Isı Enerjisinin İletim Yolları

5 soru

Soru 1Soru

Bir döküm atölyesinde çalışan bir usta, fırından yeni çıkardığı sıcak bir demir blok ile ilgili şu gözlemleri yapıyor:

I. Demire doğrudan dokundurulan metal maşanın diğer ucunun bir süre sonra tutulamayacak kadar ısınması,
II. Demir bloğun üzerindeki hava tabakasının genleşip yükselmesiyle yukarıdaki fırın kapağının ısınması,
III. Demir bloğa yaklaşan bir elin, temas etmediği hâlde bloğun karşısından sıcaklığı hissetmesi.

Buna göre; I, II ve III numaralı gözlemlerde gerçekleşen ısı enerjisinin en baskın iletim yolları aşağıdakilerden hangisinde doğru verilmiştir?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: I: İletim, II: Konveksiyon, III: Işıma

Cevap

I: İletim, II: Konveksiyon, III: Işıma şeklinde doğru sıralanan seçenektir.
Katılarda (metal maşa) ısı iletimi titreşim yoluyla yani iletimle; gazlarda (hava) sıcak havanın yükselmesi yoluyla yani konveksiyonla; temas olmaksızın elektromanyetik dalgalarla gerçekleşen ısı aktarımı ise ışıma yoluyla olur. Bu doğrultuda sıralama sırasıyla iletim, konveksiyon ve ışıma şeklindedir.

Adım Adım Çözüm

1
Metal maşadaki ısı aktarım yolunun belirlenmesi
İletim
Katı maddelerde ısı enerjisi, taneciklerin birbirine çarparak titreşimlerini aktarması yoluyla yani iletimle yayılır.
2
Genleşen ve yükselen hava akımındaki ısı aktarım yolunun belirlenmesi
Konveksiyon
Sıvı ve gaz gibi akışkanlarda ısınan taneciklerin genleşip özkütlelerinin azalmasıyla yukarı doğru hareket etmesi ve bu sayede ısıyı taşıması konveksiyon (taşıma) olayıdır.
3
Temassız ve üstünde olunmayan konumda hissedilen ısınmanın aktarım yolunun belirlenmesi
Işıma
Sıcak cisimlerin çevrelerine kızılötesi ışınım (elektromanyetik dalga) yayarak maddesel ortama ihtiyaç duymadan ısı aktarması ışıma yoluyla gerçekleşir.

Anahtar Kavram

Isı iletim yolları: iletim, konveksiyon ve ışıma.
Tahmini Süre:1m 0s
Soru 2Soru

Aşağıda verilen günlük hayattaki ısı aktar��mı senaryolarını, bu senaryolarda baskın olan ısı iletim yolları ile doğru şekilde eşleştiriniz.

Soldaki öğeye tıklayın, sonra eşleşen sağdaki öğeye tıklayın

Öğeler

Fırından çıkan sıcak metal tepsiyi tutan ıslak bezdeki su moleküllerinin, temas halindeki el ile tepsi arasında gerçekleştirdiği doğrudan kinetik enerji aktarımı
Bir odanın tavanına monte edilen klimanın üflediği soğuk havanın yoğunluk farkı nedeniyle aşağı inmesi ve odadaki sıcak havayla yer değiştirerek odada döngüsel bir akış oluşturması
Havası tamamen tahliye edilmiş çift çeperli bir termos kabının içindeki sıcak sıvının, aradaki boşluktan geçerek dış çepere ısı kaybetmesi

Eşleşmeler

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap

Islak bezdeki su moleküllerinin doğrudan enerji aktarımı İletim; klimanın soğuk havayı üflemesiyle oluşan döngüsel akış Konveksiyon; termosun çift çeperi arasındaki boşluktan dışarıya ısı kaybolması ise Işıma ile eşleşir.
Islak bezdeki su moleküllerinin doğrudan enerji aktarımı İletim; klimanın soğuk havayı üflemesiyle oluşan döngüsel akış Konveksiyon; termosun çift çeperi arasındaki boşluktan dışarıya ısı kaybolması ise Işıma ile eşleşir. Çünkü iletim temas ve çarpışma gerektirir, konveksiyon akışkanların yoğunluk farkıyla yer değiştirmesine dayanır, ışıma ise maddesel ortama ihtiyaç duymadan elektromanyetik dalgalarla gerçekleşir.

