Isının Yayılma Yolları
Isı, maddenin tüm hâllerinde var olan bir enerji çeşididir. Peki volkanlardan buzullara, vücudumuzdan kara deliklere tüm maddelerde bulunabilen ısı hangi yollarla yayılır?
MirageC / gettyimages
Isının nasıl yayıldığı mevsimsel değişiklikler, uzay gemilerinde neden yalıtıma ihtiyaç duyulduğu, binalarda ısı kaybının nasıl önlenebileceği gibi birçok konuyu anlamak açısından önemli. Ancak öncelikle “ısı” teriminin bilimsel olarak ne ifade ettiğine bakalım.
Isı enerjisini günlük hayatımızda sürekli kullanıyoruz. Tencerede su kaynattığımızda, ellerimizi hızla ovuşturduğumuzda ya da ateşin önünde durduğumuzda ısı enerjisinden faydalanıyoruz. Çoğumuz “ısı” kelimesini “sıcaklık” hissini ifade etmek için kullansak da bilimsel olarak “ısı”, maddenin farklı hâllerindeki atom, molekül ya da iyon gibi taneciklerin hareketi sonucu oluşan bir enerjidir. Isı enerjisi farklı sıcaklıklardaki bir nesneden diğerine aktarılabilir.
Isı üç yolla yayılır: iletim, konveksiyon ve ışıma.
Isının İletim Yolu ile Yayılması
Yüksek sıcaklıklarda atom, molekül, iyon gibi tanecikler daha fazla enerjiye sahiptir. Bu enerjinin bir kısmı, daha düşük sıcaklıktaki diğer taneciklere iletilebilir. Örneğin hızlı hareket eden gaz hâlindeki bir taneciğin daha yavaş hareket eden bir tanecikle çarpıştığını düşünelim. Hızlı hareket eden tanecik, yavaş hareket eden taneciğe enerjisinin bir kısmını aktararak bu taneciğin hızlanmasına, dolayısıyla ısınmasına sebep olur. Böylece ısı enerjisi, milyarlarca hareket eden parçacığın birbirine çarpması sonucu madde boyunca sıcaklık aynı olana kadar iletilir. Bu şekilde gerçekleşen ısı yayılma yoluna “iletim” diyoruz.
İletim aynı zamanda tek bir nesnenin içinde de gerçekleşebilir. Metal bir çubuk ile şömine içerisindeki yanan kömürleri karıştırdığımızı düşünelim. Çubuğun sıcak közlerle temas eden ucu çok sıcak olur. Sıcak ucun enerjisi çubuk boyunca, bütün çubuğun sıcaklığı eşitlenene kadar, soğuk uca doğru aktarılır. Bu yüzden sıcak metal çubuğu tutarken eldiven giymek gerekir.
Isının iletim yolu ile yayılması genellikle katı cisimlerde gerçekleşir. Sıvı veya gaz hâlindeki maddelerde tanecikler katı cisimlere göre birbirinden daha uzakta bulunduğu için birbirleriyle temas etmeleri dolayısıyla ısıyı iletim yolu ile yaymaları daha zordur.
Isının Konveksiyon Yolu ile Yayılması
Sıvı ve gaz hâlindeki maddelerde, tanecikler arasındaki uzaklığın katılara göre daha fazla olması nedeniyle, ısının iletim yolu ile yayılmasının zor olduğunu söylemiştik. Bu tür maddelerde ısı konveksiyon yoluyla yayılır. Konveksiyon, “sürüklenme” ve “yayılma” hareketlerinin toplamıdır. Sıvı ve gaz taneciklerin, genel bir ifadeyle akışkanların yüksek sıcaklıktan düşük sıcaklığa doğru hareketini ifade eder.
Corbac40 / iStock
Bunu bir örnekle açıklayalım. Ocağın üzerindeki tencerede bir miktar suyu ısıttığımızı düşünelim. Isınan metal tencere, ısıyı suya iletmeye başlar. İlk olarak metal tencereyle doğrudan temas eden su moleküllerinin sıcaklığı artar. Sıcaklığın etkisiyle bu moleküllerin aralarındaki mesafe artar yani su genleşir ve daha az yoğun hâle gelir. Yoğunluğu azalan tencerenin dibindeki su ile yoğunluğu daha fazla olan üstteki su yer değiştirmeye başlar. Tencerenin dibindeki su yukarı, üstte bulunan ve sıcaklığı daha az olan su ise aşağı doğru hareket eder. İşte bu duruma “sürüklenme” diyoruz. Isının etkisiyle enerjisi artan moleküller daha az sıcak ve düşük enerjili moleküllerle yer değiştirirken birbirleriyle çarpışır. Bu çarpışmalar sırasında yüksek enerjili moleküller, enerjilerinin bir kısmını düşük enerjili moleküllere aktarır. Bu olaya ise “yayılma” diyoruz. İşte konveksiyon dediğimiz ısı yayılma yolu bu iki olayın toplamına deniyor.
Isının Işıma Yolu ile Yayılması
Elektromanyetik dalgalar aracılığıyla gerçekleşen ısı yayılma şekline ışıma diyoruz. İletim ve konveksiyonun aksine, ışıma için madde gerekli değil. Bu nedenle ısı ışıma yolu ile boşlukta da yayılabiliyor.
Isı dalgaları, ısı kaynağından çıkarak bir nesneye çarpana kadar tüm yönlere doğru ışık hızında yayılır. Bu dalgalar bir nesneye çarptığı anda dalgaların taşıdığı ısı, nesne tarafından soğurulur ya da yansıtılır. Örneğin ateşin yanında ısınmaya çalışırken ateşe dönük olan tarafımız daha fazla ısınır. Ateşten tüm yönlere doğru ısı dalgaları yayılsa da bu dalgalar vücudumuzun ateşe dönük tarafıyla temas ettiği anda vücudumuz ısı dalgalarını soğurur ve ısınmamızı sağlar. Bir tost makinesinin ya da mikrodalga fırının çalışma mantığı da bu şekildedir.
Ttsz / iStock
Güneş’in Dünya’yı ısıtması da ışıma yolu ile gerçekleşir. Güneş’in enerjisi uzay boyunca atom ve moleküller aracılığıyla değil, dalgalar hâlinde hareket eder. Dünya, bu elektromanyetik dalgaların uzay boyunca taşıdığı enerji sayesinde ısınır.
Isının yayılma yollarını günlük hayatta çok farklı şekillerde gözlemlemek mümkün. Bunları bilmek, ısı kaynaklarını daha verimli kullanmamızı ve ısı enerjisinden maksimum seviyede yararlanmamızı kolaylaştırabilir.
Kaynaklar:
