Isının ışıma yoluyla aktarılması Nedir? Isının ışıma yoluyla aktarılması Ne demek? – Bilgi Anahtari

Isının ışıma yoluyla aktarılması nedir?

Isı aktarımı, iletim ve konveksiyon dışında ışıma yoluyla da olur. Ancak ışıma yoluyla ısı aktarımı farklı özelliklere sahiptir. Güneş’ten gelen enerji uzaydan ve atmosferden geçerek yeryüzüne ulaşır. Ancak atmosfer ısıyı iyi iletmediğinden enerji atmosferden iletim yoluyla geçemez ve yeryüzüne ulaşamaz. Çünkü enerji konveksiyon yoluyla aktarılırken ısınan hava ya da sıvılar genleşerek yukarı doğru hareket eder ve enerji aşağıdan yukarıya doğru taşınır. Güneş’ten gelen ışınlar ilk olarak atmosferin üst katmanları ile karşılaştığı için atmosferin üst kısımlarının sıcak, yeryüzüne yakın kısımlarının ise soğuk olması gerekir. Oysa Dünya yeryüzünden atmosfere doğru da ısınır. Dolayısıyla Güneş’ten gelen bu enerji Dünya’mıza farklı bir yolla gelmek zorundadır. Bu durum fizikte enerjinin ışıma yoluyla aktarılması (radyasyon) olarak adlandırılır.

Enerjinin, iletim ve konveksiyonla aktarımlarından farklı olarak ışıma yoluyla aktarımı için maddesel bir ortama ihtiyaç yoktur. Isının ışıma yoluyla aktarımı boşlukta ışık hızıyla hareket eden elektromanyetik dalgalar ile gerçekleşir. Radyo dalgaları, görünür ışık, X-ışınları, kızıl ötesi ışınlar, mor ötesi ışınlar ve gama ışınları elektromanyetik dalgalara örnektir. Bunlar dalga boylarına göre sıralandığında görünür bölgede en büyük dalga boyuna sahip ışığın rengi kırmızı en küçük dalga boyuna sahip ışığın rengi mordur.

Sıcaklık değeri mutlak sıfırın üzerindeki tüm maddeler, elektromanyetik dalga yayınlar. Maddelerin sıcaklıkları ne kadar yüksekse yayınladıkları bu dalgaların enerjileri de o kadar yüksek olur. Güneş’in sıcaklığı Dünya’nın sıcaklık ortalamasına göre çok yüksek olduğu için Güneş, elektromanyetik spektrumun görünür bölgesine denk düşen elektromanyetik dalgalar yayınlar. Fakat Dünya’mızın sıcaklığı Güneş’e oranla çok az olduğundan Dünya’nın yayınladığı elektromanyetik dalgalar kızıl ötesi bölgeye denk düşmektedir. Bu duruma en güzel örnek yanardağlardan fışkıran lavlardır. Sıcaklığı 5.000 °C civarında olan lav, sarı görünürken sıcaklığı 12.000 °C civarında olan lav beyaza yakın görünür.

ısının ışıma yoluyla aktarılması

Maddelerin ışıma yaparak enerji yaydığını ve bu nedenle sıcaklıklarının sürekli azalması gerektiğini biliyoruz. Ancak maddeler ışıma yapmalarının yanı sıra enerji de soğururlar.Enerjiyi iyi yayıcı maddeler, aynı zamanda iyi birer soğurucudurlar. Siyah renkli maddeler iyi soğuruculara örnek verilebilir. Beyaz renkli maddeler ise kötü soğurucudurlar. Bu nedenle iç kısmı beyaz renkli bardağa konan sıcak su, siyah renkli bardağa konan sıcak sudan daha geç soğur.