Adım Adım Çözüm

1
Islak bez ile tepsi ve el arasındaki etkileşimi incelemek
Bez ile tepsi ve el doğrudan temas halindedir. Su molekülleri, sıcaklığı yüksek olan tepsiden el yüzeyine kinetik enerjiyi doğrudan moleküler çarpışmalarla aktarır. Bu iletim (kondüksiyon) mekanizmasıdır.
Doğrudan temas durumunda taneciklerin kinetik enerji transferini belirlemek amacıyla.
2
Klimanın oda içerisindeki hava akış mekanizmasını analiz etmek
Soğuk hava daha yoğun olduğu için aşağı iner, odadaki sıcak hava ise yukarı yükselir. Bu durum akışkan taneciklerinin kütlesel hareketiyle ısı taşınmasıdır, yani konveksiyon (taşınım) mekanizmasıdır.
Yoğunluk farkından kaynaklanan akışkan hareketini sınıflandırmak amacıyla.
3
Havası tahliye edilmiş termos çeperlerindeki ısı geçişini değerlendirmek
Çift çeper arasındaki bölme vakumdur (boşluktur). Maddesel ortam olmadığı için iletim ve konveksiyon yolları kullanılamaz. Isı aktarımı yalnızca elektromanyetik dalgalar (ışıma/radyasyon) aracılığıyla gerçekleşir.
Maddesel ortamın bulunmadığı vakum koşullarında gerçekleşebilen tek ısı yayılma yolunu tespit etmek amacıyla.

Anahtar Kavram

Isı iletim yollarının (iletim, konveksiyon, ışıma) maddesel ortam ihtiyaçları ve fiziksel gerçekleşme mekanizmaları
Tahmini Süre:2m 0s
Soru 3Soru

Havası tamamen boşaltılabilen cam bir fanusun merkezine, sıcaklığı 80C80^\circ\text{C} olan metal bir küre asılıyor. Fanusun bulunduğu dış ortamın sıcaklığı ise 20C20^\circ\text{C}'de sabit tutulmaktadır.

Buna göre, metal kürenin soğuma süreciyle ilgili;

I. Fanusun içindeki hava tamamen boşaltılırsa küreden dış ortama ısı aktarımı gerçekleşmez.
II. Fanusun içinde hava varken küreden havaya ısı aktarımında en etkili yol konveksiyondur.
III. Kürenin dış yüzeyi mat siyah bir boyayla kaplanırsa, birim zamanda ışıma yoluyla yayacağı ısı enerjisi miktarı artar.

yargılarından hangileri doğrudur?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: II ve III

Cevap

Fanusun içinde hava varken en etkili ısı aktarım yolunun konveksiyon olması ve mat siyah yüzeylerin daha fazla ışıma yapması nedeniyle doğru cevap II ve III yargılarıdır.
Fanus içinde hava varken ısı aktarımında en etkili yol konveksiyondur ve kürenin yüzeyi mat siyaha boyandığında ışıma hızı artar.

Adım Adım Çözüm

1
Boşluk ortamında ısı aktarım yollarını değerlendirmek.
Işıma (radyasyon) elektromanyetik dalgalarla gerçekleştiği için yayılmak için maddesel bir ortama ihtiyaç duymaz. Bu nedenle cam fanusun havası tamamen boşaltılsa bile sıcak küre dış ortama ışıma yoluyla ısı aktarmaya devam eder, yani ısı iletimi tamamen durmaz (I. yargı yanlıştır).
Isı iletim yollarından ışımanın boşlukta yayılma özelliğini test etmek.
2
Hava varken gaz ortamındaki baskın ısı aktarım mekanizmasını belirlemek.
Hava gibi akışkan ortamlarda ısı aktarımı esas olarak ısınan moleküllerin yer değiştirmesi, yani konveksiyon (taşıma) yoluyla gerçekleşir. Hava kötü bir ısı iletkeni olduğu için doğrudan katı-gaz iletimi (kondüksiyon) çok yavaştır. Dolayısıyla konveksiyon en etkili yoldur (II. yargı doğrudur).
Gazlardaki baskın ısı aktarım yöntemini açıklamak.
3
Kürenin dış yüzeyinin renginin ışıma hızına olan etkisini incelemek.
Koyu renkli ve mat yüzeyler, parlak veya açık renkli yüzeylere göre ısıyı hem daha iyi soğurur hem de birim zamanda daha yüksek hızda ışıma ile dışarı yayar. Siyah boya kaplaması kürenin emisyon (ışıma) gücünü artırır (III. yargı doğrudur).
Yüzey özelliklerinin (renk ve parlaklık) ışıma yoluyla yayılan ısı enerjisi hızına etkisini açıklamak.

