Isı nasıl yayılır?
1 — Etrafınızda bulunan sıra, duvar, bir bardak, kağıt kesici, silgi, pergel gibi bazı şeylere dokunun. Diğerleriyle aynı sıcaklıkta olmalarına rağmen madeni olanlar neden bizde daha soğukmuş hissini uyandırırlar?
2 — Çıplak ayakla yataktan inip mermere bastığımız zaman neden burası bize halıdan daha soğukmuş gibi gelir?
3 — Sapı tahta olan bir bıçağı kısa bir süre güneşe bırakın. Acaba bıçağın madeni kısmı neden tahta kısmından çok ısınır?
4 — Eşit boylarda biri demir diğeri bakır olan iki çubuğun bir uçları birleştirin diğer uçları açık bırakın. Birleştirilmiş uçların altına alkollü bir ısıtıcı koyun. Demir ve bakır çubukların üzerine yerleştireceğiniz şeritlerden hangisinin daha uzun süre duracağı bir yarışma konusu olabilir. Bunu bilen yarışmayı kazanır. Nedenini biliyor musunuz?
MADDELERDEN ISININ YAYILMASI
Isının tabii bir eğilimi olan sıcak cisimlerden soğuk olanlara geçmesi olayı herkesçe bilinir.
Acaba ısı bir cisimden diğerine nasıl yayılır?
İşte bu sorunun cevabını bulabilmek ve konuyu iyice kavrayabilmek için vereceğimiz deneyleri dikkatle izleyin.
DENEY 1
Bir bakır çubuk üzerine termoskopik (7 gram kobalt klorür, 7 gram kalsiyum klorür 150 gram suda eritilerek elde edilecek bir solüsyona ince bir kağıt şerit batırır. Kağıt şerit kuruduğu zaman soğukta pembedir, ısındığı zaman mavi olur) bir kağıt şerit yapıştırılır. Bakır çubuk ısıtılınca kağıt, ateşin bulunduğu yönden derece derece mavileşmeye başlayacaktır.
DÜŞÜNÜN VE CEVAPLANDIRIN
■ Isının çubukta yayılması madde moleküllerinin hareketleriyle mi olur?
■ Çubuğun türü ve kalınlığı ısının yayılmasında acaba önemli bir etken midir?
■ Bu olayı ispatlamak için başka bir deney şekli düşünebilir misiniz?
SONUÇ
Katı cisimler ısıyı iletirler. Katı cisimlerde ısının bir kısımdan öbür kısma yayılması molekül nakli olmadan meydana gelir. Isının bu şekilde yayılmasına, iletim yolu ile yayılma denilir. Başka bir ifadeyle ısının molekülden moleküle yayılması olayıdır.
İYİ VE KÖTÜ İLETKENLER
Bilindiği gibi yanmakta olan bir kibrit çöpü alev parmaklara gelinceye kadar tutulabilirken, ucu ısıtılmış bir maden çubuk öbür ucundan tutulamaz. Bu durum bize, iletim yoluyla ısı yayılmasının her katı cisimde aynı hızla meydana gelmediğini gösterir.
İşte bu nedenledir ki, madenler iyi iletkenler olarak nitelendirilir.
Isıyı en iyi ileten madenin gümüş olduğu anlaşılmıştır. Bundan sonra sırasıyla şu madenler gelir: Bakır, altın, çinko, demir vs. Diğer yandan cam, tahta gibi ısıyı az ileten maddeler kötü iletkenler olarak isimlendirilir.
Bazı maddelerin iyi iletken olmamalarından teknik alanlarda büyük yararlar sağlanır. Mesela fırınlarda kullanılan tecrit maddeleri (çakmak taşlı veya magnez. yumlu tuğlalar) ve soğutucularda kullanılan özel maddeler
ISININ AKIŞKANLARDA YAYILMASI
Isının akışkanlarda (sıvı veya gaz) yayılması katı cisimlerdekine nazaran daha karışıktır. Bunlarda yayılma olayı iki şekilde olur. Bunu bir deneyle ispatlamak için, içi su dolu bir deney tüpü içine birkaç buz parçası koyun ve alınacak sonucu izleyin:
1 — Deney tüpü üst kısmından ısıtılırken bir pamuk topağı yardımıyla buzların dipte durmaları sağlanır.
2 — Deney tüpü altından ısıtılırken buz parçaları suyun yüzünde yüzer.
İlk deneyde üst kısımdaki su kaynama haline getirilse bile dipte bulunan buzların erimeden hemen hemen durumlarını muhafaza ettiklerini, diğer deneyde ise buzların hemen eridiklerini görürsünüz.
