Bir buz kalıbını güneş ışınlarının geldiği yere koyduğumuzda
eridiği, yazın elektrik tellerinin sarktığı, yeterince ısı alan suyun kaynadığı,
kışın ise bazı yerlerde suların donduğu görülür. Yani kısaca ısı bazı kimyasal ve
fiziksel olayların gerçekleşmesine neden olur. Isı ve sıcaklık kavramları birbirine
bağlı olarak değişen kavramlardır.
Sıcaklık
Bir maddenin belli bir ölçüye göre, soğukluğunu veya ılıklığını
gösteren nicelik, sıcaklık olarak bilinir.
Bir maddedeki her molekülün kinetik enerjisi farklı farklıdır.
Bütün moleküllerin kinetik enerjilerinin toplamı, toplam molekül sayısına bölünürse,
ortalama kinetik enerjisi bulunur. Bu ortalama kinetik enerji sıcaklığın bir ölçüsüdür.
Bu değerin yüksek olduğu madde daha sıcak, düşük olduğu maddenin sıcaklığı ise daha
düşük demektir.
Bir maddenin ortalama kinetik enerjisi ile orantılı olan
büyüklüğe sıcaklık denir. Bir maddenin sıcaklığı değişiyorsa, çevresine ısı veriyor
ya da çevresinden ısı alıyordur.
Isı
Sıcaklıkları farklı olan maddeler bir araya konulduğunda
aralarında enerji alış verişi olur. Alınan ya da verilen enerji ısı enerjisi denir.
- Isı ve sıcaklık ölçülebilir büyüklüklerdir.
- Isı enerji çeşididir,sıcaklık enerji değildir.
- Isı kalorimetre ile,sıcaklık ise termometre ile ölçülür.
- Isı birimi calori veya Joule'dür Sıcaklık birimi
ise sadece Derece'dir.
- Isı madde miktarına bağlıdır.Sıcaklık ise madde miktarına
bağlı değildir.
|
Sıcaklığın Ölçülmesi (Termometreler)
Sıcaklık ölçmek için kullanılan araçlara termometre denir.
Maddelerin boyutlarında meydana gelen değişim, sıcaklıktaki değişim olarak kabul
edilebilir. Termometreler bu esasa göre düzenlenmişlerdir.
Termometrelerde 76 cm-Hg basıncında sabit iki sıcaklık değeri
seçilir. Birisi suyun donma sıcaklığı diğeri ise suyun kaynama sıcaklığıdır.
Sıcaklık T ile sembolize edilir.
Celcius (Santigrad °C) termometrelerinde, suyun donma sıcaklığı
0 °C , kaynama sıcaklığı 100 °C alınarak, 100 eşit bölme yapılmıştır.
Kelvin suyun donma sıcaklığını 273 °K, kaynama sıcaklığını
ise 373 °K alarak 100 eşit bölme yapmıştır.
Herhangi bir X termometresinde ise, suyun donma sıcaklığı
– 10 °X, kaynama sıcaklığı ise 70 °X alınarak, 80 eşit bölme yapılmıştır.
Termometrelerdeki sıcaklık değerlerini birbirine dönüştürmek
için,
eşitlikleri kullanılabilir.
Buradan çıkan sonuca göre, Celcius termometresindeki sıcaklık
değeri 1 bölme yükselirse, Fahrenhait’te; 1,8 bölme, Kelvin’de 1 bölme; X termometresinde
ise; 0,8 bölme yükselir.
Örneğin hava sıcaklığı 10 °C iken, Fahrenhait termometresi
F = 18 + 32 = 50 °F değerini gösterir.
Termometrenin Duyarlılığı
Küçük sıcaklık değişimlerinden etkilenen termometrelerin
duyarlılığı daha fazladır. Bunun için termometrenin haznesinde daha fazla sıvı ve
sıcaklıkla daha çok genleşen sıvı olmalıdır. Cıvanın tercih edilmesi bundan dolayıdır.
Ayrıca kılcal boru dar olmalı ki genleşen sıvının hareketi rahat gözlenebilsin.
Yerçekim kuvvetinin sıfır olduğu bir yerde termometre çalışır.
Çünkü genleşme yerçekimine bağlı değildir.
