MADDENİN TANECİKLİ YAPISI VE ISI
Anahtar kelimeler…Madde,molekül,molekül yığını,ısı,tanecik,…
Madde: Hacmi ve kütlesi olan her şey.
Molekül:Aynı ya da farklı cins atomlardan oluşmuş, bir maddenin tüm özelliğini taşıyan en küçük parçası.
Molekül yığını: Çok sayıda molekülden oluşan molekül topluluğu.
Isı: Bir enerji türü.
Tanecik: Maddeleri oluşturan moleküller,parçacıklar.
ETKİNLİK-1 ile işe başlayalım…
Araç –gereçlerimiz:
İspirto ocağı,beherglas veya deney tüpü, su,pamuk, vs.
Öğretmenimizle bir beherin veya deney tüpünün üçte ikisine kadar su doldurup yavaş yavaş ısıtalım.Su içindeki hareketleri gözlemleyelim. (Su kaynamadan önce içine küçük pamuk kümecikleri atılarak su içindeki hareketleri şahaneleştirebiliriz.)
Haydi canlarım soruları irdeleyelim:
Beherdeki suyun ısınması sırasında sudaki hareket nasıl etkilendi?
Hareket edenler tek bir molekül mü yoksa molekül kümeleri midir?
Bu deneyde ısı veren ve ısı alan maddeler nelerdir?
Su ısı kaynağından ısıyı nasıl almış olabilir?
Bilgilerimizi tazeleyelim:
Isı ve hareket ilişkisi sıvılarda ve gazlarda kolayca görünürleştirilebilir.Görünen hareket moleküllerin hareketidir.Fakat görünen şeyler molekül değil,moleküllerin yığınıdır.Üçüncü üniteden hatırlarsak moleküller tek tek gözle görülemeyecek kadar küçüktür.Suyu ısıttığımızda hareket eden çok sayıda molekülün oluşturduğu molekül kümeleridir.Bunlar “molekül yığını” olarak adlandırılabilir.
ETKİNLİK-2 ile çalışmaya devam edelim…
Araç-gereçlerimiz : Elektrik sobası,güç kaynağı,el feneri,vs.
Bir elektrik sobası veya ocağını, çıplak direnç telleri üste gelecek şekilde yerleştirilip güç kaynağına takalım. Ocağın 20-30 cm üstünden geçen bir cep feneriyle oluşturulmuş ışık huzmesini, beyaz bir arka zemine (duvar olabilir) düşürelim. Direnç akkor hâline gelirken ısınan havanın içinde hareket olup olmadığını arka planda gözlemleyelim.
Şimdi de sorularımıza bakalım:
Isınma sırasında havadaki hareket nasıl etkilendi?Neler gözlemlediniz?
Hava ısı kaynağından ısıyı nasıl almış olabilir?
Bilgi:
Etkinliklerimizdeki ısı alış-verişi kısmen, doğrudan temas ile olmuştur, teldeki veya alevdeki hızlı moleküller hava veya su moleküllerine çarpıp onları hızlandırmıştır.
Gel gelelim özetimize:
***Bütün maddeler tanecikli yapıdadır.Bu katı,sıvı veya gaz halindeki maddelerin ortak özelliklerindendir.
***Maddenin tanecikli yapısı nedeniyle ısıtılan maddedeki tanecikler sıcaklığın etkisiyle enerji kazanarak hızlanırlar,birbirlerine daha çok çarparlar.
***Maddelerde ısıttığımızda hareketini gözlemlediğimiz şeyler tek molekül değil,molekül yığınlarıdır. Çünkü molekül gözle görülemeyecek kadar küçüktür.
ETKİNLİK -1, 2)SONUCUMUZ MADDELER ISINDIKÇA MOLEKÜLLER HIZLANIR.
ETKİNLİK-3 ile devam ediyoruz.
Araç- gereçlerimiz: İki adet bilye,vs.
Düz bir zemin üzerinde biri yavaş,diğeri hızlı iki cam bilyeyi çarpıştırma denemeleri yapalım. Bilyelerin çarpışmadan önceki ve sonraki hareketlerine dikkat edelim.
-------> <--------
Şimdi çarpışıyoruz.