Bu olaydan şu sonuç çıkarılır:
Isıtmanın alttan veya üstten olması ısının iki ayrı şekilde yayılmasını etkileyen unsurlardır.
İlk deneydeki gibi ısıtılma üstten olursa ısının yayılması molekül nakli (molekülle birlikte taşınmadan) olmadan, yani katı cisimlerdeki gibi iletim yoluyla meydana gelir.
Örneğimizde ısının yukarıdan aşağıya doğru yayılması tabiatıyla su ve deney tüpünün duvarlarıyla da meydana gelebilir.
Buzun yavaş erimesi bize bir başka bilgiyi de açıklar. Cam az iletken olduğuna göre bu durumda su da iletim yoluyla az ısı iletir.
Isıtılma alttan yapılırsa sonuç değişik olur:
O zaman ısının yayılması çok süratlidir ve buz da çabuk erir.
Yayılma yoluyla elde edilen sonucun izah edilemeyeceği belli bir gerçektir; bu nedenle akışkanlarda ısı yayılması olayının değişik bir şekilde meydana geldiğine karar veririz.
Olayın şu şekilde bir açıklaması olabilir:
Sıcak su soğuğa göre daha hafiftir ve bu nedenle yukarı çıkarak buzu eritir.
DENEY 2
Bu deneyi yapmak için gerekli olan araçlar şunlardır: Bir pipet, derecelenmiş iki cam deney tüpü ve biraz kırmızı mürekkep.
Biraz sıcak suyu mürekkep ile renklendirin ve sonra deney tüplerinin 3/4’ünü soğuk suyla doldurun. Pipete alacağınız sıcak ve renklendirilmiş suyu ilk önce (a) deney tüpünün üst kısmına ve sonra deney tüpünün alt kısmına dikkatlice dökün. Şimdi meydana gelen olayı izleyin: İlk deney tüpüne konmuş olan renkli su karışmadan dururken İkincisinde deney tüpündeki suya karışır. Bu olay pipet yardımıyla ikinci tüpe konmuş olan sıcak suyun hafif olması nedeniyle yukarı doğru çıkma eğilimi sonucu suya karışmasından meydana gelir.
DÜŞÜNÜN VE CEVAPLANDIRIN
■ Sizce ilk deney tüpündeki soğuk suyla üzerine dökülmüş olan sıcak su arasında yeterince belirli bir ayırım yüzeyi var mıdır?
■ Cevabınız evet ise bunu nasıl izah edersiniz?
■ Sizce ikinci deney tüpündeki soğuk su ile sıcak su arasında da bir ayırım yüzeyi var mıdır?
SONUÇ
Sıcak su soğuk sudan daha hafiftir.
DENEY 3
Uzunlukları takriben 30 santim ve genişlikleri 5-8 milim olan iki ince cam boruyu yumuşak bir lastik boru ile birleştirin ve içlerini suyla doldurduktan sonra uçlarını parmağınızla kapatın. Sonra boruları «U» şeklinde baş aşağı getirerek içinde renkli su bulunan bir deney kabına koyun.
Cam borulardan birini bir gaz aleviyle ısıttığınızda kaptaki renkli suyun ısıtılan boruda derece derece yükseldiğini ve bunun sonucu olarak soğuk olan diğer boruda ise biraz aşağıya indiğini görürsünüz.
DÜŞÜNÜN VE CEVAPLANDIRIN
■ Acaba ısı neden boruların içinde bir su akımı meydana getirir?
■ Akım hangi boruda yukarı doğru ve hangisinde aşağıya doğrudur?
■ Tüpün içinde bulunan suyun tamamı neden kısa bir sürede ısınır?
SONUÇ
Isınma sonucu genişlemiş olan su moleküllerinin yoğunlukları azaldığı (dolayısıyla hafiflediği) için yükselir. Soğuk kalanlar ise aşağıya iner. Bunun sonucu olarak ısıtılan saha içinde bir su dolaşması meydana gelir. Bu akımlarla ısı kısa bir zamanda ve eşit bir şekilde bütün su karışımına yayılır. Isının bu şekilde bir akışkan içinde yayılmasına konveksiyon veya nakil yoluyla yayılma denir.
IŞIMA İLE YAYILMA
Güneş ile dünya arasında hiçbir iletken madde yoktur. Başka bir ifadeyle boşluk vardır. Bu boşluğa ve 150 milyon kilometrelik bir uzaklığa rağmen güneşin ısısı dünyaya yeterli miktarda ulaşır, iletken maddenin varlığına ihtiyaç göstermeyen bu tür ısı yayılmasına ışıma yoluyla yayılma denir. Işıma olayını ispatlamak için basit bir deney yapalım.