Isı Enerjisi
Maddenin sıcaklığını artırmak için verilmesi gereken enerji
çeşidine ısı enerjisi denir. Q ile gösterilir. Isı bir enerji çeşidi olduğundan
enerji birimleri ısı birimleri olarak alınabilir. Uluslararası birim (SI) sistemine
göre enerji birimi Joule (Jul)dür.
1 cal = 4,18 Joule dür.
Sıcaklık Değişimi
Elimizle bir maddeye dokunduğumuzda sıcaklık hissediyorsak
madde elimize ısı veriyordur. Dokunduğumuzda soğukluk hissediyorsak elimiz maddeye
ısı veriyordur.
Buna göre, sıcaklıkları farklı olan iki madde karıştırıldığında
ya da birbirine değecek şekilde yan yana konulduğunda aralarında ısı alış verişi
olur. Sıcak olan madde ısı verip sıcaklığı azalırken, sıcaklığı düşük olan madde
ısı alarak sıcaklığı artar ve sonuçta ısıl denge sağlanır.
Isı akışı her zaman sıcak maddelerden soğuk maddelere doğru
olur. Sıcaklıkları eşit olan maddelerde ısı alış verişi olmaz.
Öz ısı
Yalnız sıcaklık değişimine bakılarak bir maddenin aldığı
ya da verdiği ısı miktarı bulunamaz. Çünkü sıcaklık değişimi maddenin cinsine ve
miktarına bağlıdır. Bir maddenin cinsinin ısınmaya etkisi öz ısı olarak ifade edilir.
Bir maddenin birim kütlesinin sıcaklığını 1 °C değiştirmek için gerekli ısı miktarına
öz ısı denir. c ile gösterilir.
Her saf maddenin aynı şartlardaki öz ısısı farklıdır. Dolayısıyla
öz ısı maddeler için ayırt edici bir özelliktir. Ayırt edici özellikler madde miktarına
bağlı değildir.
Bir cismin m gramının sıcaklığını DT kadar değiştirmek için
verilmesi ya da alınması gereken ısı miktarı
Q=m.c.Dt
bağıntısı ile bulunur.
Bu bağıntıya göre, eşit kütleli maddelere eşit miktar ısı
verildiğinde, öz ısısı küçük olan maddenin sıcaklık değişimi, öz ısısı büyük olanınkine
göre daha fazla olur.
Isı Sığası
Bir maddenin kütlesi ile öz ısısının çarpımına (m.c) ısı
sığası denir. Isı sığası madde miktarına bağlıdır. Dolayısıyla ayırt edici bir özellik
değildir.
Isı Alış Verişi
Isıca yalıtılmış bir ortamda bir araya konulan sıcaklıkları
farklı maddeler arasında ısı alış verişi olur. Daha öncede açıklandığı gibi yalnız
cisimler arasında ısı alış verişi var ise, alınan ısı verilen ısıya eşittir. Isı
akışı sıcak cisimden soğuk cisme doğru olur.
Qalınan = Qverilen
m1 . c1 .
DT1
= m2 . c2 .
DT2
İki madde arasında hal değişimi yok ise, yukarıdaki eşitlik
geçerlidir. Isıl denge sağlandığında iki maddenin son sıcaklığı kesinlikle eşit
olur.
Sıcaklıkları T1 °C ve T2 °C olan aynı
cins sıvıdan eşit kütleli karışım yapılırsa, karışımın son sıcaklığı
karışımın son sıcaklığı, karışan sıvıların sıcaklıkları
arasında bir değerdir. T2 > T1 ise, T2 > Tson
> T1 olur.
ERİME ve DONMA
Maddelerin içinde bulunduğu sıcaklığa göre, katı, sıvı ve
gaz halinde bulundukları biliniyor. Maddeler ısı alarak ya da ısı vererek bir halden
diğer bir hale geçiş yapabilirler. Maddelerin bir halden başka bir hale geçmesine
hal değiştirme denir.
Maddelerin katı halden sıvı hale geçmesine erime, sıvı halden
katı hale geçmesine de donma denir.
Eğer bir maddeye ısı verildiği halde sıcaklığı değişmiyorsa
madde hal değiştiriyor demektir. Madde hal değiştirirken sıcaklığı değişmez, verilen
ısı enerjisi maddenin moleküller arasındaki bağları kopararak hal değiştirmesinde
harcanır.
Hal değişim sırasında maddelerin hacminde de değişme olur.
