MADDE VE ISI
Çevremizde bulunan tüm maddeler taneciklerden oluşmuştur. Bu tanecikler hareketlidirler ve taneciklerin hareketleri bir etkiyle hızlanabilir ya da yavaşlayabilir. Peki, taneciklerin hareketlerini nasıl değiştirebiliriz?
Buzdolabından çıkardığımız soğuk meyve suyunun bir süre sonra sıcaklığının arttığını, sıcak bir çorbanın ise bir süre sonra sıcaklığının azaldığını fark ederiz. Meyve suyunun sıcaklığı artarken onu oluşturan taneciklerin hareketleri nasıl değişir? Peki, çorbanın sıcaklığı düşerken onu oluşturan taneciklerin hareketleri nasıl değişir?
Buzdolabından yeni çıkarılan balın zor aktığını fark etmişizdir. Fakat bir süre sonra balın sıcaklığının oda sıcaklığına ulaştığını ve daha kolay aktığını görürüz. Peki, bunun nedeni balı oluşturan taneciklerin hızlarının değişmesi olabilir mi? Sizce, bu değişimi sağlayan etki ne olabilir?
1.Maddenin Tanecikli Yapısı ve Isı
Bütün maddeler atom ve moleküllerden oluşur. Tüm atom ve moleküller, sürekli titreşim halinde olduğu için de madde, her zaman ısı enerjisine sahiptir. Dünya yüzeyinde en soğuk alandaki bir maddenin bile çok az miktarda da olsa bir ısı enerjisi vardır.
Maddenin tanecikli yapısı konusunda tüm maddelerin katı, sıvı ve gaz moleküllerinin çeşitli hareketleri olduğunu öğrenmiştik. Katıdan gaza gidildikçe tanecikler arasındaki boşluk ve hareketlilik artar. Katı bir maddeyi sıvı hale getirmek için ısıtmak gerekir. O halde şunu söyleyebiliriz: maddeler ısındıkça tanecikler hızlanır.
Bir çaydanlıkta suyu ısıtmaya başladığımızda, zamanla suyun yüzeyinde su buharı moleküllerinin çaydanlığın ağzından hareketlenerek dışarıya çıktığını görürüz. Bu da ısı arttıkça taneciklerin hareketlerinin hızlandığına güzel bir örnektir. Şunu unutmamamız gerekir ki burada gözlemlediğimiz hareket tek bir moleküle değil, dev molekül yığınlarına aittir. Çünkü moleküller gözle görülemeyecek kadar küçüktür.
Yani bir maddenin sıcaklığı arttırıldığında maddenin taneciklerinin hareketi hızlanır. Bir madde soğutulduğunda ise maddenin taneciklerinin hareketi yavaşlar.
Aşağıdaki şekillerde, madde ısı aldığında taneciklerin hareketliliğinin arttığı, ısı verdiğinde ise taneciklerin hareketliliğinin azaldığını gösteren model verilmiştir. Modelde taneciklerin etrafındaki çizgilerin sayısının artması taneciklerin enerjisi ve hareketinin arttığı anlamına gelmektedir.
Soğuk havada yaktığımız sobanın önce etrafı sonra odanın her yanı ısınır. Oda soğukken ısınmak için sobanın yanına yaklaşmak isteriz. Fakat bir süre sonra odanın her tarafı ısındığı için sobanın uzağında olsak da üşümeyiz. Odada bulunan maddeler de bir süre sonra ısınır. Maddeler arasındaki ısı aktarımı maddeleri oluşturan tanecikler arasındaki hangi etkileşimler ile nasıl gerçekleşmektedir?
Aşağıdaki ekinliği yaparak anlamaya çalışalım.
Hızlanan moleküllerin diğer maddenin molekülleri ile çarpışması sonucu maddeler arasında ısı aktarımı gerçekleşir. Sıcak maddelerin molekülleri hızlı, soğuk maddelerin molekülleri ise yavaştır. Bir madde ne kadar sıcaksa atom ve molekülleri de o kadar hızlı hareket etmektedir.
Sıcaklıkları farklı iki madde bir araya getirildiğinde sıcaklığı yüksek olan maddeden, düşük olan maddeye doğru ısı akışı olur. Bunun sonucunda sıcak madde soğur. Soğuk madde ısınır. Maddeyi oluşturan tanecikler arasındaki ısı aktarımı taneciklerin hızları birbirine eşit oluncaya kadar devam eder. Taneciklerin hızı eşitlendiğinde maddenin sıcaklığı da her yerinde eşitlenmiş olur. Bu durumu anlayabilmek için aşağıdaki şekilleri inceleyelim.