İç çeperlerine termoskopik bir kâğıt yapıştırılmış olan bir cam bardak yandan ısıtılacak olursa sıcaklık neşrettiği görülür. Bunun nedeni bardağın içinde bulunan ve ısıyı iletim (cam oldukça iyi bir tecrit maddesidir) ve konveksiyon yoluyla geçirmeyen termoskopik kâğıttır.
Bütün cisimlerin ışıma yoluyla ısı yayma ve ısıyı massetme (soğurma-emme) yetenekleri vardır. Yayılan ısı emilen ısı miktarını geçerse bu durumda cisim soğur. Bunun tersi olursa ısınır. Isıyı yayma ve emme bütün cisimlerde aynı ölçüde değildir.
Bir zaman birimi süresince bir birim sahadan yayılan ısı miktarı bu sahanın cinsine ve sıcaklığına bağlıdır. Bu husus cismin ısı yayabilme yeteneğini tanımlar. Bir cismin ısı emebilme yeteneği de aynı şekilde açıklanır.
Genellikle ışıma ile kolaylıkla ısı yayan cisimler yine kolaylıkla ısıyı emen cisimlerdir. Bu konuyu aydınlatıcı iki deneyle ispatlayalım.
Bu deney için lazım olan gereçler şunlardır: 60-100 watt’lık bir elektrik ampulü, 10×10 santim ebadında iki alüminyum levha ve 8×8 santim boyunda iki adet termoskopik kağıt tabakası.
Mum alevine tutarak alüminyum levhalardan birinin bir yüzünü isleyerek kararmasını sağlayın. Karartılmış olanın arka yüzüne termoskopik kağıtlardan birini yapıştırın. Diğer temoskopik kağıdı ise öbür alüminyum levhasının bir yüzüne yapıştırın.
Hazırlamış olduğunuz iki levhayı dik açı teşkil edecek şekilde yerleştirin, böylece lambadan yayılacak ısının her iki levhaya aynı derecede ulaşmasını sağlayın.
Deney sonunda islenmiş levhanın arkasına yapıştırılmış kağıdın öncelikle renk değiştirdiğini görürsünüz.
DÜŞÜNÜN VE CEVAPLANDIRIN
■ Lâmbayı iki alüminyum levha arasına koyarken levha yüzeylerine aynı uzak-lıkta olmasına dikkat ettiniz mi? Bu neden gereklidir?
■ iki alüminyum levha neden bir dik açı teşkil edecek şekilde yerleştirilmiş ve neden birbirlerinin karşısına gelecek şekilde konulmuşlardır?
■ Alüminyum levhalardan hangisi daha çabuk renk değiştirmiştir ve hangi ren-gi almıştır? Bu neyi ifade etmektedir?
SONUÇ
Karartılmış bir yüzey, parlak bir yüzeye oranla ısıyı daha iyi masseder (emer).
ISITMANIN TARİHÇESİ VE TESİS TÜRLERİ
İlk insanlar oturdukları mağara veya kulübeleri ısıtmak için bu yerlerin içinde ateş yakarlardı. Fakat yanan ateşten çıkan dumanlar mağaraların içine yayılır ve havayı nefes alınmaz bir hale getirirdi. Bu dumanların çıkış yeri ise yalnızca giriş için kullanılan kapıydı. Aynı insanlar zamanla bu zararlı dumanlara bir çıkış yolu aramışlar ve dama bir delik delerek ilkel de olsa bacayı bulmuşlardı. Ne var ki bu yol ile dağıtılan duman ısının büyük bir kısmını da beraberinde çekip götürürdü.
Bu usulü mangalın icadı ve kullanılması izler. Kömürün içinde yakıldığı bu madeni kaplardan her ne kadar duman çıkmaz ise de yayılan karbon dioksit ve karbon monoksit gazları solunum için zarar ve tehlike teşkil ederlerdi.
Oldukça önemli bir aşama olan şömine kullanılması da sağladığı yarar bakımından zayıftı (% 5-10) baca kanalıyla dışarıya atılan duman ve gazlarla birlikte geniş ölçüde ısı kaybına yol açardı.
Günümüzde bu tür ısınma şekilleri hemen hemen ortadan kalkmakta olup bunların yerlerine daha çok yararlı olan, teknik yönden geliştirilmiş imkanlar kullanılmaktadır.