Bir madde ışıma yaparken aynı zamanda soğurma da yapıyorsa bu maddenin sıcaklık değişimi, ışıma ve soğurma dengesine bağlıdır. Madde, soğurduğu enerjiden daha fazlasını yayınlıyorsa sıcaklığı azalır, bunun tam tersi durumda ise sıcaklığı artar. Dünya, geceleri soğurduğu enerjiden daha fazlasını yaydığı için hava soğumaktadır. Havanın soğuduğu ve uygun şartların oluştuğu bölgelerde (havanın neme doyduğu %75’lik sınır seviyesinden sonra) havadaki su buharı 0 °C altındaki sıcaklıklarda gaz halinden sıvı hale geçmeden buza dönüşür.

Kırağı olarak adlandırılan bu durum kışın ağaç veya bitki yapraklarında çok sık gözlenir. İyi soğurucu olmadıkları ve iyi ışıma yapamadıkları için toprak ve asfaltlarda kırağı oluşmaz. Dünya’nın ısınması da benzer durumla açıklanmaktadır. Güneş’ten gelen yüksek frekanslı ışınlar atmosferden geçerek yeryüzüne ulaşır. Yeryüzü bu ışınları soğurur ve ısınır. Bu sırada Dünya da aynı şekilde ışıma yapar. Atmosfer, yüksek enerjili ışımalara geçirgen davranırken düşük enerjili ışımalara dalga boyları büyük olduğundan opak madde gibi davranır ve bu ışımanın bir kısmının atmosferi terk etmesine izin vermez. Atmosferi terk edemeyen bu ışınlar nedeniyle Dünya gereğinden fazla ısınmaktadır. Bu durum sera etkisi olarak adlandırılır.

ısının ışıma yoluyla aktarılması

Güneş enerjisiyle çalışan su ısıtma sistemleri sera etkisine benzetilebilir. Bu sistemlerde atmosfer görevini kullanılan camlar görür. Yüksek enerjili (düşük dalga boylu) ışık karşısında saydam olan cam, düşük enerjili (yüksek dalga boylu) ışık karşısında opak madde gibi davranır ve enerjinin içeride hapsedilmesini sağlar. Işıma yoluyla yayılan enerji, herhangi bir maddeyle karşılaştığında maddenin özelliklerine bağlı olarak soğurulur ya da yansıtılır. İyi soğurucu olarak tanımladığımız maddeler, üzerlerine gelen ışımanın çoğunu soğururken çok azını yansıtırlar.

Eğer bir madde, üzerine gelen tüm ışımayı soğuruyor ya da geçirmiyorsa siyah renkte görünür. Yandaki fotoğrafta da görüldüğü gibi güneşli bir günde uzaktaki bir tünele baktığınızda tünelin girişinin siyah göründüğünü fark edeceksiniz. Bunun nedeni girişe gelen ışımanın herhangi bir yerden yansımayıp tünelin içerisine girmesi ve tünelin iç kısmındaki birkaç yansımadan sonra soğurulmasıdır. Elektromanyetik ışımayı iyi yansıtan maddeler kötü birer soğurucudurlar. İyi yansıtıcı maddelere örnek olan temiz kar bu özelliğinden dolayı hızlı bir şekilde erimez. Çok miktarda kar bulunan bölgelerde baharın gelişiyle birlikte çok sık su baskınlarına rastlanır.

Bu baskınların en büyük nedeni iyi bir yansıtıcı olan beyaz renkli temiz karın, hava sıcaklığındaki artışa bağlı olarak hızlıca erimesidir. Erime hızını azaltmak için kış mevsiminin sonuna doğru uçaklarla yüksek bölgelerdeki karların üzerine kurum serpilir. Kirlenen kar rengi koyu olduğu için artık iyi bir soğurucu olur ve düşük hava sıcaklıklarında yavaş yavaş erimeye başlar. Işıma yoluyla yayılan enerjiyi iyi yansıtan yüzeyler ısı yalıtımlarında kullanılır. Günlük yaşantıda kullandığımız termoslar, arabalardaki parlak güneşlikler ve gözlük camları yansıtıcı yüzeylerinden dolayı ısı alış verişini engeller. Benzer şekilde Güneş Ocağı” adlı yazıda belirtilen güneş ocaklarının yüzeyleri de enerjiyi iyi yansıtan yüzeylerdir. Bu sayede üzerlerine düşen ışığı yansıtarak odakta toplar ve tencerenin ısınmasını sağlar.

