Katı maddelerin ısı iletim hızı neye bağlıdır sorusu pek çok kişi tarafından araştırılıyor. Sıcaklığın artması cismi oluşturan atom veya moleküllerin titreşimlerini arttırır. Bir cismin ısınması için atom veya moleküllerinin kinetik enerjilerinin artması, soğuması içinde kinetik enerjilerinin azalması gerekir. Isı transferi, termodinamiğin ikinci kanununa göre, daha yüksek sıcaklıktaki bir ortamdan düşük sıcaklıktaki bir ortama doğru olur. Isı geçişi, sıcaklık farkına bağlı olduğu kadar, geçtiği ortamın ve yüzeylerin ısıl (termofiziksel) özeliklerine de bağlıdır. Peki, katı maddelerin ısı iletim hızı neye bağlıdır? İşte, katı maddelerin ısı iletim hızı neye bağlıdır sorusunun detaylı yanıtı…
Katı maddelerin ısı iletim hızı neye bağlıdır?
Çıplak ayakla betona basma üşütür hasta olursun! Ama halıya basabilirsin. Özellikle soğuk havalarda aynı odada çıplak ayakla betona ve halıya bastığımızda, betonun daha soğuk olduğunu hissederiz. Aslında uzun süredir aynı odada oldukları için beton ve halı ısıl dengededir yani aynı sıcaklıktadır. Beton da halı da ayağımızdan daha soğuktur. Sıcaklığı daha yüksek olan ayağımızın altından sıcaklığı daha düşük olan betona ve halıya ısı iletilir. Çünkü beton ısıyı halıya göre çok daha hızlı iletir, yani ısı iletkenliği halınınkinden daha yüksektir. Betona değen ayağımızın sıcaklığı halıya değene göre daha hızlı düşer. Metallerin ısı iletim hızlarının yüksekliğine dikkat edin. Kalorifer petekleri, sobalar ve tencereler ısıyı hızlı ilettikleri için metallerden yapılır. Isı iletim hızı maddenin türüne, kesit alanına, ısının iletildiği uçlar arasındaki sıcaklık farkına ve maddenin kalınlığına bağlıdır.
Isı iletim hızını etkileyen faktörler
Isıyı yavaş iletmesi istenen durumlarda ısı yalıtkanı olan yani ısı iletim katsayısı düşük olan malzemeler kullanılır. Örneğin, pencere camları çift cam olarak tasarlanır ve iki cam katmanının arasına hava ya da ısı iletkenliği daha da düşük olan bir gaz konulur. Benzer şekilde termoslarda da termosun sıvı konulan iç haznesiyle dışı arasında hava bulunur, havanın ısı iletkenliği düşük olduğu için sıvının sıcaklığı uzun süre korunur.
Kesit alanı
Soğuk bölgelerde pencereler neden küçük yapılır? Çünkü pencerenin kesit alanı büyüdükçe ısı iletim hızı artar. Benzer şekilde soğuk bir duvara avcunuzun tamamıyla dokunursanız, bir parmağınızın ucuyla dokunmanıza göre eliniz daha çabuk soğur. Isı iletim hızı kesit alanla doğru orantılıdır, kesit alan arttıkça artar.
Isının iletildiği uçlar arasındaki sıcaklık farkı
Hava çok soğuk olduğu zaman mı yoksa ılık olduğu zaman mı bir pencerenin iç tarafından dış tarafına ısı daha çabuk akar? Elbette çok soğuk olduğu zaman. Ilık bir metal çay kaşığı mı yoksa çok sıcak olan mı elinizi daha çabuk yakar? Elbette çok sıcak olan. Bu örneklerde görüldüğü gibi ısı iletim hızı bir maddenin iki ucu arasındaki sıcaklık farkına bağlıdır. Sıcaklık farkı arttıkça ısı iletim hızı artar.
Maddenin kalınlığı
Kışın neden kalın giysiler giyeriz? Kutup hayvanlarının derileri neden kalındır ve derilerinin altında kalın bir yağ tabakası vardır? Bir ucu ateşin üstündeki demir bir maşayı, ortasından mı yoksa uzak ucundan mı tutarsak elimiz daha hızlı yanar? Bu örneklerin hepsi ısı iletim hızının maddenin kalınlığıyla ters orantılı olduğunu gösteriyor. Kalın olan bir maddenin ısı iletim hızı yavaştır.