Not edelim:
Çarpışma sırasında hangi bilgenin hızlandığını,hangi bilgenin yavaşladığını not edelim.
Dikkat: Güvenilir sonuçlar elde edebilmek için denemeleri ard arda yapınız.
Soru:
Bu deneyde acaba hangi bilye sıcak,hangi bilye soğuk molekülü temsil ediyor?
Bilgi:
Çarpışan bilyelerin kiminin yavaşlayıp kiminin hızlanması, atomlar-moleküller arası ısı alış-verişi ile doğrudan ilintili olup önemli bir gözlemdir. Bu gözlemle, hızlı→sıcak ve yavaş→soğuk anlayışının yerleşmesi beklenmektedir.
ETKİNLİK-3 ) SONUCUMUZ SICAK MOLEKÜLLER HIZLI,SOĞUK MOLEKÜLLER YAVAŞ HAREKET EDER.
Sera Etkisi ve Küresel Isınma
Dünya atmosferi çeşitli gazlardan oluşur. Ayrıca küçük miktarlarda bazı asal gazlar bulunmaktadır. Güneşten gelen ışınlar (ısı ışınları/kısa dalgalı ışınlar), atmosferi geçerek yeryüzünü ısıtır. Atmosferdeki gazlar yeryüzündeki ısının bir kısmını tutar ve yeryüzünün ısı kaybına engel olurlar. (CO2, havada en çok ısı tutma özelliği olan gazdır.)
Atmosferin, ışığı geçirme ve ısıyı tutma özelliği vardır. Atmosferin ısıyı tutma yeteneği sayesinde suların sıcaklığı dengede kalır. Böylece nehirlerin ve okyanusların donması engellenmiş olur. Bu şekilde oluşan, atmosferin ısıtma ve yalıtma etkisine sera etkisi denir. Dünya atmosferi cam seralara benzer bir özellik gösterir.
Son yıllarda atmosferdeki CO2 miktarı hava kirlenmesine bağlı olarak hızla artmaktadır. Metan, ozon ve kloroflorokarbon (CFC) gibi sera gazları çeşitli insan aktiviteleri ile atmosfere katılmaktadır. Bu gazların tamamının ısı tutma özelliği vardır.
CO2 ve ısıyı tutan diğer gazların miktarındaki artış, atmosferin ısısının yükselmesine sebep olmaktadır. Bu da küresel ısınma olarak ifade edilir. Bu durumun, buzulların erimesi ve okyanusların yükselmesi gibi ciddi sonuçlar doğuracak iklim değişmelerine yol açmasından endişe edilmektedir.
İnsanların çeşitli faaliyetlerinin küresel ısınmaya katkısı şöyledir:
• Enerji kullanımı %49,
• Endüstrileşme %24,
• Ormansızlaşma %14,
• Tarım %13'tür.
ISININ YAYILMASI
Anahtar Kelimeler: Konveksiyon,ışıma,iletim,enerji,yansıtıcı yüzey, …
Konveksiyon: Parçacıkların birbirlerine hareket halinde iken çarparak(yer değiştirerek) enerjinin taşınması.(Örn: Kaloriferin evi ısıtması)
Işıma: Parçacıkların hareketi olmadan ısının yayılması.(Örn:Güneş ışınlarının dünyayı ısıtması)
İletim: Isı enerjisinin metallerde yayılması ,parçacıktan parçacığa enerji geçişi ile olur.(Örn:Sıcak çorbaya atılan demir kaşığın sapının ısınması)
Enerji:Isı bir enerji türüdür.Enerji iş yapabilme yeteneği olarak bilinir.
Yansıtıcı yüzey: Isı veya ışığın tamamını yansıtan parlak yüzeyler.(Örn:Termosun iç yüzü)
Isı iletim aleti :Laboratuarda ısı iletim deneylerinde kullanılan alettir.
:::ISININ İLETİM YOLUYLA YAYILMASI:::
ETKİNLİK-1 ile yola koyulalım…
Araç-gereçlerimiz:Metal(bakır) tel,ısıtıcı(veya mum), metal vetahta kaşıklar,kaynar su,beherglas.
