6.6. ÜN‹TEÜN‹TE

MADDE VE ISI

1. MADDEN‹N TANEC‹KL‹ YAPISI VE ISI

2. ISI NASIL YAYILIR?

3. ISI YALITIMININ TEKNOLOJ‹K ÖNEM‹

1. MADDEN‹N TANEC‹KL‹ YAPISI VE ISIBir madde kat›, s›v› ve gaz olmak üzere üç hâlde bulunabilir. Her üç hâlde de

maddelerin moleküllerden ve atomlardan olufltu¤unu biliyoruz.

Madde hangi halde olursa olsun, madde atomlar› ve molekülleri daima hare-

ket hâlindedir.

Kat› bir maddenin molekülleri

bulunduklar› yerde titreflim hareke-

ti yapar. S›v›n›n molekülleri birbiri

üzerinde kayarak yer de¤ifltirirler.

Gazlarda ise moleküller bulunduk-

lar› kab›n içinde ba¤›ms›z olarak

her yöne hareket ederler. ‹ster kat›,

ister s›v›, ister gaz hâlinde olsun,

belli s›cakl›ktaki her maddenin mo-

lekül ve atomlar› hareketlidir.

Her bir molekülün hareket (kinetik) enerjisi vard›r. Bir maddenin molekülleri-

nin kinetik ve potansiyel enerjilerinin toplam›na ›s› enerjisi denir. Bir maddenin

sahip oldu¤u ›s› enerjiisi madde miktar›yla do¤ru orant›l›d›r.

Günefl ›fl›nlar› yeryüzüne ulafl›nca, üzerine düfltü¤ü tafl, toprak, su gibi mad-

deler ›s›n›r; ›fl›nlar›n›n bir k›sm› ›s›ya dönüflür. Yaz›n çok ›s›nan tafl, kum, toprak

gibi maddelerin s›cakl›¤› artt›¤›ndan üzerine ç›plak ayakla basamay›z. Is›t›lan ba-

k›r tencerenin de bir süre sonra s›cakl›¤› artarak, elimizi yakacak duruma gelir.

Yeteri kadar ›s›t›lm›fl olan odun ya da k⤛t parças› ise tutuflur.

Petrol ürünleri, odun, kömür gibi yak›tlar›n yap›lar›ndaki enerji, bu yak›tlar

yand›¤›nda ›s›ya dönüflür.

Elektrik enerjisi, maddelerin iç enerjisi, ses enerjisi, günefl enerjisi gibi ›s› da

bir enerji çeflididir. Yemek piflirmede, ›s›nmada, makinelerin, motorlar›n, fabrika-

lar›n, santrallerin çal›flt›r›lmas›nda bu ›s›dan yararlan›r›z. Is› enerjisini üretebil-

mek için önce di¤er bir enerji türünün tüketilmesi gerekir. Söz gelifli kömür yan-

madan ›s› enerjisi elde edemeyiz. Yanma s›ras›nda kömürdeki kimyasal enerji ›s›

enerjisine dönüflür.

Elektrik enerjisi; elektrik oca¤›, ütü, ›s›t›c›, f›r›n gibi araçlardaki tellerde ›s›ya

dönüflür. Biz de bu enerjiyi çeflitli ifllerimizi yapmada kullan›r›z.

141

S›cakl›k

Molekül ya da atomlar de¤iflik h›zlarla hareket ettiklerinden hepsinin h›zlar›

birbirine eflit de¤ildir. Buna göre her atom ya da molekülün ortalama bir kinetik

enerjiye enerjiye sahip oldu¤unu söyleyebiliriz.

Her bir molekülün sahip oldu¤u kinetik enerjinin de¤eri çok küçüktür. Bu ne-

denle tek tek moleküllerin kinetik enerjilerini hissedemeyiz. Herhangi bir madde-

yi oluflturan moleküllerin kinetik enerjilerinin toplam› çok büyük de¤erlere ulafl›r.

Biz bu toplam enerjiyi ölçebiliriz.

Bir maddeyi oluflturan moleküllerin sahip olduklar› kinetik enerjileri toplam›-

n›n, o maddenin ›s› enerjisi oldu¤unu önceki y›llarda ö¤rendiniz. Bütün molekül-

lerin sahip oldu¤u kinetik enerjilerin toplam›n› o maddeyi oluflturan molekül say›-

s›na böleriz. Böylece molekül bafl›na düflen ortalama kinetik enerjiyi elde ederiz.