Sıcak cisim kırmızı renk ile soğuk cisim mavi renk ile gösterilmektedir.Görsellerde sıcak cismin taneciklerinin hızlarının soğuk cismin taneciklerinin hızlarından daha fazla olduğunu temsil etmesi için taneciklerin etrafına daha fazla titreşim çizgisi konulduğuna dikkat edelim.
Yukarıdaki şekillerde görüldüğü gibi sıcak olan A cismi ile soğuk olan B cismi birbirine dokundurulursa sıcaklık farkından dolayı bu iki cisim arasında ısı aktarımı gerçekleşir. A cismi B cismine ısı verir. Isının akış yönü sıcak olan A cisminden soğuk olan B cismine doğrudur. Bir süre sonra her iki cisim aynı sıcaklığa ulaştığında ise ısı aktarımı durur.
Şekillerde de görüldüğü gibi maddeyi oluşturan tanecikler arasındaki ısı aktarımı taneciklerin ortalama hızları birbirine eşit oluncaya kadar devam eder. Taneciklerin hızı eşitlendiğinde maddenin sıcaklığı da her yerinde eşitlenmiş olur.
2.Isının Yayılma Yolları
Yüzünüzü Güneş’e döndüğünüzde yüzünüzün ısındığını hissedersiniz. Dünya’dan yaklaşık 150 milyon kilometre uzaklıkta bulunan Güneş yüzünüzü nasıl ısıtmaktadır?
Hiç sıcak hava balonu gördünüz mü? Yandaki resimde de görüldüğü gibi bu balonların yükselmesi için içindeki hava ısıtılır. Isının balonun yükselmesindeki rolü nedir?
Yanda fotoğrafı verilen demirci ustasının bıçak, balta ve nacak yapmak üzere ateşte ısıtarak akkor hâle getirdiği demiri dövdüğü görülmektedir. Sizce ateşe tutulan demirin zamanla neden daha büyük bir kısmı akkor hâle gelmektedir? Demirci
ustası bu demiri neden eldiven giyerek tutmaktadır?
Sıcak bir fincan çayı elimizde tuttuğumuzda fincandan elimize doğru ısı geçişi olur.
Yukarıdaki örneklerden anlaşılacağı üzere ısı yayılabilme özelliğine sahip olan bir enerji türüdür. Her madde kendisinden daha sıcak ortamda etrafına ısı yayar. Peki ısı her maddede aynı yolla mı yayılır? Isının yayılması maddelerde üç yolla olur; iletim, konveksiyon ve ışıma.
a.Isının İletim Yolu İle Yayılması
Sabah kahvaltı yaparken annenizin ısıttığı sütün içindeki metal kaşık elinizi yakıyor. Acaba bu nasıl oluyor. Anneniz sütü ısıtmıştı, kaşığı değil!
Katıların tanecikleri arasında boşluk çoğunlukla çok azdır. Dolayısı ile sütün içindeki metal kaşığın tanecikleri ile süt tanecikleri çarpışmaya başlar ve tanecikler daha hızlı hareket eder. Sütten kaşığa ısı aktarılmış olur.
İletim, enerji bir cisimden diğer bir cisme geçtiğinde gerçekleşmektedir. Bu iletim sırasında tanecikler birbirine çarpar. Çarpışan tanecikler enerjilerini birbirine aktarır. Isınan katılarda bu şekilde yayılmasına iletim yoluyla yayılma denir. Aşağıdaki resimde ısının iletim yolu ile yayılması özetlenmektedir.
Aslında bütün maddeler tanecikli yapıda olduğu için hepsinde ısının iletim yolu ile yayılması vardır. Ancak katıların tanecikleri arasındaki boşluk sıvı ve gazlara göre daha az olduğu için ısının iletim yolu ile yayılması katılarda daha kolay olur.
.
Isı sıcaktan soğuğa doğru iletilir
Bir maddenin tanecikleri arasındaki boşluk ne kadar az ise o madde ısıyı o kadar iyi ve çabuk iletir. Isıyı iyi ileten maddelere ısı iletkeni madde denir. Isı iletken maddeler kısa zamanda çok miktarda ısı iletebilirler. Bakır, alüminyum, demir, gümüş ve altın gibi maddeler ısı iletkeni maddelerdir.
Bir maddenin tanecikleri arasındaki boşluk ne kadar çok ise o madde ısıyı o kadar az ve yavaş iletir. Isıyı iyi iletmeyen maddelere ısı yalıtkanı madde denir. Isı yalıtkanı maddeler uzun zamanda az miktarda ısı iletebilir. Cam yünü, plastik köpük, saman, pamuk, hava boşluğu, plastik, bakalit ve boşluk(maddesiz ortam) ısı yalıtkanı madde ve ortamlara örnektir.
