Isının yayılması: iletim, konveksiyon, ışınım

Sıcaklığı yüksek olan bir sistemden sıcaklığı düşük başka bir sisteme enerji aktarmanın yolu ısıdır. Isının yayılma yolları ise ortam da madde bulunup bulunmamasına ya da maddenin haline göre farklılık gösterir. Isının yayılma yolları iletim, konveksiyon ve ışınımdır. İletim ve konveksiyon maddenin taneciklerinin etkileşmesiyle, ışınım elektromanyetik dalgalarla enerjinin yayılmasıdır.

İletim yoluyla ısının yayılması: Örnekler

İletim birbiriyle doğrudan temas halinde olan sistemler arasında ısının aktarılmasıdır. Isı bir cismin sıcaklığı yüksek olan ucundan sıcaklığı düşük olan ucuna doğru iletilir.

Metal bir kaşığı ocağın üstüne koyup ısıtırsanız, ısı sıcak uçtan soğuk uca doğru aktarılır. Isınan uçtaki metal taneciklerinin titreşim hareketleri hızlanır, kinetik enerjileri artar. Bu taneciklerinin kendileri metal çubuk boyunca öteleme hareketi yapmaz, ama yanlarındaki taneciklere çarparak onların da daha hızlı titreşmesine neden olur. Böylece zamanla tüm çubuğun sıcaklığı yükselir. Sonunda da eliniz yanar.

Isı iletkenliği yüksek olan bir maddede ısı daha hızlı aktarılır. Metallerin ısı iletkenliği yüksekken, ametallerin ve gazların ısı iletkenliği düşüktür. Isıyı iyi iletmeyen maddelere yalıtkan denir. Örneğin, tahta metale göre ısıyı daha yavaş iletir, bu nedenle yemek yaparken tahta kaşık kullanılır.

Konveksiyon (taşıma) yoluyla ısının yayılması: Örnekler

Enerji akışkanlarda (sıvı ve gazlarda) bir bölgeden başka bir bölgeye konveksiyon yoluyla aktarılır. Akışkanın bir bölgesindeki iç enerjisi yüksek olan tanecikler bütün olarak iç enerjisi daha düşük olan başka bir bölgeye doğru hareket eder. Çünkü sıcaklık arttıkça sıvı ve gazlar genleşir, hacimleri artar. Hacimleri arttığı ve kütleleri değişmediği için öz kütleleri azalır. Sıcaklığı artıp öz kütlesi azalan akışkan yükselir, daha soğuk ve öz kütlesi daha fazla olan akışkan alçalır.

Örneğin, kalorifer petekleri konveksiyon yoluyla odadaki havayı ısıtır. Peteklere yakın olan havanın sıcaklığı artar, öz kütlesi azalır ve hava odanın tavanına doğru yükselir. Tavandaki soğuk havanın öz kütlesi daha büyük olduğu için odanın tabanına doğru hareket eder. Bu bir döngü şeklinde odadaki havanın ısınmasını sağlar.

Bir başka örnek de içine gıda boyası damlatılıp ısıtılan su dolu bir kaptır. Kap alttan ocakla ısıtıldıkça, kabın alt bölgesindeki su molekülleri kabın üstüne doğru hareket eder. Kabın üstündeki su molekülleri ise kabın altına doğru alçalır. Yukarıdaki resimdeki boyanın yayılma şekli sıvıdaki hareketi gösteriyor. Bu olayı şu sayfadaki videoda görebilirsiniz.

Sıcak hava balonları da havanın ısıtılıp balonun içinde yükseltilmesiyle çalışır.

Işınım (radyasyon) yoluyla ısının yayılması: Örnekler

Isınan tüm maddeler sıcaklığına bağlı olarak çevreye elektromanyetik ışınım şeklinde enerji yayar. Sıcaklığı arttıkça bir maddenin yaydığı ışınım miktarı da artar. Ayrıca tüm maddeler elektromanyetik ışınımı soğurur. Güneş’in yaydığı ışınım enerjisi Dünya’daki herşey tarafından soğrulur.

Işınım diğer ısı yayılma yollarından farklıdır, madde tanecikleriyle gerçekleşmez, dalgalarla gerçekleşir. Elektromanyetik dalgalar boşlukta yayılabilir. Bu nedenle Güneş Dünya’dan 150 milyon kilometre uzakta olmasına rağmen, Güneş’in enerjisi Dünya’ya ulaşır.

Siyah ve mat renkli maddeler, beyaz ve parlak olanlara göre ışınımı daha iyi yayar ve soğurur. İtfaiyecilerin kıyafetleri ısıyı daha az soğursun diye parlak ve yansıtıcı malzemelerden yapılır.

Yukarıdaki resimdeki demir çubuğun ucu o kadar sıcak ki kırmızı olmuş. Çubuk bir yandan ışımayla çevreye ısı yayıyor. Ayrıca çubuğun arkada kalan kısmına iletim yoluyla ısı aktarılıyor. Çubuğun etrafındaki hava ısınıyor, göremiyoruz ama havada da konveksiyon yoluyla ısı yayılıyor.

Isı yayılma yolları Fizik dersi Kazanımları

9.5.4.1. Enerji iletim yollarını örneklerle açıklar.