Bu da bize o maddenin s›cakl›¤› hakk›nda bir fikir verir.

Moleküllerin hareketleri artt›kça, kinetik enerjileri artar. Bu ise molekül bafl›-

na düflen ortalama kinetik enerjinin; k›saca s›cakl›¤›n artmas›d›r. Buna göre s›-

cakl›k bir maddedeki moleküllerin ortalama kinetik enerjileri ile ilgili bir büyüklük-

tür.

Bir maddenin belli bir standarda göre so¤uklu¤unu veya ›l›kl›¤›n› gösteren ni-

celik, s›cakl›k olarak bilinir.

S›cakl›k maddeyi oluflturan moleküllerin h›zlar› ile ilgilidir. Maddeyi oluflturan

moleküllerin tek tek kinetik enerjileri birbirleriyle ayn› olabildi¤i gibi farkl› da ola-

bilir.

Moleküllerin ortalama bir kinetik enerjisi vard›r. Maddenin bir molekül veya

atomunun sahip oldu¤u ortalama kinetik enerji ile do¤ru orant›l› büyüklü¤e s›cak-

l›k denir. S›cakl›¤› artan bir maddenin molekülleri h›zlanm›fl demektir.

Bir maddeye ›s› verildi¤inde moleküllerin hareketi h›zlan›r ve kinetik enerjile-

ri artar. K›saca moleküller kinetik enerji kazan›r. Böylece ›s› enerjisi kazanan

maddelerin s›cakl›klar› yükselir.

So¤uyan maddelerde ise moleküllerin hareketi yavafllar. Bu da moleküllerin

kinetik enerjilerinin azalmas› demektir. Is› enerjisi kaybeden maddelerin s›cakl›k-

lar› düfler.

Anlat›lanlardan da anlafl›laca¤› gibi ›s› ile s›cakl›k ayn› kavramlar de¤ildir. Bu-

na bir örnek verelim:

Kaynamakta olan çaydanl›ktaki sudan bir çay barda¤› su alal›m. Çaydanl›k-

taki ve çay barda¤›ndaki sular›n s›cakl›klar› ayn›d›r. Fakat ikisindeki ›s› miktarla-

r› birbirine eflit de¤ildir. Çaydanl›ktaki s›cak su ile daha çok buz eritebiliriz. Bir

bardak su ile eritilen buz çok azd›r. Çaydanl›ktaki suyun ›s›s›, bir bardak suyun

›s›s›ndan daha fazlad›r.

Is› ve s›cakl›k aras›ndaki farklar flöyle özetlenebilir:

1. Is› bir enerji çeflididir. S›cakl›k ise enerji de¤ildir, bir ölçümdür.

2. Is› kalorimetre ile ölçülür, s›cakl›k ise termometre ile ölçülür.

3. Is› birimi kalori ve jouledür, s›cakl›k birimi ise derecedir.

142

Fen Bilgisi Madde ve Is› Ünite – 6

ÖRNEK

Yanan küçük bir k⤛t parças› ile bir tanker dolusu suyun ›s› ve s›cakl›¤› aras›ndaki iliflki nas›l olur?

Çözüm

K⤛t parças›n›n s›cakl›¤› suyunkinden oldukça fazlad›r. Ancak kütlesi kâa¤›t parças›na göre oldukça

fazla olan suyun ›s› miktar› daha büyüktür. Is› enerjisi maddenin kütlesi ile do¤ru orant›l›d›r.

ÖRNEK

Mehmet ve Ayfle çay içmek istiyorlar. Ocaktaki çayd›nl›ktan Mehmet kupas›n›, Ayfle ise barda¤›n› dol-

duruyor.

Kupan›n hacmi bardaktan büyük oldu¤una göre;

I. Kupa ve bardaktaki çaylar›n s›cakl›klar› ayn›d›r.

II. Kupa ve bardaktaki çaylar›n yo¤unluklar› farkl›d›r.

III. Kupadaki çay›n ›s› miktar› bardaktakine göre fazlad›r.

ifadelerinden hangileri do¤rudur?

(Is› kay›plar› ihmal edeliyor.)