Sıvı molekülleri sürekli hareket halinde olduklarından birbiriyle çarpışırlar. Bu çarpışmalarda bazı moleküller enerji kazanarak hızlarını artırırken bazıları enerji kaybederek daha yavaş hareket eder. Sıvı yüzeyine yakın olup hızlı hareket eden moleküller eğer yeterli enerjiye sahipse sıvı yüzeyinden kurtularak havaya karışır. Bu olay buharlaşma olarak adlandırılır. Sıcaklığı, maddeyi oluşturan moleküllerin ortalama kinetik enerjisinin ölçüsü olarak tanımlamıştınız. Hızlı moleküllerin sıvı yüzeyinden ayrılıp yavaş moleküllerin sıvıda kalması sebebiyle oluşan buharlaşma esnasında sıvı moleküllerinin ortalama kinetik enerjileri, yani sıvının sıcaklığı azalır. Buharlaşmanın çok sık gerçekleştiği zamanlarda havanın serinlemesinin nedeni budur.

Buharlaşmanın serinletici etkisine günlük yaşantımızda birçok yerde rastlarız. Spor yapan insanların vücut sıcaklıkları sürekli artmaktadır. Vücut, sıcaklık dengesini sağlayabilmek için sürekli terler ve buharlaşan ter sayesinde vücut sıcaklığı dengelenir. Vücutları yeterince terleme yapamayan canlılar ise bu ihtiyaçlarını farklı şekillerde karşılar. Köpekler dillerini dışarıya çıkararak ağız sıvılarını buharlaştırır ve bu sayede sıcaklık dengelerini sağlar. Mandalar ise çamura yatarak vücutlarını ıslatır ve buharlaşma sayesinde serinler.

Benzer şekilde elimize kolonya döktüğümüzde serinlik hissetmemizin nedeni kolonyanın içerisinde bulunan alkolün ısıyı alarak buharlaşmasıdır. Ayrıca yazın sudan çıkan bir insanın üşümesi de vücudunda kalan suyun buharlaşması sonucu vücudu terkeden ısı ile açıklanır. Duştan çıkan bir insanın üzerindeki suyu hızlıca kurulamasının nedeni buharlaşmayı azaltarak üşümeyi engellemektir.

Belediyelerin yazları sokakları ıslatma amacı, suyun buharlaşarak ortamdaki ısıyı almasını sağlamak ve bunun sonucunda çevreyi serinletmektir. Ayrıca ateşi çıkan çocukların vücuduna ıslak bez konmasının nedeni de ıslak bezin buharlaşmasıyla vücut sıcaklığının düşmesini sağlamaktır. Hava akımındaki artış, basıncı düşürdüğünden buharlaşmayı artırır. Bu yüzden ıslak çamaşırlar rüzgarlı havalarda daha kolay kurur.

ısının ışıma yoluyla aktarılması

Yeterli enerjiye sahip olup su yüzeyinden ayrılan su molekülleri havaya karıştıktan sonra havanın özgül kütlesini azalttığı için yükselir. Bu sırada buharlaşmanın tersi olan yoğuşma başlar. Yoğuşma, buharlaşmanın aksine ısınma sürecidir. Çünkü bu süreçte ortama enerji aktarılır. Bu durum, dus alınan bir ortamda yoğuşma sonucu oluşan su buharının etrafı ısıtmasında görülür. Suyun her sıcaklıkta buharlaştığı dikkate alındığında yüksek sıcaklıklarda gerçekleşen buharlaşma sonucu oluşan yoğuşma, ortamı daha fazla ısıtır. Örneğin; 100 °C’taki 1 g su buharının yoğuşma esnasında etrafa verdiği ısı, 10 °C’taki su buharının yoğuşma esnasında verdiği ısıdan daha fazladır. Bu nedenle sıcak su buharı cildimize zarar verirken soğuk su buharı zarar vermez.