Erime Sıcaklığı
Sabit atmosfer basıncı altında bütün katı maddelerin katı
halden sıvı hale geçtiği sabit bir sıcaklık değeri vardır. Bu sıcaklık değerine
erime sıcaklığı ya da erime sıcaklık noktası denir.
Sabit atmosfer basıncı altında her maddenin erime sıcaklığı
farklı olduğu için maddeler için ayırt edici bir özelliktir. Örneğin deniz düzeyinde
buzun erime sıcaklığı 0 °C dir.
Erime Isısı
Erime sıcaklığındaki bir katının 1 gramının yine aynı sıcaklıkta
sıvı hale gelmesi için verilmesi gerekli ısıya erime ısısı denir. Erime ısısı da
ayırt edici bir özelliktir. Kütlesi m olan, erime sıcaklığındaki bir katıyı eritmek
için verilmesi gereken ısı miktarı,
bağıntısı ile bulunur.
Örneğin, buzun erime ısısı Le = 80 cal/g dır.
Sıvı bir maddenin ısı vererek katı haline geçmesine donma
denir. Sabit atmosfer basıncı altında bütün sıvı maddelerin katı hale geçtiği sabit
bir sıcaklık değeri vardır. Bu değere donma sıcaklığı ya da donma sıcaklık noktası
denir.
Erime ile donma birbirinin tersidir. Bundan dolayı bir maddenin
erime sıcaklığı, donma sıcaklığına eşittir. Erime ısısı da donma ısısına eşittir.
Örneğin deniz düzeyinde 0 °C deki su donarken dışarı
80 cal/g lık ısı verir.
- Madde hal değiştirirken sıcaklığı değişmez.
- Bir maddenin erime sıcaklıkları ile donma sıcaklığı
eşittir.
- Erime sıcaklığı ve erime ısısı,maddenin ayırt edici
özelliklerindendir.
|
Erime ve Donmaya Etki Eden Faktörler
Erime ve donma sıcaklığı normal şartlarda sabittir. Eğer
basınç ve maddenin saflığı değiştirilirse, maddelerin erime ve donma sıcaklığıda
değişir.
1. Basıncın Erime ve Donmaya Etkisi
Basınç, birim yüzeye etkiyen dik kuvvet olduğundan, maddenin
moleküllerini bir arada tutarak dağılmasını önleme yönünde etki eder.
Erirken hacmi artan maddeler için, basıncın artması erimeyi
zorlaştırdığı için erime noktası yükselir. Basıncın azalması ise, erime noktasını
düşürür.
Buz erirken hacmi küçülür. Dolayısıyla basıncın artması,
hacmin küçülmesine yardımcı olduğu için erime sıcaklığı azalır. Buz için yani erirken
hacmi küçülen maddeler için basıncın azalması erime sıcaklığını yükseltir.
Deniz düzeyinde, normal basınçta 0 °C de eriyen buz, basınç artırılmasıyla sıfırın
altındaki bir sıcaklıkta da eriyebilir.
Yüksek dağların zirvesindeki karların yaz mevsiminde de
erimemesinin nedenlerinden birisi de açık hava basıncının yükseklere çıkıldıkça
azalması ve karın erime noktasının yükselmesidir.
2. Safsızlığın Erime ve Donmaya Etkisi
Saf bir maddenin içine başka bir madde karıştırılırsa, maddenin
saflığı bozulur. Saf olmayan bu karışımın, saf maddeye göre erime ve donma sıcaklığı
değişir.
Arabaların soğutucu suyunun içine antifriz denen maddenin
karıştırılması suyun donma noktasını
– 20 °C, – 25 °C gibi sıcaklıklara indirmektedir.
Kışın hava sıcaklığının 0 °C nin altında olduğu durumlarda,
yollardaki buzu eritmek için, tuz dökülür. Tuz, buzun erime noktasını düşürür ve
(–) değerli sıcaklıklarda da buz eriyebilir.
KAYNAMA, BUHARLAŞMA ve SÜBLİMLEŞME
Buharlaşma
Sıvı bir maddenin ısı olarak gaz haline geçmesi olayına
buharlaşma denir. Buharlaşma olayı sıvı yüzeyinde olur. Isı alan sıvı moleküllerinden
bazıları sıvı yüzeyinde,moleküller arası çekim kuvvetini ve sıvının yüzey gerilimini
yenerek gaz fazına geçer.