Çözüm

I. Kupa ve barda¤a çaylar ayn› çaydanl›ktan konuluyor. Her ikisinin de s›cakl›klar› eflittir.

II. Ayn› cins s›v›n›n farkl› miktarlar›n›n yo¤unluklar› de¤iflmez. Bir damla çay›n da, bir çaydanl›k dolusu

çay›n da yo¤unluklar› ayn›d›r.

III. Ayn› s›cakl›ktaki ayn› cins s›v›lar›n miktarlar› farkl› ise ›s›lar› da farkl› olur. Miktar› fazla olan s›v›n›n

Is› enerjisi daha fazlad›r. Dolay›s›yla kupadaki çay›n ›s› miktar› fazla olur.

I ve III ifadeleri do¤rudur.

2. ISI NASIL YAYILIR?Yanan atefl üzerinde ›s›nan tencereye dokundu¤umuzda elimiz yanar. An-

cak farkl› maddeden yap›lm›fl tencere sap› tutuldu¤unda elimiz yanmaz. T›pk›

bunun gibi yanan odun parças›n›n ucundan tutuldu¤unda elimiz yanmazken, ›s›-

t›lm›fl demir tel elimizi yakar.

Bu örneklerden de anlafl›ld›¤› gibi maddelerin ›s› iletkenlikleri farkl›d›r.

Is›y› en iyi ileten metal gümüfltür. Tahta, cam ve kumafl gibi kat›lar›n ›s› ile-

timleri zay›ft›r. Bu yüzden tencere, çaydanl›k ve kafl›k gibi mutfak gereçlerine el

yakmamas› için tahta ve sert plastik malzemeden saplar yap›l›r.

143

Fen Bilgisi Madde ve Is› Ünite – 6

Is›n›n yay›lmas› üç farkl› flekilde olur.

1. ‹letim yoluyla

2. Konveksiyon yoluyla

3. Ifl›ma yoluyla

a. ‹letim Yoluyla

Is› kat› maddelerde iletim yoluyla yay›l›r. Is› alan kat› taneciklerin hareket

enerjileri artar. Kat› hâldeki maddede taneciklerin titreflimleri artar. Titreflen tane-

cikler çevrelerindeki di¤er tanecikleri de titrefltirir. Böylelikle enerji tanecikten ta-

neci¤e iletilir.

fiekildeki bak›r çubuk K ucundan ›s›t›ld›¤›nda çubu¤a mumla tutturulmufl i¤-

nelerden önce L, sonra M ve N i¤neleri düfler. K ucu ›s›t›l›nca titreflen atomlar,

komflu atomlar› da titreflime zorlayarak ›s›n›n L, M ve N ye do¤ru yay›lmas›n›

sa¤larlar. Is›n›n bu flekilde yay›lmas›na iletim yoluyla yay›lma denir.

Uçlar›na mumlarla raptiyeler tutturulmufl flekildeki demir ve bak›r teller flekil-

deki gibi ›s›t›lmaya baflland›¤›nda önce bak›r tel üzerindeki raptiyeler dökülmeye

bafllar. Bunun nedeni bak›r›n ›s› iletkenli¤inin demirden daha iyi olmas›d›r.

Yemek yaparken, metal kafl›k kullan›l›rsa elimiz yanar, ancak tahta

kafl›k kullan›rsak yanmaz. Metal ›s›y› daha iyi iletir. Bu yüzden ev ha-

n›mlar› mutfakta tahta kafl›k kullanmay› tercih ederler.

Bir deney tüpüne flekildeki gibi bir miktar su koyal›m. Daha sonra

içine bir parça buz parças› atal›m. Buzun dibe batmas› için üzerine bir

raptiye saplayal›m.

Tüpteki suyu üstten ›s›tmaya bafllayal›m. Bir süre ›s›tmam›za ra¤-

men buzun erimedi¤ini görürüz. Bu durum bize suyun kötü bir iletken

oldu¤unu gösterir.

Bak›r ve aluminyum iyi ›s› iletkenidir. Cam yünü, plastik köpük, çift

caml› pencerelerdeki hava bofllu¤u ve termoslardaki iç – d›fl çeper aras› vakum

ise iyi birer ›s› yal›tkan›d›r.