Bir arkadaşımız metal ince bir telin(10 cm yeterlidir.) bir ucundan tutarken biz de telin diğer ucunu yavaş yavaş ısıtalım.Arkadaşımıza “Hey arkadaş senin tuttuğun taraf ısındı mı?” diye soralım.(Muhtemelen bir müddet sonra eli yanıp teli bırakacaktır.)
Sonucumuz:Isı ,metal telde iletim yoluyla yayılır.
Şimdi de bir beher içerisinde bulunan kaynar suyun içine biri tahta diğeri metal iki kaşık koyalım.Bir süre sonra kaşıkların saplarından tutup ısınma farkını hissedelim.Gözlemlerimizi anlatalım.
Soru: Hangi maddeden yapılmış kaşık ısıyı daha kolay iletti?
Bu da soru mu elbette metal kaşık diyeceksiniz.
*Aynı deneyi cam,plastik,vb. maddelerden yapılmış çubuklarla tekrarlayıp gözlemlerimizi yazalım.
Bilgi: Isıyı iyi ileten demir,bakır gibi maddelere ısı iletkeni,iyi iletmeyen tahta gibi maddelere de ısı yalıtkanı denir.
İyi ısı iletkenlerine örnekler : Demir,bakır,alüminyum,…
İyi ısı yalıtkanlarına örnekler :
cam yünü asbest çift camlı plastik köpük pencere (strafor)
:::ISININ IŞIMA YOLUYLA YAYILMASI:::
***Soğuk bir kış gününde, güneş altında kalan bir otonun camları ve kaportası soğuk iken içinin nasıl ısındığı tartışacaksınız.Öğretmeninizin kılavuzluğunda, oto içindeki havanın camdan veya metal kaportadan ısı iletimi ile ısınmış olamayacağı, öyle olsaydı otonun dışının da sıcak olması gerektiği sonucunu çıkarabilirsiniz. Buradan, oto içindeki havaya doğrudan temas olmadan ısı aktarılmış olacağı sonucuna varılır.
Soru:“Oto içine güneş girmeseydi, güneş altında kalan otonun içi aynı şekilde ısınır mıydı?”
Açıklama: Bu soruya cevabınız elbette ki hayır olacaktır.
Güney yönünde olan evlerin kuzey yönünde olan evlerden daha sıcak olması tartışılır. Buradan görünür ışınların ısı taşıdığı çıkarımına varılır. Bu şekilde ısı yayılmasının “ışıma ile yayılma” olduğu vurgulanır.
*Isı ışıma yoluyla(görünmez ışınlarla) yayılabilir.
Bilgi: Kışın güneşli günlerde, dışarıda sıcaklık sıfırın altında iken güney yönünde olan ve iyi güneş alan evlerin içinin soba gerektirmeyecek kadar ısınması, ışıma yolu ile ısı yayılmasına iyi bir örnektir.
Soru: Dünya’mız Nasıl Isınır, Neden Soğur?
Açıklama:Sevgili öğrenciler, “Dünyayı ısıtan enerji nereden geliyor?” sorusunu tartışacaksınız.Farklı mevsimlerde ve Dünya’nın farklı enlemlerinde ısınmanın farklı olması ile gelen güneş ışınlarının bolluğu ilişkilendirilir.
Öğretmeniniz geceleri gözlenen soğumanın, Dünya’dan uzaya görünmez ışınların yayılması sonucu olduğu vurgulayacaktır.“Dünya’nın soğuması” konusuna; atmosferin sera etkisi, sera gazları, bu gazların miktarca çoğalmasının dünya iklimi üzerindeki uzun vadeli olası etkileri, buna bağlı deniz seviyesinin yükselmesi tehlikesi gibi konuları içine alan bir proje çalışması hazırlamaya ne dersiniz?
Bilgi:Atmosferi olmayan gezegenlerde gündüz-gece arasındaki sıcaklık farkı çok fazladır.
Soru:Neden kışın koyu,yazın açık renkli kıyafet giyeriz?