Buharlaşmaya basınç ve diğer fiziksel şartların etkisi çoktur.
- · Buharlaşma her sıcaklıkta olabilir.
- · Maddeler dışarıdan ısı alarak buharlaşırlar. Dolayısıyla
buharlaşmanın olduğu yerde serinleme olur.
- · Sıcaklığın artması buharlaşmayı hızlandırır.
- · Açık hava basıncının azalması buharlaşmayı artırır.
- · Sıvının açık yüzey alanı arttıkça buharlaşma daha fazla
olur.
- · Rüzgarlı havada buharlaşma fazla olduğundan çamaşırlar
daha çabuk kurur.
Kaynama
Bir kapta bulunan sıvı ısıtılırsa sıcaklığı yükselir ve
buharlaşma artar. Sıvının sıcaklığının yükselmesiyle meydana gelen buhar basıncı,
sıvının yüzeyine etki eden basınca eşit olduğu an, sıvı kaynamaya başlar. Kaynama
sırasında sıvının sıcaklığı değişmez.
Kaynama Sıcaklığı
Sabit atmosfer basıncı altında bütün sıvı maddelerin, sıvı
halden gaz hale geçtiği sabit bir sıcaklık değeri vardır. Bu sıcaklık değerine kaynama
noktası denir. Kaynama sıcaklığı maddeler için ayırt edici bir özelliktir.
Buharlaşma Isısı
Kaynama noktasına gelmiş 1 gram sıvı maddenin tamamının
aynı sıcaklıkta gaz haline gelmesi için verilmesi gereken ısıya buharlaşma ısısı
denir. Buharlaşma ısısı Lb ile gösterilir. Kaynama sıcaklığındaki m gramlık maddeyi
gaz haline getirmek için verilmesi gereken ısı miktarı
Q=m.Lb
bağıntısı ile bulunur. Suyun buharlaşma ısısı
Lb = 540 cal/g dır. Buharlaşma ısısı maddeler
için ayırt edici bir özelliktir.
Gaz halindeki bir maddenin ısı vererek sıvı hale geçmesine
yoğunlaşma denir. Erime ve donmada olduğu gibi, yoğunlaşma da, kaynamanın tersidir.
Dolayısıyla bir maddenin kaynama sıcaklığı ile yoğunlaşma sıcaklığı eşittir. Buharlaşma
ısısı ile yoğunlaşma ısısı da eşittir.
- Kaynama ve yoğunlaşma anında maddenin sıcaklığı değişmez.
- Bir maddenin kaynama sıcaklığı ile yoğunlaşma ısısı
eşittir
- Bir maddenin buharlaşma ısısı ile yoğunlaşma ısısı
eşittir.
- Kaynama sıcaklığı ile buharlaşma ısıs ayırt edici
özelliklerdendir.
|
Süblimleşme
Bazı katı maddeler ısıtılınca sıvı hâle geçmeden doğrudan
gaz hâle geçerler. Bu olaya süblimleşme denir. Naftalin, ernet ve bazı koku yayan
maddelerin zamanla azaldığı görülür. Fakat hiç sıvılaştığı görülmez. Bu tür maddelerde
süblimleşme olur.
Kaynama ve Yoğunlaşmaya Etki Eden Faktörler
Yine erime ve donmada olduğu gibi, kaynama ve yoğunlaşmaya
etki eden faktörler vardır. Basınç ve maddenin saflığının değiştirilmesi, kaynama
sıcaklığını etkiler.
· Kaynama olayının gerçekleşmesi için, buhar basıncının
atmosfer basıncına eşit olması gerekir. Atmosfer basıncı artarsa, ağzı açık kaptaki
sıvının kaynaması zorlaşır. Atmosfer basıncının azalması ise kaynamayı kolaylaştırır.
Dolayısıyla sıvı daha düşük sıcaklıkta kaynar.
Deniz düzeyinde 100 °C de kaynayan saf su, Ankara’da 96
°C de, Erzurum’da ise 94 °C de kaynar.
Düdüklü tencerede basıncın artmasıyla sıvının kaynama sıcaklığı
artırılır, dolayısıyla yemekler daha çabuk pişer.
