Isı transferi

Üç türü vardır. ısı transferi veya ısı transferiİletim, konveksiyon ve radyasyon yoluyla ısı transferi de dahil olmak üzere.

Isı iletimi iletim yoluyla gerçekleşir. Yüksek sıcaklıktaki bir cisim düşük sıcaklıktaki bir cisimle temas ettiğinde, enerji yüksek sıcaklıktaki cisimden düşük sıcaklıktaki cisme aktarılır. Bu ek enerji, cismi oluşturan atomların ve moleküllerin daha hızlı hareket etmesine neden olur. Hareket ederken, moleküller kinetik enerjiye (EK = ½ mv) sahiptir.²Daha hızlı hareket eden (daha yüksek kinetik enerjiye sahip) moleküller, yanlarındaki moleküllerle çarpışır. Bu moleküller daha sonra yanlarındaki diğer moleküllerle çarpışır. Ve bu böyle devam eder. Yani moleküller birbirleriyle çarpışarak enerji aktarırlar. Isı transferi Bir cismi oluşturan moleküller arasındaki çarpışmalar sonucu gerçekleşen olaya iletim denir. İletim genellikle katı cisimlerde veya katı cisimlerden sıvı cisimlere (sıvı cisimlerden katı cisimlere) veya katı cisimlerden gaz cisimlere (gaz cisimlerden katı cisimlere) doğru gerçekleşir.

Konveksiyon yoluyla ısı transferi. Konveksiyon genellikle sıvılarda (su gibi) ve gazlarda (hava gibi) meydana gelir. Konveksiyon, bir cismin yoğunluğundaki değişiklikler nedeniyle cismin hareketiyle birlikte gerçekleşen ısı transferidir. Bir cismin yoğunluğu, hacmi değiştikçe değişir. Bir cismin hacmi ise cisim ısıyı emdikçe değişir.

Isı transferi radyasyon yoluyla gerçekleşir. Radyasyon, elektromanyetik dalgalar şeklinde ısı transferidir. Radyasyona örnek olarak, bir sobanın yakınındayken vücudunuzun hissettiği sıcaklık ve güneşten dünyaya yayılan radyasyon verilebilir. Güneşin sıcaklığı daha yüksektir (yaklaşık 6000 Kelvin), dünyanın sıcaklığı ise daha düşüktür. Güneş ve dünya arasındaki bu sıcaklık farkı, ısının güneşten (yüksek sıcaklık) dünyaya (düşük sıcaklık) doğru hareket etmesine neden olur. Güneşten dünyaya yayılan radyasyonun iletim ve konveksiyon gibi bir ortama ihtiyacı olsaydı, ısı dünyaya ulaşamazdı çünkü vakumdan geçmek zorunda kalırdı.

Sorun örnekleri

1. 2015/2016 SMA/MA Fizik Ulusal Sınavı Soru No. 19

Aynı boyutta ancak farklı metallerden yapılmış metal çubuklar aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi birleştirilmiştir. Eğer I. metalin ısı iletkenliği, II. metalin ısı iletkenliğinin 4 katı ise, iki metalin birleşme noktasındaki sıcaklık nedir?

A. 45^oC

B. 40^oC

C. 35^oC

D. 30^oC

E.25^oC

Pembahasan

Şunlar bilinmektedir:

Metalin ısı iletkenliği I = 4k

Metal II'nin ısı iletkenliği = k

Metal kenar sıcaklığı I = 50^oC

Metal kenar sıcaklığı II = 0^oC

Soruldu: İki metalin birleşme noktasındaki sıcaklık

Cevap :

İletim yoluyla ısı transfer hızının formülü:

Açıklama: Q/t = ısı transfer hızı, k = ısı iletkenliği, A = yüzey alanı, T₁-T₂ = sıcaklık değişimi, l = çubuğun uzunluğu

İki metal aynı boyutta olduğundan A ve l denklemden çıkarılır.

Doğru cevap B şıkkıdır.

2. 2015/2016 SMA/MA Fizik Ulusal Sınavı Soru No. 19

Aşağıdaki şekilde, bir ucundan birleştirilmiş farklı tiplerde A ve B metal çubukları gösterilmektedir.

İki çubuğun kesit alanları aynıdır, ancak A çubuğunun uzunluğu B çubuğunun uzunluğunun iki katı ve A çubuğunun ısı iletim katsayısı B çubuğunun ısı iletim katsayısının 3 katıdır. A ve B çubuklarının serbest uçlarına farklı sıcaklıklar uygulanırsa, birleşim noktasındaki tam sıcaklık nedir?

A. 60^oC

B. 64^oC

C. 70^oC

D. 76^oC

E.78^oC

Pembahasan

Şunlar bilinmektedir:

A çubuğunun ısı iletkenliği = 3k

B çubuğunun ısı iletkenliği = k

A çubuğunun uzunluğu = 2l

B çubuğunun uzunluğu = l

Çubuğun kenarının sıcaklığı A = 100^oC

B çubuğunun kenarının sıcaklığı = 40^oC

Soruldu: İki çubuğun birleşme noktasındaki sıcaklık

Cevap :

İletim yoluyla ısı transfer hızının formülü:

Açıklama: Q/t = ısı transfer hızı, k = ısı iletkenliği, A = yüzey alanı, T₁-T₂ = sıcaklık değişimi, l = çubuğun uzunluğu

İki çubuğun da kesit alanı aynı olduğundan A denklemden çıkarılır.

Doğru cevap D şıkkıdır.

3. 2014/2015 SMA/MA Fizik Ulusal Sınavı Soru No. 14

Lütfen aşağıdaki ifadeye 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

Metallerde ısı transferi, iletim yoluyla gerçekleşen ısı transferidir. İletim yoluyla ısı transfer hızının formülü:

Açıklama: Q/t = ısı transfer hızı, k = ısı iletkenliği, A = yüzey alanı, T₁-T₂ = sıcaklık değişimi, l = çubuğun uzunluğu

Doğru cevap A şıkkıdır.