Hava sıcaklığı buharlaşma ve yoğuşma dengesine bağlı olarak değişir. Eğer buharlaşma yoğuşmadan fazlaysa hava soğur, az ise hava ısınır. Sıcak havalarda hızlı şekilde hareket eden su buharı molekülleri havada birbirleriyle çarpışır. Bu çarpışmalar sonunda, enerjileri yüksek olduğundan birlikte hareket edemezler. Hava sıcaklığının düşük olduğu durumlarda ise yavaş hareket ettiklerinden çarpışmalardan sonra yapışarak birlikte hareket ederler. Bu durumda birleşen moleküller ağırlaşarak bulutları oluşturur. Bulutlar yeryüzüne çok yakınsa sis olarak adlandırılır. Sis ile bulut arasındaki fark yeryüzüne olan uzaklıklarıdır. Bulutlarda bulunan su buharları yeterli derecede yoğuşursa hava sıcaklığına göre yağmur, kar veya dolu olarak yeryüzüne düşer.

Buharlaşmayı, yeterli enerjiye sahip moleküllerin sıvı yüzeyinden ayrılması olarak tanımlamıştık. Sıvı içerisinde de buharlaşma için yeterli enerjiye sahip moleküller olabilir. Moleküller yandaki şekilde de görüldüğü gibi dışarıdan aldıkları enerji sonucu oluşturdukları buhar basıncıyla sıvı yüzeyine çıkmaya çalışan hava baloncukları meydana getirir. Bu baloncuklar sıvı buhar basıncının, sıvının yüzeyine etki eden dış basınca eşit olduğu durumda ortaya çıkar. Bu durum kaynama olarak adlandırılır. Kaynama, buharlaşmanın en hızlı halidir. Bir sıvının kaynaması için sıvının iç basıncının dış basıncına eşit olması gerekir. Bu durum iki farklı şekilde sağlanabilir. Bunlardan ilki sıvının, iç basıncının dış basınca eşit oluncaya kadar ısıtılmasıdır. İkincisi ise basınç faktörüdür. Çünkü kaynama sadece sıcaklığa değil, basınca da bağlıdır.

Düdüklü tencereler ısınma sonucu oluşan buharın dışarıya çıkmasını engelleyerek yüksek bir basınç oluşturur. Düdüklü tencerenin içindeki basınç arttıkça tencerenin içindeki sıvının yüzeyine etki eden basınç da artar. Bu durum kaynamayı engeller. Buhar basıncıyla oluşacak hava baloncukları parçalanır. Böylece tencerenin içindeki sıvının kaynama noktası yükselir. Bu yükselme baloncuklardaki buhar basıncı su yüzeyindeki buhar basıncını geçene kadar devam eder. Bu nedenle düdüklü tencerelerde
suyun kaynama sıcaklığı 120 ?C civarındadır.

Kaynama sıcaklığının yüksek olması düdüklü tencerelerdeki yemeklerin daha hızlı ve iyi pişmesini sağlar. Dış basınç yani atmosfer basıncı azaltıldığında ise sıvının kaynaması kolaylaşır, dolayısıyla kaynama noktası düşer. Örneğin, su 200 kPa basınçta 120,23 °C’ta, 1.100 kPa basınçta ise 179,91 °C’ta kaynar. Suyun kaynama sıcaklığı her 1.000 m yükseklik için yaklaşık 3,3 °C azalır. Su, deniz kenarında 100 °C’ta kaynar. Deniz seviyesinden yükseklere çıkıldıkça atmosfer (açık hava) basıncı azalacağından suyun kaynama sıcaklığı da azalır. Örneğin, deniz seviyesinden yüksekliği yaklaşık 1.893 m olan Erzurum’da su 93,4 °C’ta kaynarken deniz seviyesinden yüksekliği 33 m olan Trabzon’da 99,9 ?C’ta kaynar.

