ve I—b’deki gibi eşit uzunlukta­ki biri beyaz diğeri siyah kumaşın içleri­ne termometreler sarılıp ardından am­puller açılıyor. Bir süre sonra siyah ku­maştaki termometre beyaz kumaştakine göre daha yüksek değer gösterir. El ile dokunulursa siyah kumaşın beyaz ku­maşa göre daha sıcak olduğu hissedilir.

Işık ışınlarının yutulması olayına ışığın soğurulması denir. Işık enerjisi, soğu­rulan cisimde ısı enerjisine dönüşür. Işık ışınlarının geldiği ortama geri gönderil­mesi olayına ışığın yansıması denir.

Siyah kumaş ışık ışınlarını yutarken (so­ğururken) beyaz kumaş ise çoğunu yan­sıtır. Bundan dolayı, siyah kumaşın sı­caklığı beyaz kumaşa göre daha çok ar­tar.

Koyu renkli kumaşların güneş ışığı altın­da beyaz renklilere göre daha çabuk ısınması kışın bu tür giysilerin giyilmesi­nin temel sebebleridir.

Mat yüzeyler parlak yüzeylere göre ışığı çok daha fazla soğururlar. Parlak yüzey­ler ayna görevi görerek ışınlarını ortama geri gönderirler.

Elektrikli ısıtıcılar ile (elektrikli sobaları­nın) direnç telerinin arkaları parlak yapı­lır. Bu levhalar ayna görevi görerek di­rençten yayılan ısı ve ışık ışınlarını oda içine yansıtır. Böylece odanın daha iyi ısınması sağlanır.

Kışın soba duvara yakın konulunca du­varın değilde odanın ısınması için soba ile duvar arasına parlak (yansıtıcı) yü­zeyli cisimler konulur. Böylece sobadan yayılan görünür ve görünmez ışınlar parlak yüzeyli cisimden yansıyarak oda içine geri yollanır ve oda daha iyi ısıtılır.

Termoslar yapılış amacına göre farklı bi­çimlerde tasarlanırlar. Genelde içine ko­nulan cismin ısısının korunması için ta­sarlanır.

Termos iç içe geçmiş iki tabakadan olu­şur. Sıvının içine konulduğu renksiz par­lak kısım sıvıdan ortama yayılan ışınla­rın tekrar kap içine dönüp sıvının sıcak­lığını uzun süre korumayı sağlar.

Termosun dışındaki parlak kısım aynı şekilde ortamdan gelen ışınları ortama tekrar yansıtarak kap içine ısının ulaş­masını engeller.

Koyu renkli yüzeyler ışığı açık renkliye göre daha çok soğurduğundan koyu renkli arabalar Güneş altında açık renk­li arabalara göre daha çok ısınır. Dolayı- sı ile koyu renkli arabalar açık renkli ara­balara göre güneş ışığı altında daha sı­cak olurlar.

Yangına müdahale eden ateşle ve ısı ile doğrudan ilişkide olan itfaiyeciler ısıyı yansıtan yüksek ısıya dayanıklı elbise­ler giyerler.

Petrol, lpg ve süt taşıyan tanklar güneş ışığını yansıtan gümüş rengi ile boyanır­lar. Tankın içindeki petrol ve lpg’nin sı­caklığının artarak tehlikeli durumların ortaya çıkmaması, sütün ise bozulma­ması için güneşten gelen ısının tankın yüzeyinden yansıtılması gerekir.

Binaların ayna ile kaplanmaları yalnız güzel görünmeleri için değildir. Ayna dı-§ şarıdaki güneş ışınlarınım yansıtarak içeriye girmesini içerdeki havadan ve cisimlerden yayılan ışınların ise içeri yansımasını sağlayarak ısı yalıtımı sağlar.

Güneş paneli ısıtıcılarda ise siyah renk­teki panele gelen güneş ışınları soğuru­lur. Soğurulan ışın, panelin altındaki bo- rulada dolanan suyu ısıtır. Isınan su de­poya giderken depodan panele su mo­toru (su pompası) ile soğuk su pompala­nır. Bu işlem bu şekilde devri daim ettiri­lerek suyun ısıtılması sağlanır.

Karbondioksit ve metan gibi havayı kir­leten bazı gazlar Dünya’dan uzaya yayı­lan ışınların bir kısmını yutarak atmosfe­rin ısınmasına, bir kısmını ise yeryüzü­ne geri yollayarak Dünya’nın olduğun­dan daha çok ısınmasına neden olur. Zararlı gazların atmosfer ve Dünya’nın daha çok ısınmasına neden olduğu bu olaya sera etkisi denir.

Konveksiyon (Madde akımı) Yo­luyla Yayılma

Soğuk bir çayı (demlik kısmındaki) (Şekil I – a) bardağın yarısına kadar doldurul­duktan sonra sıcak suyu bir kaşık yardı­mıyla çayın üstüne Şekil I – b ve Şekil-c’deki gibi koyalım. Kaşığı sıcak su­yun çaya karşımaması için kullanıyoruz. Bir süre bekledikten sonra çayın yavaş yavaş üste çıktığını ve su ile karıştığını görürüz (Şekil I – d).Şekil II – d Şekil II – c

Sıcak suyu Şekil II – a’daki gibi bardağa koyduktan sonra Şekil II-b ve Şekil II-c deki gibi kaşık yardımıyla soğuk çayı bardağa boşaltalım. Çayın hemen suya karıştığını görürüz (Şekil II – d).

