Bir katı malzeme ısıtıldığında, sıcaklığının artması, malzemenin bir miktar ısı enerjisini absorbe ettiğini gösterir. Isı kapasitesi, bir malzemenin

Ebat: px

Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "Bir katı malzeme ısıtıldığında, sıcaklığının artması, malzemenin bir miktar ısı enerjisini absorbe ettiğini gösterir. Isı kapasitesi, bir malzemenin"

Soner Karatay
7 yıl önce
İzleme sayısı:

2 Bir katı malzeme ısıtıldığında, sıcaklığının artması, malzemenin bir miktar ısı enerjisini absorbe ettiğini gösterir. Isı kapasitesi, bir malzemenin dış ortamdan ısı absorblama kabiliyetinin bir göstergesi olup sıcaklığı bir birim artırmak için gerekli olan enerji miktarına karşılık gelir. Matematiksel olarak, ısı kapasitesi C aşağıdaki gibi ifade edilir:

3 Burada dq, dt kadar sıcaklık değişimi meydana getirmek için gerekli enerji miktarıdır. Isı kapasitesi bir mol malzeme için ifade edilir (J/mol. K). Bazen ısı kapasitesi yerine, birim kütle başına ısı kapasitesini belirten ve c ile gösterilen, özgül ısı kavramı da kullanılmaktadır ve değişik birimlere (J/kg. K, cal/g. K) sahiptir.

5 Sadece belirli enerji değeri alabilen (nicel) ve kafes dalgası titreşim enerjisinin bir birim miktarına fonon denir. Fonon, elektromagnetik ışınımın birim miktarı olan fotona benzerdir. Bazen, titreşim dalgalarının kendileri de fonon olarak adlandırılır.

8 Devam ediyor

10 Sıcaklık artışı ile elektronlar enerji absorblayarak kinetik enerjilerini arttırmakta, böylece ısı kapasitesi üzerine bir miktar katkı sağlamaktadır. Ancak, bu katkının sağlanabilmesi için, serbest elektronların Fermi enerji seviyesi üzerindeki boş enerji seviyelerine uyarılması gerekir

11 veya

12 Burada l 0 ve l s sırasıyla sıcaklığın T 0 dan, T s ye değişmesiyle başlangıç ve son uzunlukları göstermektedir. α l parametresi ısıl (doğrusal) genleşme katsayısı olarak adlandırılır.

14 Tablo 19.1 de görüldüğü gibi, yaygın olan bazı metallerin ısıl genleşme katsayısı ile ( o C) -1 arasında değişmektedir; bu değerler, seramik ile polimer malzemelerin ısıl genleşme katsayısı değerleri arasında yer almaktadır.

15 Sıcaklık değişmelerine maruz kalacak seramik malzemeler nispeten düşük ve ayrıca izotropik ısıl genleşme katsayısına sahip olmalıdırlar. Aksi takdirde, bu gevrek özellikteki seramik malzemeler ısıl şok (termal şok) olarak adlandırılan üniform olmayan boyutsal değişimin bir sonucu olarak kırılabilir.

16 Bazı polimer malzemeler, ile ( o C) -1 aralığında değişen yüksek genleşme katsayılarından anlaşılacağı gibi, sıcaklık değişimi karşısında büyük miktarda ısıl genleşme gösterir.

17 Isıl iletkenlik, bir maddenin farklı sıcaklıktaki iki bölgesi arasında, yüksek sıcaklıktan, düşük sıcaklığa ısının iletilmesi olayıdır. Bir malzemenin ısı iletim kabiliyetini karakterize eden bu özelliğe ısıl iletkenlik denir ve aşağıdaki denklem ile ifade edilir:

18 Katı malzemelerde ısı, fonon (kafes titreşim dalgaları) ve serbest elektronlar ile iletilir. Isıl iletkenlik, bu mekanizmaların her ikisiyle ilişkilidir ve toplam iletkenlik bu iki etkinin toplamına eşittir;

19 Saf metallerde hem elektrik hem de ısıl iletkenlik serbest elektronlarca sağlandığı için, teorik yaklaşımlar bu iki iletkenliğin, Wiedemann-Franz kanununa göre aşağıdaki denklemde gösterildiği gibi ilişkili olması gerektiğini ileri sürmüştür:

22 Tablo 19.1 de görüldüğü gibi, çoğu polimerler için ısıl iletkenlik değerleri 0,3 W/m. K mertebesindedir. Bu malzemelerde enerjinin iletimi zincir moleküllerinin titreşim ve dönmesi ile sağlanır. Polimerler, düşük ısıl iletkenliklerinden dolayı genellikle yalıtkan olarak kullanılır. Seramiklerde olduğu gibi, polimerlerin yalıtkan özellikleri, polimerizasyon esnasında köpük oluşumuna bağlı olarak küçük gözeneklerin yapıya ilave edilmesiyle artırılabilir.

23 Isıl gerilmeler bir kütledeki sıcaklık değişimlerinden kaynaklanan gerilmelerdir. Kırılmalara veya arzu edilmeyen plastik deformasyona yol açan ısıl gerilmelerin oluşum nedenleri ve yapısının bilinmesi oldukça önemlidir.

25 Cismin dış bölgesindeki sıcaklık değişimleri, iç kısmına göre çok daha hızlıdır ve bu sıcaklık değişimleri parçanın içerisindeki hacimlerin serbestçe genleşmelerini veya büzülmelerini kısıtlaması nedeniyle, kesitte genellikle hızlı ısıtma veya soğutmadan kaynaklanan sıcaklık değişimlerinin bir sonucu olarak ısıl gerilmeler oluşturur.

Benzer belgeler

ISI TRANSFER MEKANİZMALARI

ISI TRANSFER MEKANİZMALARI ISI; sıcaklık farkından dolayı sistemden diğerine transfer olan bir enerji türüdür. Termodinamik bir sistemin hal değiştirirken geçen ısı transfer miktarıyla ilgilenir. Isı transferi