Saf maddeler için 1 atm’lik basınç altında kaynamanın gerçekleştiği sabit sıcaklığa kaynama noktası denir. Kaynama sıcaklığındaki bir sıvının 1 gramını gaz hale getirmek için alması gereken ısı miktarı buharlaşma ısısı olarak adlandırılır. Yoğunlaşma sıcaklığındaki bir gazın 1 gramını sıvı hale getirmek için vermesi gereken ısı miktarı ise yoğuşma ısısı adını alır. Aynı madde için buharlaşma ve yoğuşma ısıları aynı değerde olup Lb ile gösterilir. Buharlaşan maddelerin alması gereken ısı ile yoğuşan maddelerin vermesi gereken ısı; Q = m Lb ile hesaplanır. Buharlaşma, sabit basınç altında her sıcaklıkta oluşabilirken kaynama belirli bir sıcaklıkta gerçekleşir. Dışarıdan ısı almasına rağmen kaynama esnasında maddenin sıcaklığı değişmez.

Katı haldeki maddelerin molekül hareketlerini, el ele tutuşarak bulunduğu yerde zıplamaya çalışan bir grup insanın hareketine benzetebiliriz. Belirli bir süre sonra zıplama hareketi sıklaştıkça insanların el ele tutuşması zorlaşır ve insanlar birbirlerinden ayrılmaya başlar. Sürekli titreşim hareketi yapan katı haldeki maddelerin molekülleri de yeterli miktarda enerji verildiğinde titreşim hareketini artırır. Bunun sonucunda moleküllerin bir arada kalması zorlaşır, madde hal değiştirir. Maddelerin katı halden sıvı hale geçmesi erime olarak adlandırılır. Maddelerin 1 atm basınç altında erimeye başladığı sıcaklığa erime noktası denir. Erime noktasındaki bir maddenin 1 gramının erimesi için alması gereken ısıya erime ısısı adı verilir ve Le ile gösterilir.

Sıvı haldeki bir maddeden enerji alındığında moleküler hareket yavaşlar. Moleküler hareket yeterince yavaşladığında ise madde donmaya başlar. Donma olayı erimenin tam tersidir. Sıvı haldeki maddelerin 1 atm basınç altında donmaya başladığı sıcaklığa donma noktası denir. Saf bir madde için erime ve donma noktası aynıdır. Yeterince ısı verildiğinde katı maddeler sıvıya, sıvı maddeler gaz haline dönüşebilir. Bu dönüşüm sırasında madde, ortamdan enerji alır. Aynı şekilde gaz halindeki bir madde ortama enerji vererek sıvı hale geçer. Bu sıvı, ortama enerji vermeye devam ederse katı hale geçer. Kısaca enerji değişimi maddelerin halini değiştirebilir.

ısının ışıma yoluyla aktarılması

Yeryüzünde bulunan su, ortamdan enerji alarak hal değiştirir. Bu değişim yağmurun oluşması için gereklidir. Gaz haline dönüşen su molekülleri, yükseldikçe ortama enerji aktarır ve tekrar yoğunlaşır. Bu sayede hal değişimi tersine dönmüş olur. Buzdolaplarının çalışma ilkeleri de bu döngü ile açıklanabilir. Buzdolabının içerisinde kompresör motoruna bağlı olan ve içinde azot gazı bulunan kanallar vardır. Bu kanallar motorun bir ucundan çıkıp buzdolabının dışındaki rezistansı, dolabın iç yüzeyini ve buzluğunu dolaşarak motorun diğer ucuna döner. Motorun basınçla sıkıştırdığı azot gazı sıvılaşır.

