Ahşap bir sandalyeye oturduğunuzda, ahşap sandalyenin yüzeyi ısınır. Tam tersine, plastik veya metalden yapılmış bir sandalyeye oturduğunuzda, metal veya plastik sandalyenin yüzeyi oturduktan sonra ısınmaz. Ahşap sandalyenin yüzeyi neden ısınırken, metal sandalyenin yüzeyi ısınmaz? Yatak olmadan soğuk bir zeminde uyumak neden ağrıya neden olabilir? Hiç soğuk bir ceket giydiniz mi? Soğuk ceketlerin çoğu neden yünden yapılır? İletim yoluyla ısı transferi konusuyla ilgili düşünülmesi ve sorulması gereken daha birçok şey var.
Bir mum ve ince bir tel hazırlayın. Telin bir ucunu tutun ve diğer ucunu mum alevine dokundurun. Eliniz ısınana kadar birkaç saniye bekleyin. Eliniz neden ısınıyor? Telin bir ucu mum alevine dokunduğunda, ısı mum alevinden (yüksek sıcaklık) telin diğer ucuna (düşük sıcaklık) doğru hareket eder. Bu ısı transferi, aleve dokunan tel ucunun sıcaklığının artmasına neden olur. Mum alevine dokunan tel ucu ile diğer tel ucu arasındaki sıcaklık farkı, ısının aleve dokunan tel ucundan elinizle dokunduğunuz tel ucuna doğru hareket etmesine neden olur. Bu ısı transferi, dokunulan tel ucunun sıcaklığının artmasına neden olur. Isı daha sonra daha soğuk olan elinize geçer. Sonuç olarak, eliniz ısınır.
Yüksek sıcaklığa sahip bir cismin bir parçası düşük sıcaklığa sahip bir cisimle temas ettiğinde, ısı yüksek sıcaklığa sahip cisimden düşük sıcaklığa sahip cisme doğru hareket eder. Ek enerji, cismi oluşturan atomların ve moleküllerin daha hızlı hareket etmesine neden olur. Hareket ederken, moleküller kinetik enerjiye sahiptir (EK = ½ mv² ) . Daha hızlı hareket eden (daha büyük kinetik enerjiye sahip) moleküller, yanlarındaki moleküllerle çarpışır. Bu moleküller daha sonra yanlarındaki diğer moleküllerle çarpışır. Ve bu böyle devam eder. Böylece moleküller birbirleriyle çarpışarak enerji transferi gerçekleşir. Bir cismi oluşturan moleküller arasındaki çarpışmalar yoluyla gerçekleşen ısı transferine iletim yoluyla ısı transferi denir.
İletim yoluyla ısı transferi formülü
Soldaki cismin sıcaklığı daha yüksektir (T).1Sağdaki nesnenin sıcaklığı daha düşükken (T2Sıcaklık farkından dolayı (T1 - T2Isı, yüksek sıcaklıktaki bir cisimden düşük sıcaklıktaki bir cisme doğru hareket eder (ısı akışının yönü sağa doğrudur). Isının geçtiği cismin kesit alanı (A) ve uzunluğu (l) vardır.
Deney sonuçlarına göre, belirli bir zaman aralığında aktarılan ısı (Q/t), sıcaklık farkı (T1 – T2), kesit alanı (A), cismin yapısı (k = ısı iletkenliği) ile doğru orantılı , cismin uzunluğu ile ise ters orantılıdır. İletim yoluyla ısı transfer hızının formülü şöyledir:
Açıklama: Q/t = ısı transfer hızı, k = ısı iletkenliği, A = kesit alanı, T1 = yüksek sıcaklık, T2 = düşük sıcaklık, l = nesne uzunluğu.