Anahtar Kavram

Isı enerjisinin iletim yolları (iletim, konveksiyon ve ışıma) ve bunların maddesel ortam gereksinimleri ile yüzey özelliklerine bağımlılığı.
Soru 4Soru

Isı enerjisinin iletim yolları ile ilgili verilen aşağıdaki günlük hayat ve doğa olaylarını, bu olaylarda baskın olan ısı aktarım mekanizmalarıyla doğru şekilde eşleştiriniz.

Soldaki öğeye tıklayın, sonra eşleşen sağdaki öğeye tıklayın

Öğeler

Bulutsuz bir gecede yeryüzünün, g��n boyu depoladığı ısı enerjisini kızılötesi elektromanyetik dalgalar halinde yayarak soğuması
Sıcak kaplıca suyunun, havuzun tabanındaki kaynaktan çıktıktan sonra yoğunluk farkı nedeniyle yukarı doğru yükselerek havuzun geneline yayılması
Isıtılan bir binanın dış duvarını oluşturan tuğlaların iç yüzeyindeki atomların titreşim enerjilerini, temas halinde oldukları komşu atomlara aktararak ısıyı dış ortama iletmesi

Eşleşmeler

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap

Bulutsuz gecede yeryüzünün kızılötesi dalgalarla soğuması ışıma ile; sıcak kaplıca suyunun yükselerek dağılması konveksiyon ile; tuğla duvarın atom titreşimleriyle ısı aktarması ise iletim yoluyla eşleşir.
Doğru eşleştirmede: Elektromanyetik dalgalarla gerçekleşen ısı yayılımı ışıma; akışkan moleküllerinin yer değiştirmesiyle oluşan ısı aktarımı konveksiyon; katı tuğla duvardaki atomların titreşimiyle oluşan ısı aktarımı ise iletim mekanizmalarıyla eşleşmektedir.

Adım Adım Çözüm

1
Birinci olaydaki ısı aktarım mekanizmasını belirlemek.
Yeryüzünün kızılötesi elektromanyetik dalgalar yayarak soğuması analiz edildiğinde, elektromanyetik dalgalar yoluyla ısının yayılması ışıma (radyasyon) olarak tanımlanır. Bu nedenle birinci olay ışıma ile eşleşir.
Işıma mekanizmasının gerçekleşmesi için maddesel bir ortama gerek yoktur ve ısı elektromanyetik dalgalarla taşınır.
2
İkinci olaydaki ısı aktarım mekanizmasını belirlemek.
Sıcak suyun yoğunluk farkı nedeniyle dikey olarak yükselmesi ve yer değiştirmesi analiz edildiğinde, bu durum akışkanların kütlesel hareketi olan konveksiyon (taşıma) olarak tanımlanır. Bu nedenle ikinci olay konveksiyon ile eşleşir.
Konveksiyon mekanizması akışkanlarda (sıvı ve gazlarda) sıcaklık farkından kaynaklanan yoğunluk değişimi ve taneciklerin yer değiştirmesiyle gerçekleşir.
3
Üçüncü olaydaki ısı aktarım mekanizmasını belirlemek.
Katı tuğla duvarı oluşturan atomların titreşimlerini temas yoluyla yanlarındaki atomlara aktarması analiz edildiğinde, bu durum iletim (kondüksiyon) olarak tanımlanır. Bu nedenle üçüncü olay iletim ile eşleşir.
İletim mekanizması katı maddelerde atom ve moleküllerin birbirine çarparak titreşim enerjilerini aktarmasıyla gerçekleşir.