Şekil I’deki sistemde ısı aktarımı Şekil II’dekinden daha yavaş olması ısının iletim tar­zindan kaynaklanmaktadır.

Akışkanın (sıvı ve gaz) sıcaklığı arttığında yoğunluğunun azaldığını biliyoruz. Buna göre sıcak suyun yoğunluğu so­ğuk suyun yoğunluğundan azdır.

Şekil I’de ısı aktarımı iletim yoluyla ger­çekleştiğinden çay suya yavaş yavaş karışmaktadır.

Şekil II’de soğuk çayın yoğunluğu sıcak suyun yoğunluğundan büyük olduğun­dan tabandaki yoğunluğu küçük su yu­karı yönde, üste bulunan yoğunluğu bü­yük çay aşağı yönde hareket eder. Sı­cak suyun bu hareketine konveksiyon, ısının bu yolla yayılmasına konveksi­yon ile yayılma denir.

Konveksiyon hareketi sırasında sıcak moleküllerin (hızlı titreşen moleküller) yukarı yönde hareketlenmesi ısının sıvı kütlesi ile taşınması anlamına gelir.

Sıvılar gibi akışkan olan gazlar da ısıyı konveksiyon yoluyla iletilmektedir.Yukarıda şematik olarak anlatılan gaz­larda ısı iletimi olayında kalorifer peteği­ne çarpan moleküller ısı alışverişi so­nunda ısınırlar ve yoğunlukları azalır.

Isınan bu moleküller yukarı yönde gider­ken yerlerine daha soğuk (yoğunluğu büyük) hava molekülleri gelir. Böylece odada ısı iletimi sağlanmış olur.

Şekil I — a’daki deneyden anlayacağımız gibi akışkanların (katı ve sıvı)iletim yolu ile ısı iletimleri zayıftır.

Saç kurutma makinesinde ısınan di­rençlere dokunan hava moleküleri motor ile ileri itilir. Sıcaklığı artan hava mo­leküllerininyoğunluklarıazaldığından ısı ileri ve yukarı yönde hareket ederek sa­çımıza gelir. Saç kurutma makinesinde hissedilen ısı hava içine karışan ısıdır.

Denizlerde ve okyanuslarda ılık su akın­tıları ısıyı tropikal bölgelerden daha so­ğuk kuzey iklimindeki denizlere götürür. Havadaki ılık rüzgârlar aynı ılık okyanus akıntıları gibi ısıyı sıcak tropikal bölge­lerden soğuk bölgelere yine konveksi­yon yöntemiyle taşır.

Katilarda atom ve moleküller birbirine çok yakın olup, katı cisimler belirli bir şekle sahiptir.

Sıvılarda atom ve moleküler birbirinden katiya göre daha uzaktır. Moleküller bir­ biri üzerinde hareket etmektedir. Sıvılar konuldukları kabın şeklini alırlar.

Gazlarda moleküller arası uzaklıklar bir­birinden çok uzak ve birbirinden bağım­sız hareket etmektedirler. Gazların belir­li şekli yoktur, konulduğu kabın içini ta­mamen kaplarlar.

ÖRNEK SORU

Yukarıda bilgi tabelaları verilmiştir. Bilgi­ler doğru ise D, yanlış ise Y okları takip edilerek numaralı çıkışlardan birine ula­şılıyor.

Buna göre, tabelaları takip eden Cenk hangi numaralı çıkışa ulaşır?
A) 1 B) 2. C) 3. D) 4.

ÇÖZÜM
– “Sıcaklığı yüksek olan her madde çevresine ısı aktarır.” bilgisi doğru olduğunda D oku izlenir.
– “Katı maddelerde ısı iletim yoluyla yayılır.” bilgisi doğru olduğundan D oku izlenir.
Tabelalar takip eden Cenk 1 numaralı çıkışa ulaşır.Yanıt A

ÖRNEK SORU

Sema’nın çalışma odasında kalorifer yanmakta olup odanın çeşitli noktaları­na 1, 2, 3 numaralı termometreler şekil­deki gibi yerleştirilmiştir.

Buna göre 1, 2, 3 numaralı termomet­relerin sıcaklıkları için en uygun ifade aşağıdakilerden hangisidir?
A) Üç termometrede aynı değeri gösterir.
B) 1 numaralı termometre en büyük de­ğeri gösterir.
C) 3 numaralı termometre en büyük de­ğeri gösterir.
D) 2 ve 3 numaralı termometreler aynı değeri gösterir.

ÇÖZÜM
Kalorifer peteği odanın havasını kon­veksiyon yoluyla ısıttığı için soğuk hava aşağı inerken sıcak hava yukarı çıkar. Bu durumda en sıcak hava 3. termomet­renin bulunduğu bölge, en soğuk hava 1. termometrenin bulunduğu bölgededir.Yanıt C