· Saf sıvı içine karıştırılan farklı maddeler sıvının saflığını
bozar. Saflığı bozulan sıvının kaynama noktası değişir. Örneğin suyun içine tuz
karıştırılırsa, kaynama noktası yükselir.
Suyun Hal Değişim Grafiği
Bir parça buz ısıtıldığında önce sıcaklığı artar. Erime
sıcaklığına geldiğinde hal değiştirmeye başlar ve buzun tamamı eriyinceye kadar
sıcaklığı değişmez. Isı enerjisi verilmeye devam edildiğinde, suyun sıcaklığı artar
ve 100 °C de kaynamaya başlar. Sıvının tamamı bitinceye kadar sıcaklık değişmez.
Bu açıklamaya göre buzun sıcaklık-aldığı ısı enerjisi grafiği şekildeki gibi olur.
Buzun erime ısısı Le = 80 cal/g, buharlaşma ısısı
Lb = 540 cal/g dır. Dolayısıyla 0 °C deki 1 gram
buzu eritmek için 80 calorilik ısı gerekirken, 100 °C deki 1 gram suyu gaz haline
geçirmek için 540 calori gerekir. Bundan dolayı DQ1
< DQ2
dir.
Madde ısı hızı sabit olan ocakla ısıtılıyorsa, ısı ekseni
yerine zaman ekseni alınabilir.
GENLEŞME
Isı alan cisimlerin moleküllerinin hareketi artar. Bu da
moleküller arası uzaklığın artmasına neden olur. Bunun sonucunda da cismin hacmi
artar yani genleşir.
Isıtılan cisimlerin hacminde meydana gelen artışa genleşme,
azalmaya ise büzülme denir.
Genleşme ve büzülmelerin sonucunda elektrik tellerinin yazın
sarkık, kışın ise gergin durduğu görülür. Tren raylarının birleşme yerlerinde genleşmeden
dolayı boşluk bırakılır.
Katılarda Genleşme
Katı madde, çubuk şeklinde ise boyca uzama, levha şeklinde
ise yüzeyce genleşme, küre ve silindir gibi cisimlerde ise hacimce genleşme olarak
incelenir.
Boyca Uzama
Katı bir çubuk, ısıtılıp sıcaklığı artırıldığında boyunun
uzadığı gözlenir. Boyu uzayan bir çubuğun genişliği de artar. Fakat boyundaki
artışın yanında genişliğindeki artış ihmal edilecek kadar küçüktür. Bundan dolayı
metalin tek boyutta genleştiği kabul edilir ve buna boyca uzama denir.
|
|
İlk boyu
l0 olan bir
çubuğun sıcaklığı DT kadar artırılırsa, boyundaki Dl uzama miktarı,
bağıntısı ile hesaplanır. Buradaki a katsayısı,
maddenin cinsine bağlı olup boyca uzama katsayısı olarak ifade edilir.
Birim uzunluktaki bir çubuğun sıcaklığı 1 °C
artırıldığında boyundaki uzama miktarı boyca uzama katsayısına eşittir.
-
Uzama katsayısı katı maddeler için ayırt
edici bir özelliktir.
-
Çubuk şeklindeki maddelerin boyca uzaması
kesit alanına bağlı değildir.Aynı maddeden yapılmış, ilk boyları eeşit olan
çubukların sıcaklıkları eşit oalrak artırılırsa ,kalın olan çubukla ince olan
çubuğun boyları eşit miktarda artar.
-
Genleşmenin terzi büzülmedir.Bir çubuk
sıcaklığı artırıldığında ne kadar uzuyorsa ,ilk duruma göre sıcaklığı eşit
miktar azaltılırsa , eşit miktar kısalır.
-
a uzama katsayısı
büyük olan çubuk, ısıtıldığında fazla uzar soğutulduğunda ise fazla kısalır.
|
İlk boyları eşit olan X ve Y metal çubuklarından
X in uzama katsayısı Y ninkinden büyük olsun (aX
> aY).d
Bu çubukların sıcaklığı eşit miktar artırılırsa,
X in boyu daha fazla uzar. Eğer sıcaklıkları eşit miktar azaltılırsa X in boyu
daha fazla kısalır.