Bu sırada dolabın dışındaki rezistansa itilir ve azot sıvılaşırken ısısını dışarıya vererek soğur (Sıvı azotun sıcaklığı 0 °C’tan düşüktür.). Isı dışarıya verildiğinden elimizi buzdolabının arkasına veya altında bulunan rezistanslara yaklaştırdığımızda sıcaklık hissederiz. Sıvı azot daha sonra motorun basıncıyla buzdolabının içindeki kanallara itilir. Bu kanallarda dolaşırken dolabın içini soğutur ve emdiği ısı sayesinde tekrar buharlaşarak arkasındaki motora döner. Bu şekilde sürekli bir devridaimle buzdolabının içinden alınan ısı, dış ortama verilir ve buzdolabının soğuması sağlanır.

Sabah saatlerinde ağaç veya bitki yapraklarında su damlacıklarının oluşma nedeni, havadaki su buharının ortama ısı enerjisi vererek yoğuşmasıdır. Benzer durum yemek pişirirken tencerenin kapağını açtığımızda kapağın içinin ıslak olmasında da görülür. Yemek pişerken buharı kapaktaki yüzeye ısı vererek sıvı hale geçer. Bu olay, kışın su buharının doğrudan buza dönüşümü (kırağı) şeklinde de gerçekleşir.

ısının ışıma yoluyla aktarılması

Su molekülleri arasında şeker veya tuz gibi yabancı iyonlar yoksa su, 1 atm basınç altında 0 °C’ta donar. Ancak içerisinde tuz gibi yabancı maddeler varsa suyun donma noktası düşer. Su donarken moleküller birbirlerini tutar ve altıgen yapıda buz kristallerini oluştur. Tuz içerisinde bulunan klor iyonları su içerisindeki hidrojen atomlarının elektronlarını tutarak kristal yapı oluşmasını engeller. Su moleküllerinin yabancı iyonların bu etkisinden kurtulması için daha yavaş hareket etmesi gerekir. Yeterince yavaş hareket eden moleküller birbirlerini tutarak buz kristali oluşturur.

Maddelerin donmasına veya erimesine yabancı iyonların yanı sıra basıncın da etkisi vardır. Buz kristalleri üzerine basınç uygulandığında kristallerin altıgen yapısı bozulur, böylece erime gerçekleşir. Anlık olarak eriyen buz bir süre sonra tekrar donmaya başlar. Bu özellik suyu diğer maddelerden ayırır. Kar ve dolunun basıncın yüksek olduğu yerlerde kendiliğinden erimeye başlamasının sebebi budur. Basıncın erime üzerindeki etkisini kışın kar topu yaparken de görürüz. Elimize bir miktar kar alıp üzerine basınç uyguladığımızda kısa bir süre içinde kar eriyip yeniden donar. Bu sayede kar topu yapabiliriz.

Eğer dış ortam sıcaklığı düşükse uyguladığımız basınç karın erimesine yetmeyeceği için soğuk havalarda kartopu yapmak zordur. Dev buzulların alt kısımlarından erimesi bu duruma başka bir örnektir. Buzullar ağırlıklarından dolayı altta kalan kısımlarına büyük basınç uygular. Bu basınçla alt kısımlardaki buzların erime noktası düşer ve erime gerçekleşir. Basıncın erime noktasına etkisinin bir başka örneği, buz patenlerinin buz üzerinde rahatça kaymasıdır. Ucu bıçak gibi keskin olan patenlerin buza değen alanı çok küçük olduğundan yaptığı yüksek basınçla buz yüzeyini anında eritir. Böylece paten, buz ile arasında oluşan ince su tabakası üzerinde rahatça kayar. Buz pateninin yüzeye uyguladığı basınç ortadan kalkınca suya dönüşen kısım yeniden ısı kaybederek buza dönüşür. Benzer durum kızak ve kayaklarda da görülür.

Leave a Reply

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir