Termal enerji, ısı dağılımı yoluyla bir sistemden diğerine aktarıldığında, olaya ısı transferi denir.
Bu, üç şekilde yapılabilir - iletim, konveksiyon ve radyasyon.
İletim vs Konveksiyon vs Radyasyon
bu iletim, konveksiyon ve radyasyon arasındaki fark daha yüksek kinetik enerjili bir bölgeden daha düşük kinetik enerjili bir bölgeye ısının nasıl aktarıldığı ile ilgilidir. İletimde bu, iki nesne arasındaki doğrudan fiziksel temas yoluyla olur. Konveksiyon ise, ısı moleküllerin hareketi yoluyla aktarıldığında meydana gelir. Radyasyon, diğer yöntemler gibi iki nesne arasında fiziksel temas gerektirmez.
İletim, Konveksiyon ve Radyasyon Arasındaki Karşılaştırma Tablosu (Tablo Şeklinde)
| Karşılaştırma Parametresi | iletim | Konveksiyon | Radyasyon |
|---|---|---|---|
| Tanım | Doğrudan fiziksel temas yoluyla nesneler arasında ısı transferi süreci. | Sıvılar veya gazlar gibi akışkan bir ortamdan ısı transferi işlemi. | Elektromanyetik dalgalar yoluyla ısı transferi süreci. |
| Yöntem | Katılar birbirleriyle temas ettiğinde moleküler çarpışma nedeniyle ısı aktarılır. | Isı, akışkanların akışıyla aktarılır. | Isı, bir ortama ihtiyaç duymadan cisimlerin yaydığı radyasyon yoluyla aktarılır. |
| Çünkü | Yüksek sıcaklıktaki bir bölgeden düşük sıcaklıktaki bir alana yayılan ısı. | Düşük yoğunluklu bir alandan yüksek yoğunluklu bir alana yayılan ısı. | Atomların ve moleküllerin dönme ve titreşim hareketleri yoluyla cisimler tarafından yayılan enerji. |
| Orta | Isıtılmış katılar. | Sıvılar gibi araya giren maddeler. | Elektromanyetik dalgalar. |
İletim nedir?
İki nesne arasında doğrudan temas yoluyla ısı transferi işlemine iletim denir.
Bir cismin molekülleri ısı enerjisini emdiğinde hızlı hareket etmeye başlarlar ve bunu yaparken komşu cisimlerle temasa geçerler ve bir enerji transferi meydana gelir.
İletimin gerçekleşmesi için bazı faktörlerin akılda tutulması gerekir.
Birincisi, ısının aktığı yönün ve aktarım hızının açıklaması olan sıcaklık gradyanıdır. Sıcak bir kaynaktan soğuk bir kaynağa (veya ısı enerjisinden yoksun bir kaynağa) iletim süreci, her iki cisim de bir termal denge durumuna ulaşana kadar devam eder.
Bir diğer önemli faktör, ilgili nesnelerin boyutudur. Daha büyük nesneler ısınmak için daha fazla ısı gerektirir, ancak aynı zamanda daha hızlı ısı kaybederler. Bunun nedeni, yüzey alanları ne kadar büyük olursa, açık hava ile o kadar fazla temas halinde olmalarıdır. Nesnelerin fiziksel özellikleri de dikkate alınmalıdır.
Yemek pişirirken tahta kaşık kullanırsanız, kaşığın ısınmadığını fark edeceksiniz. Bunun nedeni ahşabın kötü bir iletken olmasıdır.
Ancak metal bir kaşık kullanacaksanız, metal iyi bir iletken olduğu için ısı çok hızlı bir şekilde ona aktarılacaktır. Zayıf iletkenlere yalıtkan da denir. Enerjinin kaynaktan uzaklaşmasını engellerler.
Örneğin, kutup ayıları kutup bölgelerinde hayatta kalabilir çünkü kürkleri ısıyı vücut içinde hapseden bir yalıtkan görevi görür.
Konveksiyon nedir?
Bir akışkanın, ısıtılan akışkanın kaynak ısıdan uzaklaşması nedeniyle kütle hareketi meydana geldiğinde, onunla birlikte enerji taşır. Bu da bir ısı transferi şeklidir ve konveksiyon olarak adlandırılır.
