1 2 3 Maddenin Tanecikli Yapısı ve Isı Isının Yayılma Yolları Isı Yalıtımı 6.Sınıf B.Madde ve Isı 1- Maddenin Tanecikli Yapısı : Boşlukta yer kaplayan, hacmi, kütlesi ve eylemsizliği olan her şeye madde denir. Madde, doğada fiziksel özelliklerine göre katı, sıvı ve gaz olarak 3 halde bulunur. Madde hangi halde olursa olsun bütün maddeler taneciklerden oluşmuştur. Maddeleri oluşturan tanecikler bazı maddelerde atomu bazı maddelerde de molekülü temsil eder. Maddeyi oluşturan taneciklerin arasında boşluk bulunur. Madde hangi halde olursa olsun maddeyi oluşturan tanecikler hareket halindedir. Bu nedenle maddeyi oluşturan taneciklerin hareketlerinden dolayı hareket (kinetik) enerjileri vardır. 2- Isı : Bir maddeyi oluşturan taneciklerin sahip oldukları hareket (kinetik) enerjilerinin toplamına ısı denir. Isı bir enerji türüdür ve ısı enerjisi kalorimetre kabı ile ölçülür. (Kutulardaki boncuklarla eşleştirilir). a) Isı Enerjisi Birimleri : Kalori (cal) Kilo Kalori (kcal) Joule (J) Kilo Joule (kj) b) Isı Enerjisi Birimlerinin Dönüşümü : 1 kcal = 1000 cal 1 cal = kcal 1 kj = 1000 J 1 J = kj 1 cal = 4,18 J 1 cal 4 J 1 J = 0,24 cal 1 J 0,25 cal 3- Sıcaklık : Bir maddeyi oluşturan taneciklerden bir tanesinin sahip olduğu hareket enerjisine (taneciklerin sahip oldukları hareket = kinetik enerjilerinin ortalamasına) sıcaklık denir. Sıcaklık birimi derecedir. Derece 0C ile gösterilir ve selsiyus derece veya santigrat derece diye okunur. Sıcaklık, termometre ile ölçülür. Termometrelerin cıvalı, alkolü, ispirtolu ve metal termometre gibi çeşitleri vardır. 1
4- Isı ve Sıcaklık Arasındaki Farklar : 1- Isı bir enerji çeşidi, sıcaklık ise bir ölçümdür. 2- Isı kalorimetre kabı ile sıcaklık termometre ile ölçülür. 3- Isı birimi kalori (cal) veya Joule, sıcaklık birimi ise derecedir. 4- Isı, madde miktarına bağlıdır, sıcaklık ise madde miktarında bağlı değildir. 5- Isı Enerjisinin Maddenin Tanecikleri Üzerindeki Etkisi : Maddeler ısıtıldığında ya da soğutulduğunda maddeyi oluşturan taneciklerin hızları ve aralarındaki boşluk miktarı değişirken maddeyi oluşturan taneciklerin büyüklüklerinde (belirgin olarak) değişme olmaz. Maddeyi oluşturan tanecikler görülemeyecek kadar küçük olduğu için ısı alan veya ısı veren maddelerde gözlenen hareketler taneciklere değil tanecik (molekül) yığınlarına aittir. a) Isıtılan Maddenin Taneciklerinin Hareketi : Maddeler ısıtıldığında yani ısı enerjisi aldığında maddeyi oluşturan taneciklerin hareket enerjileri artar yani tanecikler daha hızlı hareket ederler. Hızlı hareket eden tanecikler yavaş hareket eden taneciklere çarparak enerjilerini yavaş hareket eden taneciklere aktarır. Böylece maddeyi oluşturan taneciklerin hızları birbirine eşit olur Taneciklerin hızları birbirine eşit olduğu için maddenin sıcaklığı her yerinde aynı olur ve maddenin sıcaklığı ilk duruma göre artar. Sıcak ortamda bulunan tanecikler hızlı hareket ettikleri için tanecikler arasındaki boşluk fazladır ve fazla hacim kaplarlar. Taneciklerin hızı artar. Tanecikler arasındaki boşluk artar. Maddenin hacmi artar. b) Soğutulan Maddenin Taneciklerinin Hareketi : Maddeler soğutulduğunda yani ısı enerjisi kaybettiğinde (verdiğinde) maddeyi oluşturan taneciklerin hareket enerjileri azalır yani tanecikler daha yavaş hareket ederler. Yavaş hareket eden tanecikler, hızlı hareket eden taneciklerden enerji alırlar. Böylece maddeyi oluşturan taneciklerin hızları birbirine eşit olur. 2