Fakat bu çubuklar birbirinden ayrılmayacak
şekilde perçinlenmiş iseler, ısıtıldıklarında ya da soğutulduklarında bükülme
meydana gelir.
|
|
X in uzama katsayısı Y ninkinden büyük
olduğundan, ısıtılma sonucu X çubuğu daha fazla uzayacağı için Y nin üzerine
doğru bükülür. Soğutulma sonucunda ise X daha fazla kısalacağı için Y çubuğu
X in üzerine doğru bükülür. |
|
Yüzeyce Genleşme
İnce levha şeklindeki katı maddelerin kalınlığındaki
genleşme, yüzeyindeki genleşmenin yanında çok küçük kaldığı için dikkate alınmaz.
Dolayısıyla böyle bir levhadaki genleşmeye yüzeyce genleşme denir.
Yüzey alanı S0 olan ince metal
bir levha ısıtıldığında yüzey alanı artar. Yüzey alanındaki DS artış miktarı
|
|
bağıntısı ile hesaplanır. İki boyutta genleşme
olduğu için a uzama katsayısı 2a olarak alınmıştır. Benzer şekilde soğutulan levhanın
yüzey alanındaki azalma da aynı bağıntı ile hesaplanır.
Şekildeki levhanın içindenr yarıçaplı bir
parça çıkarılıp atılıyor.
a. Levha ısıtıldığında genleşme olur. Genleşme
sonucu levhanın yüzey alanı artar. İçteki boşluğun alanı da artar. Yani r yarıçapı
büyür. Isıtılan bu levha içe doğru genleşmez hep dışa doğru genleşir. Fotokopik
büyütme gibi olur. Dolayısıyla a, b ve r uzunluklarından üçüde artar.
b. Levha soğutulduğunda, levhanın yüzey
alanı azalır. Dolayısıyla a, b ve r uzunlukları küçülür. Yine fotokopik küçülmeye
benzetebiliriz.
|
|
Hacimce Genleşme
Bütün maddeler hacimce genleşir. Fakat bazı
doğrultulardaki genleşmeler ihmal edilecek kadar küçük olduğunda, boyca uzama ve
yüzeyce genleşme durumları olur.
İlk hacmi V0 olan küresel bir
cismin sıcaklığı DT kadar
değiştirildiğinde hacmindeki değişme miktarı olan
DV,
bağıntısı ile bulunur.
Buradaki a değerine hacimce genleşme katsayısı
denir. Hacimce genleşme üç boyutta olduğu için
a = 3a
diyebiliriz.
|
|
Sıvılarda Genleşme
Sıvılar içinde bulundukları kabın şeklini alır.
Isıtılan bir sıvı, hacimce genleşir. İçi su dolu bir kap ısıtıldığında sıvının taşması,
genleştiğini gösterir. Burada sıvı genleşirken kapta genleşir. Fakat sıvıların genleşme
katsayısı katılarınkinden büyük olduğu için sıvı, kaptan daha fazla genleşir ve
taşma olur. Eğer kap ile sıvı eşit miktar genleşse idi sıvı taşmazdı.
Bu bağıntıya göre, aynı cins sıvıların sıcaklığı
eşit miktar artırılırsa, hacmi büyük olan sıvı daha fazla genleşir. Su diğer sıvılardan
farklı şekilde genleşir.
+4 °C de hacmi en küçük değerini alır. +4 °C
den itibaren hacmi artar ve 0 °C deki hacmi ile +8 °C deki hacmi eşit olur. Buna
göre suyun hacim – sıcaklık ve özkütle – sıcaklık grafiği aşağıdaki gibi olur.
+4 °C de hacmin minimum olduğu yerde özkütle
maksimum değerini alır. Özkütlesi büyük olan sıvı altta olduğu için, su birikintilerinin,
göllerin ve denizlerin, dip kısımlarındaki sıcaklık +4 °C civarındadır.
Şekilde kesit alanı veri len K, L, M kaplardaki
aynı cins sıvıların sıcaklıkları eşit miktar artırıldığında, L ve M kaplarındaki
sıvılar eşit miktar genleşir. |
r
|
DV = V0
. a .
DT bağıntısına göre,
a ve DT
eşit iken ilk hacmi büyük olan sıvı daha çok genleşir. K deki sıvı ise bunlara göre
daha az genleşir.
Fakat genleşen sıvıların kaplardaki yükselme
miktarlarına bakılırsa, durum değişir. M kabının üst kısmı daha dar olduğu için
sıvı burada daha fazla yükselir. L deki sıvı hacmi K dekinin iki katı olduğu için,
DVL = 2DVK
olur.