›s›

su

buz

S›cak suya konan kafl›klardan en çabuk metal kafl›k ›s›n›r. Plastik kafl›k ikinci, tahta kafl›k ise en son ›s›n›r.

144

Fen Bilgisi Madde ve Is› Ünite – 6

b. Konveksiyon (Madde Ak›m›)

S›v› ve gazlar kolay hareket edebilen ak›flkan maddeler-

dir. Is›nan maddelerin hacimleri artar ve yo¤unluklar› azal›r.

Yo¤unluklar› azalan s›v› ve gaz molekülleri yukar› do¤ru ha-

reket ederler.

Yandaki flekilde görüldü¤ü gibi bir beherglas›n üçte ikisi-

ni su ile doldural›m. ‹çine birkaç tane potasyum permanganat

kristali b›rakal›m. Bu kristaller hemen dibe çöker. Daha son-

ra beherglas› küçük bir alevle ›s›tmaya bafllayal›m.

Beher glastaki geliflmeleri dikkatle izlersek bir süre sonra pembe renkli suyun

yukar› do¤ru yükselmeye bafllad›¤›n› görürüz.

Bu deneyi nas›l aç›klayabiliriz?

Is›t›lan beherglasta önce alttaki renkli su ›s›n›r.

Is›nan su molekülleri, genleflip hacimleri art›nca, yo¤unluklar› azal›r ve yük-

selirler. Yükselen su moleküllerinin yerlerini so¤uk su molekülleri al›r. Böylece ›s›

s›cak suyun hareketi vas›tas›yla yay›lm›fl olur.

Benzer flekilde soba veya kalorifer yanan bir odada ›s›nan hava yükselir. Is›-

n›p yükselen havan›n yerine so¤uk hava gelir. Böylece tüm oda ›s›n›r.

Is›n›n s›v› ve gazlarda bu flekilde yay›lmas›na

konveksiyon (madde ak›m›) ile yay›lma denir.

Yukar›daki flekillerde gösterilen hava ak›mlar›n›n

yönlerini aç›klama çal›fl›n›z.

Is›n›n konveksiyon yoluyla yay›lmas›ndan baca

sistemlerinde, odalar›n havaland›r›lmas›nda ve s›cak

su sistemlerinde yararlan›l›r.

s›cak toprak

so¤uktoprak

hava ak›m›

hava ak›m›

so¤uk su(deniz)

›l›k su(deniz)

musluk

yak›t

S›cak su sistemi

X

s›caksu

›s›t›c›

flamandra

so¤uksu

hava borusu

taflan su ç›k›fl›

potasyumpermanganatkristalleri

145

Fen Bilgisi Madde ve Is› Ünite – 6

ÖRNEK

fiekilde ›s›t›c›y› su dolu kovan›n dibine koydu¤umuzda suyun her taraf› ›s›n›yor.

Fakat ›s›t›c›y› suyun üst k›sm›na dald›rd›¤›m›zda suyun alt k›sm› ›s›nm›yor.

Bunun nedeni nedir?

Çözüm: S›v› alttan ›s›t›ld›¤›nda genleflen suyun öz kütlesi azalarak yukar› ç›kar.

Yukar›daki so¤uk ve öz kütlesi büyük olan su afla¤› inerek konveksiyon ak›m›

meydana gelir. Su üstten ›s›t›ld›¤›nda öz kütlesi büyük olan so¤uk su yukar› ç›kamaz. Yani konveksiyon

ak›m› oluflmaz. Su kötü iletken oldu¤u için iletim yoluyla da ›s› iletilmez. Sonuçta suyun üst k›sm› s›cak,

alt k›sm› so¤uk olur.

c. Ifl›ma (Radyasyon)

Kaynaktan ç›kan ›s› enerjisi etrafa görülür veya

görülmez ›fl›nlarla da yay›labilir. Is›n›n bu flekilde ya-

y›lmas›na, ›fl›ma (radyasyon) ile yay›lma denir.

Günefl’ten Dünya’ya gelen ›fl›nlar enerjilerini

üzerine düfltükleri cisimlere aktararak onlar› ›s›t›rlar.