Taneciklerin hızları birbirine eşit olduğu için maddenin sıcaklığı her yerinde aynı olur ve maddenin sıcaklığı ilk duruma göre azalır. Soğuk ortamda bulunan tanecikler yavaş hareket ettikleri için tanecikler arasındaki boşluk azdır ve az hacim kaplarlar. Taneciklerin hızı azalır. Tanecikler arasındaki boşluk azalır. Maddenin hacmi azalır. 6- Isı Aktarımı (Isı Alışverişi) : Sıcaklıkları farklı olan maddeler bir araya getirildiklerinde yani birbirlerine dokundurulduklarında sıcaklık farkından dolayı maddenin taneciklerinin arasında enerji aktarımı (alış verişi) gerçekleşir. Aktarılan bu enerji ısı enerjisidir. Hızlı hareket eden taneciklere sahip madde ile yani sıcaklığı fazla olan madde ile yavaş hareket eden taneciklere sahip madde yani sıcaklığı az olan madde birbirine dokundurulursa maddenin tanecikleri çarpışır. Çarpışma sırasında tanecikler arasında ısı alışverişi gerçekleşir. Çarpışmadan sonra hızlı hareket eden tanecikler yavaşlarken yavaş hareket eden tanecikler hızlanır. 7- Isı Enerjisinin Maddeler Üzerindeki Etkileri : Isı bir enerji çeşididir ve maddeler üzerinde 3 türlü değişiklik yapabilir. Bunlar; Sıcaklık Değişimi Hal Değişimi Boyut Değişimi (Genleşme veya Büzülme) a) Sıcaklık Değişimi : Sıcaklığın var olmasının nedeni ısı enerjisidir. Sıcaklık, maddenin aldığı veya verdiği ısı enerjisinin bir göstergesidir. Bir madde dışarıdan ısı enerjisi aldığında yani madde ısıtıldığında, verilen ısı enerjisini maddeyi oluşturan tanecikler alır ve tanecikler bu enerjiyi hareket enerjisine dönüştürür. b) Hal Değişimi : Katı, sıvı ve gaz halindeki maddelerin ısı enerjisi etkisiyle bir halden diğerine dönüşmesine hal değişimi denir. Hal değişimi olayı ısı enerjisi sayesinde gerçekleşir. 3
c) Boyut Değişimi (Genleşme veya Büzülme) : Dışarıdan ısı enerjisi alan maddelerin hacimlerinde meydana gelen artışa genleşme denir. Dışarıya ısı enerjisi veren maddelerin hacimlerinde meydana gelen azalmaya büzülme denir. Bir madde dışarıdan ısı enerjisi aldığında yani madde ısıtıldığında, maddeyi oluşturan taneciklerin hareket enerjileri artar. Bulunduğu ortama göre sıcaklığı fazla (yüksek) olan her madde çevresine ısı aktarır, yayar. Masa, insan, ateş, buz, su kendisinden daha soğuk bir ortamda bulunduğunda çevresine ısı aktarır, yayar. Isı enerjisi, maddelerde çeşitli yollarla yayılır. Isı enerjisi iletim, konveksiyon (taşıma = sıvı ve hava akımı) ve ışıma (radyasyon) yolu ile yayılır. 1- Isı Enerjisinin İletim Yoluyla Yayılması (İletim) (Taneciklerin Çarpışmasıyla Isının Yayılması) : Maddeyi oluşturan taneciklerin birbirine çarpması ile ısı enerjisinin aktarılmasına ısının iletim yoluyla yayılması denir. Isı enerjisinin iletim yoluyla yayılması bütün maddeler taneciklerden oluştuğu için katı, sıvı ve gazlarda görülür. Isıtılan Teldeki Isı Enerjisinin Telde Yayılması a) Sıcaklıkları Farklı İki Madde Arasındaki Isı Aktarımının İletim Yoluyla Gerçekleşmesi : Isı enerjisinin iletim yoluyla yayılması, maddeler birbirine temas ettiğinde de gerçekleşir. Sıcaklıkları farklı maddeler birbirine dokundurulduklarında yani temas ettiklerinde, sıcaklığı fazla olan madde ısı kaynağı gibi davranarak sıcaklığı az olan maddeye ısı enerjisi aktarır. 1- Sobaya konan çaydanlığın kendinin ve metal kulpunun ısınması. 2- Sobadaki tencerenin içindeki metal kaşığın ısınması. 3- Sıcak tavadaki katı yağın erimesi. 4