Katı maddelerde ısı iletiminin nasıl gerçekleştiğini bir etkinlikle anlamaya çalışalım.
Maddelerde ısı taneciklerin birbirine çarpması sonucu aktarılır.Örneğin, bakır bir cezve alttan ısıtılmaya başlandığında tanecikler birbirinin titreşimini arttırarak ve enerjilerini tanecikten taneciğe aktararak ısının cezve boyunca yayılmasını sağlar.
Isının yayılması bütün katı maddelerde aynı hızda mı gerçekleşir? Bu durumu yapacağımız bir etkinlikle anlamaya çalışalım.
b.Isının Konveksiyon Yolu İle Yayılması
Sıvı ve gaz gibi maddelerin doğrudan hareket ederek ısıyı taşıması olayıdır. Eğer çorba pişirdiğimiz tencere şeffaf olsaydı, tencerenin altındaki sıcak tabana çarparak ısınan suyun yükselerek yukarı doğru hareket ettiğini, tencerenin yukarısındaki soğuk bölgede bulunan çorbanın ise aşağı doğru hareket ettiğini, ve böylece ısının dairesel bir hareketle taşındığını görebilirdik. Bu çevrimsel hareket yandaki şekilde gösterilmektedir. Isının bu şekilde yayılmasına konveksiyon yolu ile yayılma denir.
Sıcak suyu daha hızlı ılıklaştırmak için bir kaba önce soğuk su sonra sıcak su mu eklenmelidir yoksa sıcak su üzerine soğuk su mu eklenmelidir? Sıvı maddenin tanecikleri arasındaki boşluklar katı maddelere göre daha fazla olduğu için sıvılarda ısının iletim yoluyla yayılması daha azdır. Isının büyük çoğunluğu konveksiyon yoluyla iletilir.
Isının konveksiyon yolu ile yayılması katı maddelerde gerçekleşmez. Çünkü katı maddeyi oluşturan tanecikler sıvı ve gaz maddeyi oluşturan tanecikler gibi yer değiştirme hareketi yapmaz. Isının konveksiyon yolu ile yayılması sadece sıvı ve gaz maddelerde gerçekleşir çünkü tanecikleri sürekli yer değiştirir.
Peki, soba ya da radyatörün verdiği ısının oda içinde nasıl yayıldığını hiç düşündünüz mü?
Radyatörden ısı alan hava moleküllerinin hızı artar böylece enerjileri de artmış olur. Enerjisi yüksek olan hızlı moleküller soğuk moleküllerle çarpışarak enerjilerinin bir kısmını bu moleküllere aktarır. Daha az yoğun olan sıcak hava molekülleri yükselir ve soğuk hava molekülleriyle yer değiştirir. Isınan hava molekülleri yükselirken soğuk hava moleküllerinin onun yerine geçmesi ile oda ısınmış olur.Radyatörün odayı ısıtması ve sıcak hava balonlarının gökyüzüne yükselmesi gazların ısıyı konveksiyonla iletimi sayesinde gerçekleşir.
c.Isının Işıma Yolu İle Yayılması
Soğuk ama güneşli bir günde, güneş altında kalan bir otomobilin camları ve kaportası soğuk iken içi neden sıcaktır?
Isının yayılmasında illaki maddesel bir ortama ihtiyaç yoktur. Sıcak maddelerden yayılan ışık ışınları da ısının yayılmasını sağlar. Isının bu şekilde ışık ışınları ile yayılma denir.Kaynaktan çıkan ısı enerjisinin etrafa doğru enerji dalgaları şeklinde yayılmasıyla gerçekleşir. Isı ışık gibi davranır. Gelen ışınlar parlak yüzeyler tarafından yansıtılır, mat yüzeyler tarafından soğurulur(emilir). Dolayısıyla ısıyı emen madde ısınır. Güneşin dünyamızı ısıtması, mikrodalga fırınlar, elektrikli ısıtıcılar(etrafa ışık yayan modelleri), şömineler ışıma ile ısının yayılmasına örnek olarak verilebilir.
Koyu renkli yüzeyler üzerine düşen ışınların çoğunu soğururken çok az kısmını yansıtırlar. Açık renkli yüzeyler üzerine düşen ışınların çoğunu yansıtırken çok az kısmını soğururlar.
Kışın koyu, yazın açık renkli kıyafetler tercih etmemizin nedeni de cisimlerin ışınları yansıtma ve ışını soğurma özelliklerinin renklerine göre farklılık göstermesidir.
Dünya, Güneş ışınları sayesinde ısınır. Güneş'ten yayılan ışınlar uzay boşluğunda yayılarak (hareket ederek) ışıma yoluyla Dünya'ya gelirler. Uzay boşluğunda tanecik bulunmadığı için Güneş ışınları Dünya'ya çok kısa sürede gelir.