Açıklama:Yüzeyin açıklığı-koyuluğu ile ısı tutma özelliği arasındaki ilişki “ışın soğurma”, “ışın yutma olayıyla ilgilidir.Açık rekli giysiler ışığın çoğunu yansıtır,yazın açık renkli giysi giyersek serin hissederiz.Koyu renkli giysiler ışığı yutar-soğurur,bizi ısıtır,onun için kışın koyu renkli elbise giyeriz.
Yansıtan Yüzeyler Isıyı da Yansıtır.
Sınıfa getirilen bir termosun hangi amaçla kullanıldığı hatırlandıktan sonra, kapağı açılıp iç yüzeyi inceleyeceksiniz. İç yüzeyin neden ayna gibi parlak tasarlandığı tartışacaksınız. Yansıtan renksiz yüzeylerin ışınları tutmadıkları için ısınmadıkları sonucu çıkarılır.
Açıklama: Yansıtıcı yüzeylerin ısı yalıtımı sağlaması gerçeğinin günlük hayata yansıyan bir uygulaması da ayna cepheli modern binalardır.
:::ISININ KONVEKSİYON(TAŞINMA) YOLUYLA YAYILMASI:::
ETKİNLİK-2 yi yapmaya ne dersiniz?(Evet dediğinizi duyar gibiyim.)
Araç-gereçlerimiz:Mürekkep,soğuk su, sıcak su,dar bir cam veya plastik kap,
Dar bir cam veya plastik kaba önce üçte biri dolacak kadar mürekkep katılmış soğuk su, sonra, yavaş yavaş ve yaklaşık aynı hacimde, 50-60 oC’a ısıtılmış mürekkepsiz sıcak su konur. Üstteki suyun soğuyup soğumadığı elle kontrol edilir. Alttaki rengin suyun üst yüzeyine doğru yavaş yavaş hareket ettiği gözlemi vurgulanır. Kabın tamamı karıştırılıp sıcaklık yeniden elle kontrol edilir. Karıştırmanın sıcak ve soğuk su arasındaki ısı alış-verişini hızlandırdığını öğrenciler ifade eder. Karıştırmadan önce ve sonra ısının nasıl yayıldığı öğretmence yönlendirilen bir tartışmaya açılır.
Aynı deney, kaba önce sıcak ve renkli, sonra soğuk ve renksiz su konularak tekrarlanır, soğuk altta, sıcak üstte iken iletimle ısı aktarımının yavaş; sıcak altta soğuk üstte iken kendiliğinden karışma (konveksiyon) gerçekleştiği için bu aktarımın hızlı olduğu sonucunu çıkaracak şekilde, öğretmence yönlendirilen bir beyin fırtınası yapılır. Öğretmen, soğuk suyun sıcak sudan daha yoğun olduğunu hatırlatır. Sıcak su altta iken yoğunluk farkı nedeni ile yukarı hareket ettiğini; bunun konveksiyon olduğunu vurgular. Sıvılarda ve gazlarda karışma ile ısı yayılmasına konveksiyon dendiği vurgulanır.
Bilgi: Su ısındıkça mürekkebin hızlı yayılması, radyatör üzerindeki havanın yükselmesi ile benzer bir olaydır.
BASİT BİR YANARDAĞ YAPALIM
Isınan cisimlerin hacmi büyür. Hacmi büyüyen bu cisimlerin kütlesi değişmediği için yoğunluğu azalır . Dolayısıyla kendisinden az yoğunlukta olan aynı türden cisimlerin üzerine çıkarlar. Cisimlerin yüzmesi , uçan balonun yükselmesi , ısınan havanın tavana doğru yükselmesi , Rüzgar hep bu yoğunluk farkı ile açıklanır.
Biz de bu olaydan faydalanarak sıcak mürekkepli suyun , soğuk su içinde yükselmesi ile bir yanardağ yapalım.
İlk yapmamız gereken iki delikli plastik veya mantar tıpaya şekildeki gibi iki cam boruyu veya damlalığın cam kısmını geçirelim.
Daha sonra tıpayı geçireceğimiz ufak bir şişenin içine 1, 2 damla mürekkep (veya gıda boyası) damlatıp üzerine sıcak su dökelim. Tıpayı kapatalım.
Büyükçe bir şeffaf kaba soğuk su doldurduktan sonda hazırladığımız şişeyi şekildeki gibi suyun içine yerleştirelim.