Bunlar soba, kalorifer ve elektrikli araçlardır. Soba bilindiği gibi dökme veya dayanıklı bir madenden yapılmıştır. Izgarası vasıtasıyla ikiye bölünmüş olan bu ısıtma aracında ızgara üzerine konulan yakacak (kömür veya odun) yandıktan sonra külleri ızgara altına düşer.
Bol oksijenli hava sobanın altındaki küçük bir pencereden girer ve gaz, dumanla birlikte üstteki borular vasıtasıyla dışarıya çıkar.
Rantabilite (yararlanma oranı) % 80’i geçebilmektedir. Bunun nedeni, sobanın yapımında kullanılan maddenin ısıyı iletici yüksek özelliği ve boruların bulundukları sahayı yavaş ve üniform (eşit) bir şekilde ısıtmalarıdır.
Sobanın bir kusurlu yönü ise hemen ya-kınında bulunanı fazla ısıtması ve yalnızca bulunduğu oda veya bölüme hararet temin etmesidir.
Modern yaşantının getirmiş olduğu bir yenilik de binaların bütün bölümlerinin kalorifer tesisi ile aynı anda ve aynı derecede ısıtma tekniğidir.
Bu tesis bir kalorifer kazanı, radyatörler ve su borularından meydana gelmiştir. Borular vasıtasıyla kalorifer kazanının üzerinden çıkan su kapalı bir devreyi takip ettikten sonra soğumuş olarak kalorifer kazanının altından tekrar devreye girer. Bu çalışma tarzını biraz daha açıklayacak olursak, çalışma tekniğini şöyle ifade edebiliriz: Kazanda ısınan su hafifler ve bunun sonucu olarak devre içinde yukarıya doğru çıkar ve radyatörlere ulaşır. Bu işlem esnasında suyun soğuduğunu görürüz. Bunun nedeni sıcak suyun ilk önce radyatörleri ve sonra konveksiyon akımı ile bulunduğu çevresi ısıtmasıdır. Böylece soğuyan su devreyi izleyerek tekrar kazana döndüğünde ısınır.
Bu teknik tabii ve alçak basınçlı bir dolaşım aygıtıdır. Bu nedenle daha iyi sonuç alınacak diğer bir sisteme doğan ihtiyaç elektrik sobalarının yapımına yol açmıştır. Çok basit olan bu alet 100-120 santigrat derecelik hararet yayabilen madeni bir tel devreden meydana gelmiştir. Elektrik sobaları, kullanışlı olmaları ve temiz tutulabilme yönlerinden büyük yararlar sağlarlar. Tek kusurları masraflı olmalarıdır. Diğer yakacaklara oranla daha pahalı olan elektrik, bu faydalı aygıttan istenilen yararın sağlanmasına engel olmaktadır.
Günümüzde kullanılan değişik türde ısıtma olanakları arasında gazyağı ve bütan gazı ile çalışan çeşitli aygıtları da sayabiliriz. Kullanışlı olduklarından ve daha ucuza ısı temin ettiklerinden bunlardan geniş bir şekilde yararlanılmaktadır.
SER
Serler cam veya plastik kullanılarak yapılmış kapalı bahçelerdir. Bu bahçeleri yapmaktaki amaç, bunların içinde yetiştirilen fide, çiçek ve benzerlerini dış etkenlerden korumaktır.
Çeşitli ser türleri vardır. Damlarına göre yapılan ayırımda birli veya ikili üst yüzey olarak sınıflandırılırlar. Tek yüzeyli damda bunu tutucu iki yan duvarcık bulunur ve biri diğerinden biraz daha yüksektir. Böylece damın yatay durumda olması sağlanır. İki yüzeyli damda ise yan duvarlar alçak ve eşit boydadırlar. İki dam yüzeyi bir çatı meydana getirecek şekilde bu duvarların üzerlerine oturtulur (sol attaki resimde çeşitli örnekleri görmek mümkündür).
Acaba serlerin damları neden cam veya plastikten yapılmıştır? Bu sorunun cevabı kullanılan malzemelerin özellikleri nedeniyle sağladıkları tabii ısınmadır. Diğer bir anlatım ile ışık radyasyonlarının geçmesini temin ederlerken ısı ışınlarının geçmelerine engel olmaları en önemli özelliklerini teşkil eder. Bu nedenle bu tür maddelerden geçebilen güneş ışınları ser içindeki toprağa ulaşabilmekte ve onu yeterince etkileyebilmektedir.