Fakat L nin kesit alanı da K nin kesit alanının
iki katı olduğundan K ve L deki sıvı yükselmeleri eşit olur.
ISI İLETİMİ VE YALITIMI
Isı enerjisi bir yerden başka bir yere üç yolla
yayılır.
1. İletim yoluyla
2. Konveksiyon (madde akımı) yoluyla
3. Işıma yoluyla
1. İletim
Isının iletim yoluyla yayılması katılarda olur.
Katıların molekül yapısı sıkı olduğu için ısı alan bir molekül aldığı ısının bir
kısmını çevresindeki moleküllere aktararak onlarında sıcaklığının artmasına neden
olur. O moleküllerde ısısını komşu moleküllere aktarır ve böylece bir ucu ısıtılan
katı maddenin iletim yoluyla diğer ucu da ısınır.
Katı maddelerde ısı yüzde yüz olarak iletilmez.
İletme durumu bazı maddelerde hızlı, bazılarında ise yavaştır. Bundan dolayı ısı
iletkenliği katı maddeler için ayırt edici bir özelliktir.
En iyi iletkenler saf metaller ve bunlar içinde
de altındır.
X, Y çubuklarının uçlarından eşit uzaklığa
konulan mumlardan önce hangisi düşerse, o çubuğun ısı iletkenliği daha fazla
demektir. |
|
Sıvı ve gaz molekülleri arasındaki uzaklık
katılarınkine göre fazla olduğu için iletim yoluyla ısı iletemez.
2. Konveksiyon (Madde Akımı)
Sıvı ve gazlar akışkan olduklarından kolay
hareket edebilirler. Isınan maddeler genleşerek hacmi artar ve özkütlesi azalır.
Özkütlesi azalan akışkan yukarı çıkarken, özkütlesi büyük olan akışkan aşağı iner
ve bir sirkülasyon (sıvı dolaşımı) meydana getirir.
Örneğin kalorifer yandığında, çevresindeki
hava moleküllerini ısıtır ve ısınan hava genleşerek odanın diğer taraflarına gider
ve oraları da ısıtır.
Bir sıvı alttan ısıtıldığında ısınan sıvı genleşir
ve özkütlesi azalır. Özkütlesi azalan sıvı yukarı, yukarıdaki daha soğuk ve özkütlesi
büyük olan sıvı aşağı iner ve sıvı içinde bir sirkülasyon olur. Dolayısıyla kabın
alt tarafı ısınmakla sıvının üst kısmı da madde akımı yoluyla ısınmış olur.
3. Işıma
Sıcak cisimler ışıma yaparlar. Etrafa elektromanyetik
dalga gönderirler. Bu dalgalar enerji paketcikleridir (foton). Bu enerji dalgalarını
soğuran yüzeyler ısınırlar. Enerji dalgaları yayan cisim ise enerji kaybettiği için
soğur.
Güneşin dünyayı ısıtması ışıma yoluyla olur.
Güneşten yayılan ışık dalgalarını soğuran yüzeyler ısınırlar. Koyu renkli yüzeyler
ışığı daha çok soğurduğu için daha çok ısınırlar. Açık renkli yüzeyler ise daha
çok yansıttıkları için az ısınırlar.
Termosların iç yüzeyinin parlak olması ısının
ışıma yoluyla kaçmasını engellemek içindir. Termosun dış yüzeyi parlak ise, dışardan
içeriye ısının girmesini azaltmak içindir.
Sıcak bir metal parçası zemine bırakıldığında
zamanla soğur. Bu cismin soğuması yani ısı kaybı, iletim, konveksiyon ve ışıma
yoluyla olur. Zemine temas ettiği için iletimle ısının bir kısmını zemine aktarır.
Havadaki moleküller cisme çarparak ondan ısı alırlar. Ayrıca sıcak cisimler
gözlerimizle göremediğimiz kızıl ötesi ışınlar yayarlar. Yani ışıma yoluyla
da ısının bir kısmını verir ve zamanla soğurlar. |
|
Binalardaki çift cam, tuğlalar arasına konulan
köpük, bodrum katlardaki strofor, çatılardaki izocam, su saatleri üzerine dökülen
odun talaşı, oda zeminlerinin parke ile döşenmesi ısı yalıtımına birer örnektir.