İletim yoluyla ısı transferinin uygulanması
Neden fayanslar halılardan daha serin hissettirir? Fayansların ısı iletkenliği halılardan daha yüksektir. Bu nedenle, fayanslar iyi ısı iletkenidir, halılar ise kötü ısı iletkenidir. Halıya bastığımızda, ısı ayaklarımızdan halıya akar. Bunun nedeni, vücut sıcaklığımızın halının sıcaklığından daha yüksek olmasıdır. Halılar kötü ısı iletkenidir, bu nedenle ayaklarımızdan akan ısı halının yüzeyinde birikir ve halıyı daha sıcak hale getirir. Fayans veya seramiklere bastığımızda ise ısı ayaklarımızdan fayanslara veya seramiklere akar. Fayanslar iyi ısı iletkeni olduğu için ısı fayansların yüzeyinde tutulmaz. Isı düzgün bir şekilde akar ve ayaklarımızın soğuk hissetmesine neden olur. Eviniz soğuk bir bölgedeyse, vücudunuzun ısı kaybetmemesi için yatak odanızın zeminini halıyla kaplamalısınız. Tersine, eviniz sıcak bir bölgedeyse, yatak odanızın zeminini halıyla kaplamamalısınız çünkü serin değil, sıcak hissedersiniz 😉
Yatakta şilte olmadan yerde uyumak hastalığa neden olabilir. Neden? Çünkü vücudunuzdan yere büyük miktarda ısı transfer edilir. Isı, hareket halindeki enerjidir. Vücudunuz çok fazla ısı kaybettiğinde, enerji seviyeleri düşer. Enerjiniz azsa, hastalanabilirsiniz!
Pencerelerin ve kapıların işlevi nedir? Kapılar ve pencereler neden ahşaptan yapılmalıdır? Geceleyin, evin dışındaki hava sıcaklığı, evin içindeki hava sıcaklığından daha düşüktür. Bu hava sıcaklığı farkı, ısının evin içinden dışına doğru hareket etmesine neden olur. Bu nedenle, geceleri genellikle kapıları veya pencereleri kapatırız. Hırsızları uzak tutmanın yanı sıra, pencerelerin veya kapıların işlevlerinden biri de ısının evden dışarı kaçmasını önlemektir. Genellikle kapılar veya pencereler ahşaptan yapılır. Ahşabın ısı iletkenliği, ısı yalıtımı görevi görebilecek kadar düşüktür. Pencerelerin veya kapıların bir diğer işlevi de havayı tutmaktır. Pencerenin veya kapının iç kısmında hapsolan hava, iyi bir yalıtkan görevi görür (ısıyı dışarı kaçmasını engeller). Havanın ısı iletkenliği çok düşüktür. Bir cismin ısı iletkenliği ne kadar düşükse, ısının o cisimden iletim yoluyla geçmesi o kadar zor olur.
Medeni ve normal insan statümüzü korumanın yanı sıra 🙂, giysiler vücut sıcaklığımızı sabit tutmaya da yarar. Giydiğimiz kıyafetler genellikle hava sıcaklığına göre ayarlanır. Hava sıcaklığı oldukça düşük olduğunda, giydiğimiz kıyafetler daha kalındır. Battaniyeler veya kalın giysiler (ceketler vb.) havanın rahatça hareket etmesini engeller. Hava, deri ile ceket veya battaniye arasında hapsolur. Vücudumuz ile hapsolmuş hava arasında sıcaklık farkı olduğu için, ısı vücuttan havaya geçer. Vücuttan gelen ek ısı, hapsolmuş havanın sıcaklığının artmasına neden olur (hava ısınır). Yukarıdaki ısı iletkenlik tablosuna bakın. Havanın ısı iletkenlik değeri çok küçüktür. Bu nedenle, ısı vücuttan kaçamaz. Vücut sıcaklığımız sabit kalır. Hava oldukça soğukken ceket giymezsek, vücudumuzdan ısı kaçar. Vücuttan ne kadar çok ısı kaçarsa, vücut o kadar çok enerji kaybeder.
Sorun örnekleri
1. 2011/2012 Ulusal Sınavı Soru A81 No.10
Lütfen aşağıdaki açıklamaya dikkat edin!
(1) Metal iletkenliği
(2) Metal uçlar arasındaki sıcaklık farkı
(3) Metalin uzunluğu
(4) Metal kütlesi
Metallerde ısı yayılım hızını belirleyen faktörler şunlardır...
A. (1), (2) ve (3)
B. (1) ve (4)
C. (2) ve (4)
D. (3) ve (4)
E. (4) yalnızca
Pembahasan
İletim yoluyla ısı transfer hızının formülüne göre, ısı transfer hızını belirleyen faktörler metalin iletkenliği (k), metalin uçları arasındaki sıcaklık farkı (T) ve metalin uzunluğudur (l). Metalin kütlesinin ise bir etkisi yoktur.
Doğru cevap A şıkkıdır.