Anahtar Kavram

Isı enerjisinin iletim yolları; maddesel ortama ihtiyaç duyan (iletim ve konveksiyon) ve duymayan (ışıma) mekanizmalar ile bunların katı, sıvı ve gazlardaki gerçekleşme şekilleri.
Tahmini Süre:1m 30s
Soru 5Soru

Uluslararası Uzay İstasyonu'nda (yer çekimsiz ortamda) bulunan bir astronot, kapalı bir kap içerisindeki durgun suyu, kabın tabanına temas eden elektrikli bir ısıtıcı plaka yardımıyla ısıtmaktadır. Astronot; yer çekimli ortamda (Dünya'da) benzer koşullarda yaptığı deneyde suyun kısa sürede homojen olarak ısındığını, yer çekimsiz ortamda ise ısıtıcıya yakın bölgedeki suyun sıcaklığı hızla artarken üst kısımlardaki suyun sıcaklığının çok yavaş arttığını gözlemlemiştir.

Buna göre, uzay istasyonunda gerçekleşen bu olayla ilgili,

I. Yer çekimsiz ortamda ısınan suyun özkütlesi azalsa da kaldırma kuvveti oluşmadığından sıcak su yukarı doğru hareket etmez.
II. Uzay istasyonundaki kapta ısı enerjisi, ısıtıcıdan üst kısımlardaki suya yalnızca ışıma (radyasyon) yoluyla aktarılmıştır.
III. Yer çekimsiz ortamda, özkütle farkına dayalı doğal konveksiyon (taşıma) yoluyla ısı aktarımı gerçekleşmemiştir.

yargılarından hangileri doğrudur?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: I ve III

Cevap

Yer çekimsiz ortamda kaldırma kuvveti oluşmadığı için doğal konveksiyon gerçekleşmez, dolayısıyla doğru yargılar I ve III ifadelerini içeren seçenektir.
I ve III ifadelerini içeren seçenektir. Sıvılarda doğal konveksiyonun gerçekleşebilmesi için ısınan sıvının genleşerek özkütlesinin azalması ve yer çekimi etkisiyle yukarı doğru yükselmesi gerekir. Yer çekimi ivmesinin sıfır olduğu uzay istasyonunda bu yükselme hareketi gerçekleşmez, yani konveksiyon ile ısı aktarımı olmaz. Isı, su içinde moleküllerin birbirine çarpmasıyla iletim (kondüksiyon) yoluyla çok yavaş bir şekilde yayılır. Bu yüzden ısıtıcıya uzak bölgelerin ısınması çok yavaş gerçekleşir.

Adım Adım Çözüm

1
Konveksiyon (taşıma) yoluyla ısı aktarımının gerçekleşme mekanizmasını analiz etmek.
Konveksiyonun sıvılarda sıcakl��k farkından dolayı oluşan özkütle farkı ve yer çekimi ivmesi (kaldırma kuvveti) etkisiyle sıvı moleküllerinin yer değiştirmesi sonucu gerçekleştiği belirlenir.
Yer çekimsiz ortamdaki ısı aktarım farklılığının temel sebebini anlamak için bu mekanizmanın gereksinimlerini belirlemek gerekir.
2
Yer çekimsiz ortamın sıvılardaki ısı aktarım yollarına etkisini değerlendirmek.
Uzay istasyonunda yer çekimi sıfır olduğu için, ısınan su genleşse bile yukarı doğru hareket etmesini sağlayacak bir kaldırma kuvveti oluşmaz. Dolayısıyla doğal konveksiyon gerçekleşmez. Isı, sıvı içinde moleküler temas yoluyla (iletim) çok yavaş bir şekilde yayılır.
Öncüllerde verilen durumların fiziksel doğruluğunu kontrol etmek.
3
Yargıları tek tek değerlendirerek doğru olanları seçmek.
I. yargı (kaldırma kuvveti oluşmaması nedeniyle sıcak suyun yükselmemesi) doğrudur. II. yargı (ısının yalnızca ışıma yoluyla aktarılması) yanlıştır çünkü su içinde iletim yoluyla da ısı aktarılır. III. yargı (doğal konveksiyonun gerçekleşmemesi) doğrudur. Buna göre doğru yargılar I ve III olur.
Soru kökünde istenen doğru ifadeleri tespit etmek.

Anahtar Kavram

Isı Enerjisinin İletim Yolları (İletim, Konveksiyon, Işıma)
Tahmini Süre:2m 0s
Isı Enerjisinin İletim Yolları Alıştırma Soruları — YKS TYT (Temel Yeterlilik Testi) | Examkin