Dünya, gündüz Güneş'ten ışıma yoluyla gelen ışınlar sayesinde ısınır. Fakat geceleri, Güneş'ten ışıma yoluyla ısı alamaz. Gündüz ısınan Dünya, etrafına göre daha sıcak olduğu için gece etrafına ışıma yoluyla ısı yayar. Bu nedenle Dünya, gece ısı yaydığı için ısı kaybeder ve geceleri Dünya yüzeyi (taş, toprak, deniz, göl, kaya daha soğuk olur.
Karbon dioksit, su buharı ve diğer bazı gazlar sera etkisinin artmasına neden olur. Egzoz gazları, fosil yakıtlarının kullanımı, ormanların yok olması, tarım alanlarının artması sera gazlarının atmosfere salınmasına yol açmaktadır. Sera etkisine neden olan gazların artması sonucunda Dünya’mız normalden fazla ısınmaya başlar. Bu olay küresel ısınma olarak adlandırılır. Küresel ısınmaya bağlı olarak kutuplardaki buzullar erimekte, deniz suyu seviyesi yükselmektedir. Kıyı bölgelerinde yağış miktarı artarken iç bölgelerde sıcaklık nedeniyle kuraklık görülmektedir. Dünya’mızın bazı bölgelerinde kasırgalar ve seller görülürken bazı bölgelerinde kuraklık ve çölleşme görülmektedir. Dolayısıyla Dünya’mızın iklimi değişime uğramaktadır.
Isının yayılma yollarını aşağıda verilen tablodaki gibi özetleyebiliriz.
3.Isı Yalıtımı
Günlük yaşantımızda, bazı yiyecek veya içecekleri sıcak bazılarını soğuk tüketmek isteriz. O hâlde, soğuk kış günlerinde içimizi ısıtacak bir bardak çayın veya bir kâse çorbanın sıcak kalmasını nasıl sağlarız? Peki, sıcak yaz günlerinde bir bardak limonatanın soğuk veya dondurmanın erimeden kalmasını nasıl sağlarız? Bir maddenin bulunduğu ortamda daha uzun süre sıcak veya soğuk kalması için neler yapabiliriz?
Yapacağımız bir etkinlikle konuyu anlamaya çalışalım.
Günlük hayatımızda, bazı durumlarda maddelerin sıcaklıklarını korumalarını isteriz.Evlerimizde kullandığımız buzdolabı ve onun bir bölmesi olan buzluk, yiyeceklerimizi ve içeceklerimizi uzun süre soğuk tutarak onların bozulmasını engeller ve daha uzun süre saklanmasına yardımcı olur. Termoslar ise sıcak ya da soğuk tutmak istediğimiz içeceğimizin uzun süre sıcak ya da soğuk kalmasını sağlar. O hâlde, ısı akışını yavaşlatmak mümkün müdür? Isının akışını engelleyerek maddeleri soğuk ya da sıcak tutmayı nasıl sağlarız? Maddeleri soğuk veya sıcak tutan buzdolabı ve termos yerine başka neleri örnek gösterebiliriz?
Maddelerin sıcaklıklarını korumak, yani soğuk tutmak istediklerimizi soğuk, sıcak tutmak istediklerimizi sıcak tutma işlemine yalıtım denir. Sizler de yalıtımın gerekli olduğu durumlara örnekler gösterebilir misiniz?
Evlerimiz kışın birçok yönden ısı kaybeder. Bu kayıp yalıtım ile önlenir.
Isı yalıtımı için kapı ve camlar çift cam olabilir. İki cam arasındaki durgun hava ısı kaybını önler. Tavan aralarına, cam elyafı, yanmaz köpük malzemeler döşenebilir. Duvarlara içten ya da dıştan köpük döşenip üstleri sıvanabilir. Duvarlar delikli tuğlalar ile örülebilir.
Tavan aralarına, cam elyafı, yanmaz köpük malzemeler döşenebilir. Duvarlara içten ya da dıştan köpük döşenip üstleri sıvanabilir. Duvarlar delikli tuğlalar ile örülebilir.
Buzdolabı sayesinde yiyeceklerimiz uzun süre bozulmadan kalır.
KAYNAKÇA
http://www.fenokulu.net/portal/Sayfa.php?Git=FenDramalari&Sayfa=KonuOku&baslikid=91
http://www.fenokulu.net/portal/Sayfa.php?Git=KonuKategorileri&Sayfa=KonuBaslikListesi&baslikid=60&KonuID=526
6.SINIF MEB FEN BİLGİSİ KİTABI
Konu Sunumu
