İletim yoluyla ısı transferine dair 8 örnek
1. Örnekler kullanarak anlamını açıklayın. İletim yoluyla ısı transferi ?
Pembahasan
İletim yoluyla ısı transferi, bir cismi oluşturan atomlar/moleküller arasındaki çarpışmalar sonucu gerçekleşen ısı transferidir. Örneğin, ısıtılmış bir demir çubuğu düşünün. Demir çubuğunun bir ucu aleve değdirilirken diğer ucu tutulur. Tutulan uç alevle temas etmese bile, demir çubuk boyunca ısı transferi gerçekleştiği için tutulan uç sıcak hissedilir. Isı, demir çubuğunun bir ucundan diğer ucuna nasıl transfer olur?
Isıtılan ütü ucu ek ısı alır. Sıcaklık Isı, yüksek sıcaklığa sahip cisimlerden düşük sıcaklığa sahip cisimlere doğal olarak akan enerjidir. Eklenen enerji, demiri oluşturan atomların/moleküllerin denge konumlarından daha fazla titreşmesine neden olur. Daha fazla titreştikçe, atomlar/moleküller komşu atomlarla/moleküllerle çarpışır ve bu da atomların/moleküllerin daha fazla titreşmesine ve daha fazla enerji kazanmasına neden olur. Bu süreç, ısı tutulan demirin ucuna ulaşana kadar devam eder.
2. Bir sıvının atomları/molekülleri arasında iletim yoluyla ısı transferi gerçekleşmesi mümkün müdür?
Pembahasan
Şu örneği ele alalım. Bir demir çubuk ısıtıldığında, ısı bir demir atomundan/molekülünden diğerine geçer; bu nedenle, katı haldeki atomlar/moleküller arasında ısı transferinin iletim yoluyla gerçekleştiği söylenebilir. Sıvı haldeki atomlar/moleküller arasında ısı transferi iletim yoluyla gerçekleşmez, çünkü ısı transferi sıvı haldeki atomlar/moleküller arasında gerçekleşir; aynı şekilde, gaz halindeki atomlar/moleküller arasında da ısı transferi konveksiyon yoluyla gerçekleşir.
3. Isı iletkenliği Tuğlanın ısı iletkenliği 0,84 J/ms°C, yünün ısı iletkenliği ise 0,040 J/ms°C'dir.oTuğla mı yoksa yün mü daha iyi bir ısı iletkenidir?
Pembahasan
Isı iletkenliği yüksek olan cisimler iyi ısı iletkenleridir, ısı iletkenliği düşük olan cisimler ise kötü ısı iletkenleridir.
Soruda verilen bilgiye göre, tuğlanın ısı iletkenliği yünün ısı iletkenliğinden daha yüksektir, dolayısıyla tuğla yünden daha iyi bir ısı iletkenidir.
4. Katı silindirik çelik bir çubuğun uzunluğu 1 metre ve kesit alanı 0,2 metrekaredir. Çeliğin ısı iletkenliği 40 J/ms°C'dir.oÇeliğin iki ucu arasındaki sıcaklık farkı 10 ise...oC şıkkı: Çelik çubukta iletim yoluyla gerçekleşen ısı transfer hızını belirleyin!
Pembahasan
Şunlar bilinmektedir:
Çelik uzunluğu (l) = 1 m
Çelik kesit alanı (A) = 0,2 m2
Çeliğin ısı iletkenliği (k) = 40 J/msCo
Çeliğin iki ucu arasındaki sıcaklık farkı (ΔT) = 10oC
Soruldu: İletim yoluyla ısı transfer hızı (Q/t)
Cevap :
İletim yoluyla ısı transfer hızının formülü:
Q/t = k A ΔT / l
Q/t = (40)(0,2)(10) / 1
Q/t = 80 / 1
Q/t = 80 Joule/saniye
5. A ve B metallerinin uzunlukları ve kesit alanları aynıdır. A metalinin iletkenlik katsayısı, B metalinin iletkenlik katsayısının 1/6 katıdır. Her iki metal de bir ucundan ısıtılır ve her ikisi de aynı sıcaklık değişimine maruz kalır. Bu nedenle, A ve B metallerinin ısı transfer hızlarının oranı...
A. 6 : 1
B. 1 : 6
C. 1 : 5
D. 2 : 1
E. 4 : 1
Pembahasan:
DBilmek :
kA = 1/6 kB = 1 / 6
kB = 6/6 = 1
Soruldu :
A ve B metalleri üzerinden ısı transfer hızlarının karşılaştırılması?
Cevab :
İletim yoluyla ısı transfer hızının formülü :
Açıklama: Q/t = ısı transfer hızı, k = ısı iletkenliği, A = kesit alanı, T1 = yüksek sıcaklık, T2 = düşük sıcaklık, l = nesne uzunluğu.
İki metalin uzunluğu ve kesit alanı eşit olduğundan, l ve A denklemden çıkarılır. Her iki metalin sıcaklık değişimi de aynı olduğundan (T1 - T2) denklemden çıkarılır.
kA :kB
1/6 : 6/6
1: 6
Doğru cevap B şıkkıdır.
6. Aynı boyutta ancak farklı tipte iki katı cisim P ve Q, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi birbirine bağlanmıştır. Eğer P'nin ısı iletim katsayısı Q'nun ısı iletim katsayısının üç katı ise, P ve Q arasındaki sınırda sıcaklık ne olur?
A. 60 oC
B. 50 oC
C. 40 oC
D. 20 oC
E.10 oC
Pembahasan:
Bilinen :
TP = 0 oC
TQ = 80 oC
kP = 3kQ = 3
kQ = 1
Soruldu :
P ve Q sınır düzlemlerindeki sıcaklık nedir?
Cevap :
İki cismin boyutları aynı olduğundan A ve l denklemden çıkarılır.
Doğru cevap D şıkkıdır.
7. Bir metal malzemeden saniyede geçen ısı miktarı:
(1) iki uç arasındaki sıcaklık farkıyla ters orantılı
(2) nesnenin kesit alanıyla ters orantılıdır
(3) metal malzemenin türüne bağlı olarak
(4) metalin uzunluğuyla ters orantılıdır
İletim yoluyla ısı transfer hızını artırmak için doğru ifade şudur:
Pembahasan
İletim yoluyla ısı transferinin formülü:
Saniyede akan ısı miktarı (Q/t)
İki uç arasındaki sıcaklık farkıyla doğru orantılı (T1 - T2).
Nesnenin kesit alanıyla (A) doğru orantılıdır.
Metal malzemenin türüyle doğru orantılıdır (k = ısı iletkenliği)
Metalin uzunluğuyla (l) ters orantılıdır.
Doğru ifadeler 3 ve 4'tür.
8. P, Q ve R metallerinin boyutları aynıdır. P, Q ve R metallerinin iletkenlikleri sırasıyla 4 kJ, 2 kJ ve kJ'dir. Bu iletkenlikler, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi açık uçlardaki sıcaklıkla ilişkilidir.
Metal birleşim noktasındaki sıcaklık P ile Q (T)x) şudur…
Pembahasan
Biliniyor:
Metal iletkenliği P = 4k
Metal iletkenliği Q = 2k
Metal iletkenliği R = k
Metal ucunda düşük sıcaklık P (TP) = 20oC
Metal ucunda yüksek sıcaklık R (TR) = 160oC
Soruldu: Metal birleşim noktasındaki sıcaklık P ile Q (T)x)
Cevap:
İletim yoluyla ısı transferinin formülü:
Bilgi:
Q/t = ısı transfer hızı, k = ısı iletkenliği, A = kesit alanı, T1 = başlangıç sıcaklığı, T2 = son sıcaklık, l = çubuğun uzunluğu.
Uzunluk (l) ve kesit alanı (A) eşit olduğundan denklemden çıkarılırlar.
Sıcaklığı hesaplamak için bu denklemi kullanın.
P ve Q metal çubuklarını ele alalım.
Q ve R metal çubuklarını ele alalım.
T'yi almak içinxT'yi ortadan kaldıry:
