Isi-Sicaklik

[Constantin]

Hacimce Genleşme
Bütün maddeler hacimce genleşir. Fakat bazı doğrultulardaki genleşmeler ihmal edilecek kadar küçük olduğunda, boyca uzama ve yüzeyce genleşme durumları olur.

İlk hacmi V0 olan küresel bir cismin sıcaklığı ?T kadar değiştirildiğinde hacmindeki değişme miktarı olan ?V,
bağıntısı ile bulunur.

Buradaki a değerine hacimce genleşme katsayısı denir. Hacimce genleşme üç boyutta olduğu için
a = 3a diyebiliriz.

Sıvılarda Genleşme
Sıvılar içinde bulundukları kabın şeklini alır. Isıtılan bir sıvı, hacimce genleşir. İçi su dolu bir kap ısıtıldığında sıvının taşması, genleştiğini gösterir. Burada sıvı genleşirken kapta genleşir. Fakat sıvıların genleşme katsayısı katılarınkinden büyük olduğu için sıvı, kaptan daha fazla genleşir ve taşma olur. Eğer kap ile sıvı eşit miktar genleşse idi sıvı taşmazdı.

Bu bağıntıya göre, aynı cins sıvıların sıcaklığı eşit miktar artırılırsa, hacmi büyük olan sıvı daha fazla genleşir. Su diğer sıvılardan farklı şekilde genleşir.

+4 °C de hacmi en küçük değerini alır. +4 °C den itibaren hacmi artar ve 0 °C deki hacmi ile +8 °C deki hacmi eşit olur. Buna göre suyun hacim – sıcaklık ve özkütle – sıcaklık grafiği aşağıdaki gibi olur.

+4 °C de hacmin minimum olduğu yerde özkütle maksimum değerini alır. Özkütlesi büyük olan sıvı altta olduğu için, su birikintilerinin, göllerin ve denizlerin, dip kısımlarındaki sıcaklık +4 °C civarındadır.

Şekilde kesit alanı veri len K, L, M kaplardaki aynı cins sıvıların sıcaklıkları eşit miktar artırıldığında, L ve M kaplarındaki sıvılar eşit miktar genleşir.
r
?V = V0 . a . ?T bağıntısına göre, a ve ?T eşit iken ilk hacmi büyük olan sıvı daha çok genleşir. K deki sıvı ise bunlara göre daha az genleşir.

Fakat genleşen sıvıların kaplardaki yükselme miktarlarına bakılırsa, durum değişir. M kabının üst kısmı daha dar olduğu için sıvı burada daha fazla yükselir. L deki sıvı hacmi K dekinin iki katı olduğu için, ?VL = 2?VK olur.

Fakat L nin kesit alanı da K nin kesit alanının iki katı olduğundan K ve L deki sıvı yükselmeleri eşit olur.

ISI İLETİMİ VE YALITIMI
Isı enerjisi bir yerden başka bir yere üç yolla yayılır.
1. İletim yoluyla
2. Konveksiyon (madde akımı) yoluyla
3. Işıma yoluyla

1. İletim
Isının iletim yoluyla yayılması katılarda olur. Katıların molekül yapısı sıkı olduğu için ısı alan bir molekül aldığı ısının bir kısmını çevresindeki moleküllere aktararak onlarında sıcaklığının artmasına neden olur. O moleküllerde ısısını komşu moleküllere aktarır ve böylece bir ucu ısıtılan katı maddenin iletim yoluyla diğer ucu da ısınır.
Katı maddelerde ısı yüzde yüz olarak iletilmez. İletme durumu bazı maddelerde hızlı, bazılarında ise yavaştır. Bundan dolayı ısı iletkenliği katı maddeler için ayırt edici bir özelliktir.

En iyi iletkenler saf metaller ve bunlar içinde de altındır. X, Y çubuklarının uçlarından eşit uzaklığa konulan mumlardan önce hangisi düşerse, o çubuğun ısı iletkenliği daha fazla demektir.

Sıvı ve gaz molekülleri arasındaki uzaklık katılarınkine göre fazla olduğu için iletim yoluyla ısı iletemez.
2. Konveksiyon (Madde Akımı)
Sıvı ve gazlar akışkan olduklarından kolay hareket edebilirler. Isınan maddeler genleşerek hacmi artar ve özkütlesi azalır. Özkütlesi azalan akışkan yukarı çıkarken, özkütlesi büyük olan akışkan aşağı iner ve bir sirkülasyon (sıvı dolaşımı) meydana getirir.
Örneğin kalorifer yandığında, çevresindeki hava moleküllerini ısıtır ve ısınan hava genleşerek odanın diğer taraflarına gider ve oraları da ısıtır.
Bir sıvı alttan ısıtıldığında ısınan sıvı genleşir ve özkütlesi azalır. Özkütlesi azalan sıvı yukarı, yukarıdaki daha soğuk ve özkütlesi büyük olan sıvı aşağı iner ve sıvı içinde bir sirkülasyon olur. Dolayısıyla kabın alt tarafı ısınmakla sıvının üst kısmı da madde akımı yoluyla ısınmış olur.
3. Işıma
Sıcak cisimler ışıma yaparlar. Etrafa elektromanyetik dalga gönderirler. Bu dalgalar enerji paketcikleridir (foton). Bu enerji dalgalarını soğuran yüzeyler ısınırlar. Enerji dalgaları yayan cisim ise enerji kaybettiği için soğur.

Güneşin dünyayı ısıtması ışıma yoluyla olur. Güneşten yayılan ışık dalgalarını soğuran yüzeyler ısınırlar. Koyu renkli yüzeyler ışığı daha çok soğurduğu için daha çok ısınırlar. Açık renkli yüzeyler ise daha çok yansıttıkları için az ısınırlar.

Termosların iç yüzeyinin parlak olması ısının ışıma yoluyla kaçmasını engellemek içindir. Termosun dış yüzeyi parlak ise, dışardan içeriye ısının girmesini azaltmak içindir.

Sıcak bir metal parçası zemine bırakıldığında zamanla soğur. Bu cismin soğuması yani ısı kaybı, iletim, konveksiyon ve ışıma yoluyla olur. Zemine temas ettiği için iletimle ısının bir kısmını zemine aktarır. Havadaki moleküller cisme çarparak ondan ısı alırlar. Ayrıca sıcak cisimler gözlerimizle göremediğimiz kızıl ötesi ışınlar yayarlar. Yani ışıma yoluyla da ısının bir kısmını verir ve zamanla soğurlar.
Binalardaki çift cam, tuğlalar arasına konulan köpük, bodrum katlardaki strofor, çatılardaki izocam, su saatleri üzerine dökülen odun talaşı, oda zeminlerinin parke ile döşenmesi ısı yalıtımına birer örnektir.
Sıcaklık: Madde moleküllerinin kütle merkezlerinin ortalama kinetik enerjisi sıcaklık olarak tanımlanır.
Sıcaklık termometre ile ölçülür. Termometreler suyun donma ve kaynama noktalarını referans alarak ölçümlendirilir. En çok kullanılan termometre birimi olan "santigrat derece" de suyun donma noktası "0" kaynama noktası ise "100" birim olarak kabul edilir.

Her hangi bir termometre birimi ile ölçülen değer aşağıdaki formül yardımıyla diğer birimlere dönüştürülebilir.

Isı: Bir maddenin bütün atom ve moleküllerinin kinetik ve potansiyel enerjilerinin toplamı o maddenin ısı dır

Q = ısı
m = kütle
c = öz ısı
= sıcaklık değişimi
Öz ısı: Bir gramlık maddenin sıcaklığını bir derece arttırmak için gerekli olan ısı miktarı öz ısı alarak tanımlanır.