Mikrodalga f›r›nlar›nda, elektrik ampullerinde ›s›, ›fl›-

ma yoluyla yay›l›r. Tüm s›cak cisimler etraflar›na k›-

z›l ötesi ›fl›nlar yayarlar. Bu nedenle az veya çok ›fl›-

ma yoluyla ›s› yayarlar. Soba, ütü, kalorifer ve ›s›t›c› gibi aletlerde ›s›n›n yay›lma

flekli hem konveksiyon hem de ›fl›ma ile olur.

K›fl›n güneflli günlerde, d›flar›da s›cakl›k s›f›r›n alt›nda iken güney yönünde

olan ve iyi günefl alan evlerin içinin soba gerektirmeyecek kadar ›s›nmas›, ›fl›ma

yoluyla ›s› yay›lmas›na iyi bir örnektir.

fiekil (a) daki engelin arkas›ndaki el k›sa sürede ›s›n›r. Bunun nedeni ›s›n›n

›fl›ma ile yay›lmas›d›r. Ayn› deney (b) deki gibi yap›lacak olursa, elin daha k›sa

sürede ›s›nd›¤› gözlenir. Maddelerin ›fl›nlar› tutup ›s›ya dönüfltürmeleri olay›na

so¤urma denir.

Bir oda içindeki ›s›nan havan›n yükselmesi sonucunda da bir ak›m oluflur.

Beherde ›s›t›lan su içinde bir ak›m oluflur.

146

Fen Bilgisi Madde ve Is› Ünite – 6

Yandaki flekilde hangi el ›s›n›r, niçin?

Ifl›k düz, parlak ve aç›k renkli yüzeylerden daha iyi

yans›rken, pürüzlü, koyu renkli ve mat yüzeyler bu ›fl›n-

lar› tutarak (so¤urarak) ›s› enerjisine çevirirler.

Bu nedenle sobalar ile duvar aras›na düzgün parlak lev-

halar konur. Bu levhalardan yans›yan ›fl›n tekrar oda içi-

ne yönelir.

Siyah ve beyaz boyal› iki öz-

defl teneke kutunun içine su

doldurup bir süre günefl alt›n-

da bekletildikten sonra flu gö-

rülür: Siyah renkli teneke kutu-

daki su daha s›cakt›r. Siyah

kutu fazla ›fl›n so¤urarak ça-

buk ›s›n›r. Aç›k renkli madde-

lerde so¤urma fazla olmaz.

Bir teneke kutunun iç yüzeylerinden birini siyaha boyayal›m.

Karfl›s›ndaki yüz parlak kals›n. Bu karfl›l›kl› iki yüzeye d›fltan

mumla metal paralar yap›flt›ral›m.

Daha sonra kutunun içine flekilde görüldü¤ü gibi yanan bir

ampul sallay›p bir süre bekleyelim. Hangi yüzdeki mum daha ön-

ce erir ve metal para düfler?

Dünya ikliminin s›cak kalmas› üzerinde atmosferin etkisi bü-

yüktür. Atmosferi olmayan gezegen ve uydular›n gündüz ve ge-

ce s›cakl›klar› aras›nda büyük fark vard›r.

Hava kirlili¤inin çok oldu¤u bölgelerde günefl ›fl›nlar›n›n bir k›sm›n›n yeryüzü-

ne ulaflmas› engellenir. Bu nedenle bu bölgeler nispeten so¤uktur.

Karbondioksit ve metan gibi gazlar yeryüzünden yans›y›p uzaya yönelen gü-

nefl ›fl›nlar›n› so¤utarak atmosferin ›s›nmas›na neden olurlar. Bu olaya sera et-

kisi denir.

3. ISI YALITIMININ TEKNOLOJ‹K ÖNEM‹Is› kayb›n›n istenmedi¤i durumlarda ›s› yal›t›m› malzemeleri kullan›l›r. So¤uk

ve s›cak s›v›lar› muhafaza eden termoslar, evlerin s›cak ve so¤uktan korunmas›

için ›s› yal›t›m›n›n yap›lmas›, pencerelerin çift cam olmas›, oda zeminlerinin tah-

ta parke ile döflenmesi, su borular›n›n izocamla sar›lmas›, tu¤lalar aras› köpük

kullan›lmas› gibi olaylar ›s› yal›t›m› ile ilgilidir.