b) Maddelerin Isı İletkenlikleri : Bütün maddelerin ısı iletkenlikleri farklıdır. Bazı maddeler ısıyı hızlı, bazıları da yavaş iletirler. Isı enerjisinin iletim yoluyla yayılması bütün maddelerde görülür. Bütün maddeler taneciklerden oluştuğu için katı, sıvı ve gazlar ısı enerjisini iletim yoluyla yayabilirler. NOT : Elektrik enerjisini iletebilen maddelere iletken, iletemeyen maddelere yalıtkan denir. Elektrik enerjisini iyi iletebilen maddeler ısı iletkeni, iyi iletemeyen maddeler ise ısı yalıtkanıdır. 1- Ateşin üstündeki üçayak ve onun üstündeki tencerenin ısınması. 2- Ateşin üstündeki tencerenin tutulurken kalın eldiven giyilmesi. 3- Tavaya konan katı yağın erimesi. 4- Bir ucu ateşin içindeki demir maşanın diğer ucunun ısınması. 2- Isı Enerjisinin Işıma (Radyasyon) Yoluyla Yayılması (Tanecik Olmadan Isının Yayılması) : Isı enerjisinin tanecik olmadan ışınlar sayesinde yayılmasına ışıma denir. Işıma yoluyla ısının yayılmasında temas yoktur ve ışıma ile ısının yayılması boşlukta ve saydam ortamlarda gerçekleşir. a) Isının Güneş ten Dünya ya Ulaşması : 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. 1- Soğuk bölgelerde Güneş gören ev ve işyerlerinin tercih edilmesinin nedeni, ışıma yoluyla gelen Güneş ışınları sayesinde ısınabilmek içindir. 2- Güneşli bir günde evin veya arabanın içinin ısınması fakat camın soğuk kalmasının nedeni cam gibi saydam maddelerin ışığı geçirdikleri için ısınmaması fakat cam ışığı geçirdiği için evin veya arabanın içinin ısınmasıdır. 3- Isı, yanan şömine, fırın ve lambadan ışıma yoluyla yayılır. 4- Güneş ten Dünya ya ısının gelmesi ışıma yoluyla gerçekleşir. 5- Topraktan yapılan cerelerin kullanılması. 5
b) Sera Etkisi : Dünya nın etrafını saran ve Dünya ile birlikte dönen hava tabakasına atmosfer denir. Güneş ten Dünya ya gelen ışınların bir kısmı atmosfere çarparak uzaya geri dönerken büyük bir kısmı da atmosferden geçerek yeryüzüne ulaşır. Atmosfer bu nedenle yeryüzünün fazla ısınmasını engeller. Ayrıca atmosferi oluşturan gazlar, yeryüzüne gelen ışınların bir kısmının uzaya yayılmasını engeller (engelleyen perde oluşturur). c) Küresel Isınma : Atmosferi oluşturan bazı gazlar Güneş ışınlarının bir kısmının yeryüzünde kalmasını sağlar. Fakat atmosferdeki karbondioksit ve karbon monoksit gibi bazı gazların miktarının artması nedeniyle uzaya yayılması gereken ışınlar yayılamazlar ve Dünya normalden fazla ısınır yani sera etkisi artar. Bu olaya küresel ısınma denir. Küresel ısınmaya neden olan karbondioksit gazı, sanayileşmenin artması, araçlardan çıkan egzoz gazları, yeşil bitkilerin azalması ve petrol, kömür ve doğal gaz gibi fosil yakıtların çok kullanılması sonucu artar. NOT : 1-1950 den bugüne kadar atmosferdeki zararlı gaz miktarı artmıştır. 2- Bulutsuz gecelerin, bulutlu gecelere göre daha soğuk olmasının nedeni sera etkisinin azalmasıdır. 