Fizik-Kimya-Matematik
Ayşenur Okatan
27/02/2021 - 19:30

Konveksiyon Yöntemiyle Isı Akışını Gözlemleyelim

Deneyler köşesinin bu etkinliğinde evde kolayca bulabileceğiniz malzemeleri kullanarak konveksiyonla ısı yayılımını gözlemleyeceğiz.

Isı üç yolla yayılır: iletim, radyasyon (ışınım) ve konveksiyon.

Doğadaki birçok olayda konveksiyon ile ısı yayılımını gözlemleyebiliriz. Örneğin jeotermal enerji, yer altından yerin yüzeyine konveksiyonla taşınır.

Deneyler köşesinin bu etkinliğinde evde kolayca bulabileceğiniz malzemeleri kullanarak konveksiyonla ısı yayılımını gözlemleyeceğiz.

Bilmekte Fayda Var!

Enerji, değişime neden olma veya iş yapabilme yeteneğidir. Dünya’daki her canlının enerjisi vardır.

Dünya'daki enerjinin ana kaynağı Güneş'tir. Bitkiler fotosentez yoluyla ışık enerjisini kimyasal enerjiye dönüştürür. Bitkilerle beslenen canlılar da dolaylı olarak güneş enerjisinden yararlanır. 

Enerji türlerinden biri de ısı enerjisidir. Bir maddenin sahip olduğu ısı enerjisinin kaynağı, içeriğindeki parçacıkların yaptığı düzensiz hareketlerdir. 

Isı daima sıcak bir nesneden soğuk nesneye doğru akar. Örneğin oda sıcaklığındaki bir fincana biraz sıcak çikolata koyar ve ardından fincana dokunursanız, fincanın sıcak olduğunu fark edersiniz. Çünkü sıcak çikolatadan fincana ısı transferi olmuştur. 

İki madde arasındaki ısı alışverişinin nasıl gerçekleşeceği maddelerin fiziksel durumuna ve bu durum için hangi yolla ısı aktarımının daha verimli olduğuna bağlıdır. Örneğin katılarda ısı transferi, enerjinin bir parçacıktan diğerine doğrudan transferi olan iletim yoluyla gerçekleşirken Güneş’ten Dünya’ya ısı transferi radyasyon şeklinde olur. Sıvılarda ve gazlarda ısıyı aktarmanın en verimli yolu ise genellikle konveksiyondur.

Bir madde ısıtıldığında yapısındaki atom ve moleküller daha hızlı hareket etmeye başlar. Hızlı hareket etmeye başlayan atom ve moleküller ise daha sık çarpışır. Bu durum atom ve moleküllerin birbirlerinden daha da uzaklaşmasına yani malzemenin genleşmesine sebep olur. Bu yüzden ısıtılan sıvıların ve gazların genellikle hacmi artar ve yoğunluğu azalır. 

Konveksiyon sırasında ısınan sıvı veya gaz, yoğunluğu azaldığı için bulunduğu ortamda yükselmeye başlar. Bu sırada sahip olduğu yüksek enerjinin bir kısmını etraftaki düşük enerjili parçacıklara aktarır. Isınan madde yükselirken yerini hızla etraftaki soğuk maddeler doldurur. Bu duruma bir tencerede kaynayan suyu örnek verebiliriz. Tencerenin alt kısmında ısınan su yükselmeye başlar ve sıcak suyun boşalttığı yerlere yukarıdan gelen görece daha soğuk sular dolar. 

Isınan su yukarı doğru hareket ederken boşalttığı yerlere soğuk su dolar. 

Jeotermal enerjinin kaynağı; yer kabuğunun magma gibi alt katmanlarında biriken ısının etkisiyle ortaya çıkan, çözünmüş mineraller ve çeşitli tuzlar içeren, basınç altındaki sıcak su, buhar ve gazlardır. Bu maddeler konveksiyon yöntemiyle yerin yüzeyine taşınır. Konveksiyon enerjisi o kadar güçlüdür ki kıtaları bile manto üzerinde hareket ettiren güçlerden birisidir. Jeotermal enerjiye örnek olarak kaplıcaları, yanardağ patlamaları sonucu açığa çıkan lavları ve gazları verebiliriz.

Nelere İhtiyacımız Var?

  • 2 adet aynı boyda cam şişe
  • Sıcak su (Elinizi yakmayacak kadar ısıtmanız yeterli.)
  • Soğuk su
  • 1 adet renkli gıda boyası (Mürekkep de kullanılabilir.)
  • Yağlı kâğıt 

Ne Yapıyoruz?

Ne Oldu?

Konveksiyon sırasında ısınan sıcak sıvı, soğuk sıvıdan daha az yoğun olduğu için soğuk sıvının üzerine çıkar. Bu hareket sırasında sıcak sıvıdan soğuk sıvıya ısı aktarılır. Aynı zamanda yükselen sıcak sıvının yerini soğuk sıvı alır. Yani ısı kabın içinde konveksiyonla yayılır. 

Sıcak su ile dolu cam şişeyi soğuk su ile dolu cam şişenin üzerine yerleştirdiğimizde, yoğunluğu daha fazla olan soğuk su alt şişede, yoğunluğu daha az olan sıcak su ise üst şişede kaldı. Yani konveksiyon meydana gelmedi. Soğuk su ile dolu cam şişeyi sıcak su ile dolu cam şişenin üzerine yerleştirdiğimizde, yoğunluğu daha az olan sıcak su üst şişeye doğru yükseldi, soğuk su ise alttaki şişeye doğru hareket etti. Isının konveksiyonla yayılımını suya eklediğimiz mavi gıda boyası sayesinde kolayca gözlemleyebildik.

Kaynaklar:

 

Fizik-Kimya-Matematik

TÜBİTAK tarafından düzenlenen 29. Bilim Olimpiyatları birinci aşama sınavı başvuruları 27 Mayıs’ta sona eriyor.

Bilim insanları yıllar süren çalışmalar sonucunda x3+y3+z3=k denklemini 1 ile 100 arasında çözümü olduğu bilinen her k pozitif tam sayısı için çözdüler. Diğer taraftan 100’den büyük bazı k sayıları için de çözüme ulaşıldı.