Yans›t›c› yüzeyler de ›s› yal›t›m›nda kullan›l›r. Bunun en iyi örneklerinden bi-

risi ayna cepheli modern binalard›r.

boyal›yüzey

parlakyüzey100 W ampul

metalpara

metalpara

147

Fen Bilgisi Madde ve Is› Ünite – 6

Buzdolab›n› ve onun bir bölmesi olan buzlu¤un ne ifle yarad›¤›n› düflününüz.

Günlük hayatta baz› cisimlerin s›cak tutulmas› gerekirken baz›lar›n›n da so¤uk tu-

tulmas› gerekir. Siz bu maddelere örnekler verebilirsiniz. S›cak ve so¤uk cisimlerin

s›cakl›klar› ortamla karfl›laflt›r›l›r. Bir maddeyi ortama göre uzun süre s›cak veya so-

¤uk tutmak nas›l sa¤lanabilir? Bunun için yal›tkan cisimlerden ve ›s› yal›t›m›ndan

yararlan›l›r.

‹nflaat duvarlar›nda, pencerelerde, tavanlarda, su depolar›nda, buhar borula-

r›nda, k›sa süreli g›da paketlerinde ve so¤uk hava depolar›nda de¤iflik yal›t›m

malzemeleri kullan›l›r. Yayg›n ›s› yal›t›m› malzemeleri olarak plastik köpük, ah-

flap, asbest, volkan tüfleri, katran, fosfatlar, cam yünü, silikon yünü gibi madde-

lerden yararlan›l›r.

Bu yal›tkanlar ›s›y› iletmedikleri gibi yanmaya karfl› da dayan›kl›d›r. Kolay ko-

lay tutuflmazlar. Yani tutuflma s›cakl›klar› çok yüksektir.

Binalarda yal›t›m enerji tüketimi aç›s›ndan da önemlidir. Çat›, kap›, pencere

ve buhar iletim borular›nda yal›t›m, ekonomik aç›dan büyük tasarruf sa¤lar. K›fl›n

›s›t›lan veya yaz›n so¤utulan bir mesken veya büroda, yal›tma olmazsa, ›s›tma

ve so¤utma giderleri büyük oranda artar. Bu nedenle ›s› yal›t›m›na gereken önem

verilmelidir.

‹nsanlar içinde ›s› yal›t›m› önemlidir. K›fl›n giyilen k›yafetler koyu renkli ve

yün, kufl tüyü gibi malzemelerden yap›l›rken yaz›n ise aç›k renkli, pamuklu ve

ince k›yafetler kullan›lmaktad›r.

Kutup ay›lar›n›n kal›n kürkleri sayesinde vücut s›cakl›klar›n› korumas›, kar

üzerinde duran kufllar›n tüylerini kabartmas› ve kutup bölgelerinde yaflayan

insanlar›n buzdan yapt›klar› evlerde (iglo) yaflamas› ›s› yal›t›m› ile ilgili örnek-

lerdir.

ÖRNEK

Termosun, içinin ve d›fl›n›n parlak yap›lmas›n›n sebebi nedir?

Çözüm: ‹çinin parlak olmas›n›n sebebi, içindeki s›cak maddenin ›s›s›, termosun parlak yüzeyine çarpa-

rak yans›s›n ve tekrar kendi içine dönsün. Yani d›flar›ya ›s› akmas›n. D›fl›n›n parlak olmas›n›n sebebi

ise içine so¤uk su kondu¤unu düflünelim. Bu sefer de bunun ›s›nmas› istenmeyecektir. D›flar›dan ter-

mosun içine ›s› girmemifl olur.

ALIfiTIRMA

Kutucuk numaralar›n› kullana-

rak, kutucuklar›n alt›ndaki soru-

lar› yan›tlay›n›z.

a) ‹çinde ›s›yla ilgili araçlar›n yaz›l› oldu¤u kutucuklar›n numaralar› :................................................

b) ‹çinde ›s›n›n maddeye yapt›¤› etkilerin yaz›l› oldu¤u kutucuk numaralar› :..................................

c) ‹çinde ›s›n›n yay›lma yollar›n›n yaz›l› oldu¤u kutucuklar›n numaralar› :.........................................

ç) ‹çinde s›cakl›k art›fl› amac›yla kullan›lan araçlar›n yaz›l› oldu¤u kutucuklar›n numaralar› :..........

148

Fen Bilgisi Madde ve Is› Ünite – 6