3- Güneş ışınlarının zararları; Güneş yanığı yapar. Geçici olarak bağışıklık sistemini baskılar. Güneş ışınına duyarlı cilt hastalıklarının ortaya çıkmasına eden olur. Derinin destek dokularına zarar vererek deride kırışıklılığa yol açar. Gözde katarakt oluşumuna yol açar. Deri kanserlerine yol açar. Güneş ışınları tüm cilt kanserlerinin %90 ınından sorumludur. Çocuklukta karşılaşılan Güneş yanıkları cilt kanseri riskini arttırır. d) Gece Gündüz Arasındaki Sıcaklık Farklılığı : Dünya da geceleri gündüzlerden daha soğuk olmasına rağmen gece ve gündüz arasındaki sıcaklık farkı en fazla 10 15 0C olur. Gece ve gündüz arasında sıcaklık farkının fazla olmamasının nedeni, gece Dünya tarafından ışıma sonucu etrafa yayılan ısı enerjisinin atmosfer tarafından uzaya yayılmasının engellenmesidir. Atmosfer olmamış olsaydı gece ve gündüz arasındaki sıcaklık farkı daha fazla olurdu. e) Işın Soğurma ve Işın Yansıtmanın Maddenin Rengine ve Parlaklığına Bağlılığı : Maddelerin, üzerine düşen ışınları tutmasına soğurma (ışın yutma = ışın emme = ışın tutma) denir. Farklı renkteki yüzeyler üzerine düşen ışınları farklı miktarlarda tutarlar. Koyu renkli yüzeyler üzerine düşen ışınların çoğunu soğururken çok az kısmını yansıtırlar. 6
NOT : 1- Kışları koyu renkli kıyafetler giyilmesinin nedeni, ışınları daha fazla soğurabilmesi içindir. Yazları açık renkli kıyafetler giyilmesinin nedeni, ışınları daha az soğurması, büyük bir kısmını yansıtmasıdır. 2- Termosun içinin parlak olmasının nedeni, içindeki maddenin ısısını emmeyip geri yansıtmasıdır. Böylece içindeki sıcak maddenin soğuması önlenmiş olur. Termosun dışının parlak olmasının nedeni, dışarıdan gelen ısıyı emmeyip geri yansıtmasıdır. Böylece içindeki soğuk maddenin ısınması önlenmiş olur. 3- Isı Enerjisinin Konveksiyon (Taşıma = Hava ve Sıvı Akımı) İle Yayılması (Taneciklerin Yer Değiştirmesi İle Isının Yayılması) : Isı enerjisinin hava veya sıvı akımı ile yani taneciklerin yer değiştirmesi ile yayılmasına ısının konveksiyon yolu ile yayılması denir. Isının konveksiyon yoluyla yayılması sıvı ve gazlarda olur, katılarda olmaz. NOT : 1- Sıvı haldeki maddelerde tanecikler arasındaki boşluk katı maddelere göre daha fazla olduğu için sıvılarda iletim yoluyla ısı yayılması katılara göre daha yavaş gerçekleşir. 2- Soğuk su üstte, sıcak su altta olduğu zaman ısı konveksiyon yoluyla yayıldığı için daha hızlı yayılır. 3- Sıcak su üstte, soğuk su altta olduğu zaman ısı iletim yoluyla yayıldığı için daha yavaş yayılır. 4- Katı maddelerde konveksiyonun gerçekleşmemesinin nedeni, katı taneciklerinin yer değiştirememesi yani öteleme hareketi yapamamasıdır. 1- Soba, kalorifer, klima havayı ısıtınca, ısınan hava genleşir ve yoğunluğu azalır. Bu nedenle ısınan hava tanecikleri hareket eder ve hareket ederken ısı enerjisini de beraberinde taşırlar. 2- Banyo kazanı, termosifon ve konveksiyon borusunda su ısıtılınca ısınan bölgedeki suyun yoğunluğu azalır ve yoğunluğu fazla olan su ile yer değiştirirken yukarı çıkar ve yerine soğuk su gelir. Bütün maddelerin ısı iletkenlikleri farklıdır. Isının bir maddedeki yayılma hızı o maddenin iletken mi yoksa yalıtkan mı olduğunu belirtir. Isı enerjisi daima sıcaklığı fazla olan maddelerden sıcaklığı az olan maddeye doğru yayılır. 1- İletken : Isıyı iyi ileten maddelere ısı iletkeni denir. Isı iletkenlerini oluşturan tanecikler arasındaki boşluk çok azdır ve tanecikler düzenlidir. Isı iletkenleri kısa sürede büyük miktarda ısı iletirler. Metaller (Bakır, alüminyum, demir, ), diğer maddelere göre ısıyı daha hızlı iletirler ve ısı iletkenidirler. 7