Bu işlem, ısı, hava ve su gibi sıvıların yoğunluğunu azalttığı için gerçekleşir. Yoğunluk kaybı sıvının yükselmesine neden olarak enerji aktarabilen konveksiyon akımları yaratır.
Akışkanın ısınan katmanları yükseldikçe, yoğunluğunu koruyan daha soğuk katmanlar, ısınana kadar ısı kaynağına doğru iner ve yükselmeye başlar.
İki tür konveksiyon vardır - kendiliğinden ve zorlamalı. İlkinde, konveksiyon, kaldırma kuvveti nedeniyle doğal olarak meydana gelir. Sıcaklık farkı yoğunluk farkı yaratır.
Örneğin, güneşten gelen ısı dünyayı ısıttığında, deniz enerjinin çoğunu emer ancak ısınması karadan daha fazla zaman alır.
Bu nedenle, karanın üzerindeki hava yoğunluğunu daha hızlı kaybederek kıyı bölgeleri üzerinde düşük basınçlı bir alanın oluşmasına neden olur. Ancak deniz üzerindeki alan daha yüksek basınca sahiptir ve bu da havanın yüksek basınç alanından alçak basınç alanına yani denizden karaya hareket etmesine neden olur.
Bu nedenle deniz kenarındaki esinti genellikle daha kuvvetlidir. Zorlanmış konveksiyon, fan veya gayzer gibi harici bir kaynak kullanılarak meydana gelir. Newton'un denklemi aşağıdaki gibi olan soğutma yasası ile ilgilidir:
P = dQ/dt = hA(T-T0)
Burada P = dQ/dt ısı transfer hızıdır. h, konveksiyon ısı transfer katsayısıdır. A, maruz kalan malzemenin yüzey alanıdır.
T, sıvıdaki nesnenin sıcaklığını ifade eder ve T0 konveksiyon sürecinden geçmek için yapılan sıvının sıcaklığını ifade eder.
Radyasyon nedir?
Her ikisi de iki cisim arasında gerçek fiziksel temas gerektiren iletim ve taşınımdan farklı olarak, radyasyon, cisimler temas etmediğinde veya boşlukta ayrıldığında bile meydana gelen ısı transferidir.
Evrendeki her şey, birlikte molekülleri oluşturan atomlardan oluşur. Atomların ve moleküllerin dönüşü ve titreşimi, tüm maddelerin elektromanyetik radyasyon yoluyla enerji yaymaya devam etmesini sağlar.
Yüksek atomik seviyelerde yüksek enerjili elektronlar, enerjinin daha düşük olduğu seviyelere iner. Yol boyunca kaybolan enerji, elektromanyetik radyasyon olarak yayılır.
Enerji bir atom tarafından emildiğinde, elektronları daha yüksek enerji seviyelerine tırmanır. Bu nedenle, enerjinin emilme hızı, yayılma hızı ile dengelendiğinde, maddenin sıcaklığı değişmez.
İlki ikincisinden büyükse sıcaklık yükselir ve daha düşükse sıcaklık da düşer.
Radyasyon yoluyla ısı transferinin yaygın bir örneği güneştir. Diğer gezegenlerin hiçbiriyle temas etmez ve ısı transferi için fiziksel bir ortam da yoktur.
Yine de, yaydığı ve ışınlarının dünyaya ulaşmasını sağlayan elektromanyetik radyasyon nedeniyle sıcaklığını hissedebiliyoruz.
İletim, Konveksiyon ve Radyasyon Arasındaki Temel Farklılıklar
Çözüm
İletim, taşınım ve radyasyon termodinamik çalışmasında önemli kavramlardır.
Basitçe söylemek gerekirse, sıcak bir nesneden veya sıcak bir bölgeden bölgedeki soğuk bir nesneye geçen ısı iletimdir.
Akışkan akımlarının hareketi yoluyla aktarılan ısı konveksiyondur ve herhangi bir ortam olmaksızın elektromanyetik dalgalar yoluyla aktarılan ısı radyasyondur.
- https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0142727X94000144
- https://asmedigitalcollection.asme.org/heattransfer/article-abstract/85/4/318/414710