Şişeden dışarı uzanan borudan aynı bir yanardağ gibi mürekkepli suyun yükseldiğini görürüz. Peki burada ne oldu;
Soğuk su şişenin içine doğru uzanan borudan içeri girecek , dışarı doğru uzanan borudan mürekkepli suyu itecektir. Sıcak mürekkepli suyun yoğunluğu soğuk sudan az olduğundan hemen yüzeye çıkmak isteyecektir.
(Radyatörde ısının konveksiyonla yayılması ,ısınan hava yükseldiği için önce odanın üst kısımları ısınır.)
Dikkat: “Konveksiyon sırasında sıcak (hızlı) moleküllerin yukarıya yönlenmesi, ısının su kütlesi içinde taşınması anlamına gelir.”
Sonucumuz:Sıvılarda ve gazlarda ısının taşıma-karışma yoluyla yayılmasına konveksiyonla yayılma denir.
Toplu Değerlendirme:
Isının yayılması ile ilgili yapılan deneyler hatırlatılır. Öğrenciler, bu deneyleri birbiriyle karşılaştırıp değerlendirerek, ısının iletim, ışıma ve konveksiyon adı verilen üç ayrı yolla yayılabildiği genellemesine ulaşacak şekilde öğretmen kılavuzluğunda beyin fırtınası yaparlar.
ISI YALITIMI
Anahtar Kelimeler: Yalıtım,yalıtmak,yalıtım malzemesi,…
Yalıtım: Bir maddeyi sıcak veya soğuk tutmak için ısı alış-verişini önleme işlemi.(Örneğin binaların pencerelerine evi sıcak tutmak için çift camlı pencere takılması.)
Yalıtmak: Yalıtım işi.
Yalıtım malzemesi:Yalıtım işinde kullanılan asbest cam yünü,strafor,vs. gibi malzemeler.
:::Yalıtım Nerede Gereklidir?:::
Buzdolabı ve onun bir bölmesi olan buzluk ne işe yarar?Hiç düşündünüz mü?(Şimdi bu da soru mu dediğinizi duyar gibiyim.)Bu soruyu öğretmeninizin kontrolünde sınıfta arkadaşlarınızla tartışabilirsiniz.
Açıklama:Buzdolabı besin maddelerini uzun süre soğuk tutarak bakterilerin üremesini önlemek,besinlerin daha uzun süre saklanmasını sağlamak için icat edilmiş çok faydalı bir makinedir.
Günlük hayatta soğuk tutulması gereken maddeler ile sıcak tutulması gereken maddelerin listesini yapınız.(Örneğin: Çay sıcak tutulmalı,su soğuk tutulmalı gibi.)
Öğretmeniniz size bir maddeyi uzun süre sıcak veya soğuk tutmak için ne yapılabileceğini soracaktır.İşte yalıtım burada karşımıza çıkıyor.
:::Bazen Isının İyi İletilmesi İstenir.:::
Soru: Tencere, tava gibi özellikle ısıyı iyi iletmesi istenen mutfak eşyalarının neden iletken(yani ısıyı iyi ileten) olması gerekir?
“Tencerede ve tavada ısı yalıtkanı kullanılarak yapılan kısımlar nelerdir?”
***Yalıtım yerine iletimin tercih edildiği durumlar da vardır.
İletken özellikli malzemelerin tercih edildiği uygulamalara başka örnekler veriniz.
Açıklama: Pişirme amaçlı kap kacak seçiminde iyi ısı iletme özelliği aranan tek özellik olmayabilir. Toprak kapların pişirme amacı ile kullanılması, bir bakıma fırının yüksek sıcaklığına dayanım, bir bakıma da ısıyı yavaş ve düzgün iletmenin pişme kalitesine getireceği katkı içindir. Bu konuyu öğretmeninizin öncülüğünde tartışabilirsiniz.
:::İyi Yalıtkanlar:::
Yaygın ısı yalıtım malzemesi olarak plastik köpük(strafor), ahşap, asbest, volkan tüfleri, katran, fosfatlar, cam yünü, silikon yünü vb. maddeler kullanılır.