Işıma yoluyla yayılan ve ısı haline dönüşmüş güneş enerjisi cam ve plastiği aşamamaktadır. Güneşten güneş ışını şeklinde alman enerji ile içeride bulunan ve dışarıya çok az miktarda kaçan radyasyon arasında bir dengenin kurulamaması sonucu ser içindeki ısı belirli bir derecede kalmakta ve dış etkenle azalmamaktadır.
GÖZDEN GEÇİRME VE BİLGİYİ KONTROL
1 — Hangi olaylar bize ısının çeşitli şekillerde ve değişik imkanlarla yayıldığı kanısını verirler?
2 — Isı katı bir cisimde nasıl yayılır?
3 — iletim yoluyla yayılma nedeni maddeleri iki gruba ayırır: Isıyı iyi iletenler ve ısıyı iletmeyenler veya az iletenler. Bu iki grubu tanıtan özellikler nelerdir?
4 — Isı akışkanlarda iki şekilde yayılır; bunları sayabilir misiniz?
5 — Saydığınız bu iki şekilde hangisi akışkana özgü tipik bir yayılmadır?
6 — Bir akışkanı konveksiyon yoluyla ısıtmak için alttan mı yoksa üstten mi ısıtmak gerekir?
7 — Konveksiyon ile ısının yayılma olayının açıklama yolu nedir?
8 — Işıma yoluyla ısının yayılma olayı neye dayanır?
g — Işıma yoluyla alınan ve verilen ısı bütün cisimlerde aynı miktarda mıdır?
10 — Işıma yoluyla ısı veren cisimlerin aynı zamanda ısıyı kolaylıkla masseden (emen) cisimler oldukları acaba doğru mudur?
11 — Bu cisimler hangileridir?
12 — Kalorifer sistemi olarak nitelendirilen evleri ısıtma olanağının çalışma tekniği nasıldır?
13 — Serler içinde bulunan sıcaklığın dıştakine oranla daha yüksek tutulabilmesi ve dış etkenle yükselmesini sağlayan faktör nedir?
GÖZLEMLER (*) ARAŞTIRMALAR (**) PRATİK DENEYLER (“*)
1 (*) Bazı eski tip elektrik lambaları, içlerindeki hava boşaltılarak yapılır. Bu tür lamba içindeki ince telden neşrolan ısı acaba ampulün dışına ne alırdı?
2 (*) Madeni parlak olan bir çaydanlık çayı uzun süre sıcak tutarken, sathı mat ve koyu olan bir diğeri neden aynı sonucu vermez?
3 (*) Kötü iletkenlere oranla iyi iletkenleri soğuk havada neden daha soğukmuş hissini verirler?
4 (**) Binalar inşa edilirken ortak duvarlarda tuğla kullanılması neden tercih edilir?
5 (**) Soğuk havalarda yünden yapılmış giysilerin tercih sebebi nedir?
6 (**) Kutup bölgelerinde yaşayanların soğuktan korunmak için kardan yapılmış evlerde oturmalarının nedenini söyleyebilir misiniz?
7 (**) Soğuk havalarda kuşlar tüylerini neden titretirler?
8 (**) Bildiğiniz maddeler arasında iyi ve kötü iletkenleri belirten bir liste yapın.
9 (**) Evinizin veya okulunuzun ısınma sistemini tanımlayın.
10 (***) Toprağın muhtelif derinliklerindeki sıcaklığı aynı gün içinde ölçün. Gözleminiz nedir? Farkları nasıl izah edersiniz?
11 (***) Demir ve bakır çubukların ısı iletkenlik niteliklerini ispatlamak için her birinin ucuna eritilmiş mum ile birer küçük top yapıştırın. Çubukların diğer uçlarını alkol alevi ile ısıtın. Topların çubuk uçlarından kurtulup düşecekleri zamanı tespit edin. Elde ettiğiniz sonuç nedir?
12 (***) Isının boşlukta da ışıma yoluyla yayılabildiğini ispatlamak için şu deneyi yapın: Cam bir deney tüpü içinde iki parmak yükseklikteki suyu kaynatın. Kaynama esnasında meydana gelen su buharının aynı tüp içindeki bütün havayı götürmesine dikkat edin. Ortasına bir termometre yerleştirilmiş bir tıkaçla tüp iyice kapatıldıktan sonra ısıtıcıyı söndürün ve tüpü soğumaya bırakın; su buharı oldukça büyük bir boşluk yaratarak yoğunlaşacaktır. Bundan sonra tüpü yanan bir sobanın yanına koyun ve termometreden sıcaklık derecesinin artışını izleyin.