2- İletim : Maddelerdeki ısı akışını hızlandırmak için iletken malzemeler kullanılmasına iletim denir. İletim olayında ısıyı iyi ileten iletken malzemeler kullanılır. Pişirme amaçlı kullanılan araçlarda ısı iletiminin iyi olması amaçlanır. 1- Isı kaynağı olan ocaktan yayılan ısının tenceredeki yemeğe kısa sürede ulaşması için ısıyı iyi ileten malzemeler kullanılır. 2- Kalorifer tesisatının yapımında ısıyı iyi ileten malzemeler kullanılır. 3- Yalıtkan : Isıyı iyi iletemeyen maddelere ısı yalıtkanı denir. Isı yalıtkanlarını oluşturan tanecikler arasındaki boşluk çok fazladır ve tanecikler düzensizdir. Isı yalıtkanları kısa sürede çok az miktarda ısı iletirler. 4- Yalıtım : Maddelerdeki ısı akışını yavaşlatmak için yalıtkan malzemeler kullanılmasına yalıtım denir. Maddelerde yalıtımın yapılmasının nedeni bazı maddelerin bulunduğu ortama göre sıcak, bazılarının da soğuk tutulması gerektiği içindir. 1- Kışlık kıyafetlerin, battaniyelerin, bina yalıtım malzemelerinin içinde hava vardır. 2- Cam, plastik, köpük, kağıt, metal bardaklara sıcak çay konduğunda bir süre sonra bardaklardaki çayların sıcaklıklarının farklı olmasının nedeni bazı bardakların ısıyı iyi iletip içindeki çayın ısısının etrafa yayılmasını sağlaması, bazılarının da ısıyı iyi iletemeyip çayın ısısının bardakta kalmasını sağlamasıdır. 5- Vakum : Bazı yalıtım malzemelerinin içindeki hava boşaltılır. Bu sayede ısı akışının hava tanecikleri tarafından gerçekleştirilmesi engellenmiş olur. İçindeki havası boşaltılmış ortamlara vakum denir. Vakumlanmış ortamlarda tanecikler boşaltıldığı için ısı aktarımı gerçekleşmez. 8
6- Yalıtım Malzemeleri : Isı yalıtımını sağlamak için kullanılan malzemelere yalıtım malzemeleri denir. Yalıtım malzemeleri sayesinde besin maddeleri istenilen sıcaklıklarda muhafaza edilebilir, suyun içilme sıcaklığı sağlanır, evlerde ısı yalıtımı sağlanır. Günlük hayatta kullanılacak yalıtım malzemeleri; Çevreye zarar vermemelidir. Ekonomik olmalıdır. Hafif olmalıdır. Yanmaz olmalıdır. Kolay uygulanabilmelidir. Zaman için de bozulup çürümemelidir, uzun ömürlü olmalıdır. Isı iletkenlik değerinde zamanla değişme olmamalıdır. 7- Binalarda Isı Yalıtımının Sağlanması : Isı yalıtımı olmayan binalarda; kışın evin içi sıcaksa ısı akışı içerden dışarı doğru, yazın evin içi soğuksa ısı akışı dışarıdan içeri doğrudur. Binalarda pencere (%25), tavan (çatı) (%25), tavan arası(%20), taban (kat arası = yer döşemesi) (%15) ve bina girişinde (%25) ısı yalıtımına ihtiyaç duyulur. Binalarda ısı yalıtımının sağlanması için; Dış cephe duvarlarında, Cam ve doğramalarda, Çatı ve döşemelerde, Tesisat borularında, Havalandırma kanallarında, Buhar iletim borularında, Toprakla temas eden bölümlerde ve katları ayıran bölümlerde, Garaj, depo gibi ısıtılmayan bölümlere bakan duvarlarda ısı yalıtımı yapılmalıdır. 8- Yalıtım ve Enerji Tüketimi : Ev ve iş yerlerinde kullanılan yalıtım malzemeleri sayesinde sağlanan yalıtım, enerji tüketimin azalmasına, doğal kaynakların ve onların dengesinin korunmasına ve ülke ekonomisine katkı sağlar. Ayrıca ısı yalıtımı sayesinde daha az yakıt madde yakılacağından atmosfere daha az karbondioksit ve diğer zararlı gazların yayılmasını sağlar ve bu sayede sera etkisi azaltılır ve küresel ısınma önlenir. 9
DİNLEDİĞİNİZ İÇİN TEŞEKKÜRLER 10