İnşaat duvarlarında, pencerelerde, tavanlarda, su depolarında, buhar borularında, kısa süreli gıda paketlerinde ve soğuk hava depolarında hangi yalıtım malzemelerinin kullanıldığını tartışacaksınız.Tartışma sırasında, farklı yalıtım malzemelerinin kullanım ömrü, yanma özelliği, yoğunluğu ile ilgili bilgileri içeren, kitapta verilmiş çizelge kullanacaksınız.Öğretmeniniz eksik olan bilgilerinizi tamamlayacak.
*Değişik yalıtım uygulamalarında ısının hangi yönden hangi yöne geçişinin engellendiğini düşünün.(Örneğin; Çift camlı pencere ısının evin içinden dışa geçmesini engeller.)
Soru: “Dondurmanın nakli, fırınların, bahçedeki su deposunun yalıtımı için hangi malzeme seçilir, neden?”
Bilgi:Yaygın ısı yalıtım malzemelerinin kolay tutuşmama ve ısıya ve yanmaya dayanıklı olma gibi özellikleri vardır.
:::İyi Yalıtım Tasarruf Sağlar:::
Kışın ısıtılan veya yazın soğutulan bir mesken veya büroda, yalıtma olmazsa, ısıtma veya soğutma giderleri artar mı?
Elbette artar.Çünkü enerji kaybı olacaktır.
Açıklama: İyi yalıtım ; çatı, kapı, pencere ve buhar iletim borularında ekonomik yönden bize kazanç sağlar.Yalıtım iyi olursa ısı enerjisi kaybı olur.Daha az soba veya kalorifer kullanırız.Ekonomimiz rahatlar.
SLOGAN BULDUM! Yalıtımını iyi yap paran cebinde kalsın.
(Siz de bu konuyla ilgili slogan üretin.)
::::::::::Etkinlik-1::::::::::
Kavram Haritası Oluşturma (Isının İletimi)
A- Aşağıdaki kavramları ve kavramlar arası ilişkileri içeren ve başlangıç cümlesi verilen metni tamamlayınız.
Kavramlar : Işıma Konveksiyon İletim Isı
Katı Sıvı Gaz
Isının çeşitli yollarla yayıldığını fark ettim…………………………………………………………………………………………. .……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..
B- Daha sonra oluşturduğunuz metni kavram haritasına dönüştürünüz.
::::::::::Etkinlik-2::::::::::
Isı Akışını Yavaşlatalım!
Bazen ısı akışını yavaşlatmaya çalışırız. Örneğin; kış aylarında evimizde ısı kaybı istemeyiz ve bunun için çeşitli önlemler alırız. Bazı maddeler ısı alış-verişini yavaşlatır (ısı yalıtkanları).
Bu bilgilerden yararlanarak boyutu belirli olan buz küplerinin erimesini engellemek için bir proje çalışması yapınız.
Çalışmaya başlamadan önce aşağıdaki soruları cevaplamaya çalışınız.
Elimizde bulunan bir kâse buzun erimeden kalması için ne yapabilirsin?
Olabildiği kadar uzun bir süre buzu buz olarak koruyabilir misin?
Soğuk hava depolarında sıcaklık nasıl değişmeden kalır?
Gıda maddelerini taşımak için kullanılan araçlardaki yalıtım sistemi nasıl çalışır?
Pikniğe gittiğinizde suyu soğuk olarak saklayabilmek için ne kullanmayı önerirsiniz?
Çalışma : Öğrenciler bu projede seçecekleri malzemelerle buzun buz halini korumak için neler yapabilecekleri ve ne kadar süre buz olarak koruyabilecekleri konusunda bir çalışma planı yaparak hazırladıkları tasarımı uygularlar.
Not: Bu çalışmada önemli olan öğrenci/ öğrenci gruplarının kullanacakları buz küpünün boyutlarının aynı olmasıdır. Öğrenci / öğrenci gruplarının yaptıkları projelerde belirledikleri süre sonunda buzların ne kadar büyüklükte kaldığı tespit edilir.
Önerilen malzemeler: Gazete kağıdı, strafor (plastik köpük), plastik poşet, talaş, pamuk, kumaş, yün, vb.
