Isı Transferi #02 | Isının Üç Yolu ve İletim: Fourier Yasası, Isıl İletkenlik, Isıl Yayınım

Eğitmen: Dr. Süleyman Burak ÇELİK

Geçen derste ısı transferinin ne olduğunu gördük: termodinamik ne kadar enerji aktarıldığını, ısı transferi ise bunun ne hızla olduğunu söyler; ısıyı yürüten sıcaklık farkıdır. Bu derste ısının hangi yollarla aktarıldığına bakıyoruz: iletim, taşınım ve ışınım. İlkini, iletimi ayrıntılı işliyoruz. Açılışta 3D animasyonda çayın içinde bir çelik bir de tahta kaşık var: termal kamerada çelik kaşığın sapı boyunca sıcaklık yukarı tırmanırken tahta kaşık oda sıcaklığında kalıyor. Sıcaklık farkı aynı; fark malzemede. Her hesap adım adım, hiçbir işlem atlanmadan. Bu derste: - Isının üç yolu: iletim (katılarda kafes titreşimi ve serbest elektronlar, sıvı ve gazlarda moleküllerin çarpışması), taşınım (katı yüzey ile hareketli akışkan arasında; iletim ve akışkan hareketi birlikte), ışınım (elektromanyetik dalgalar; ortam gerekmez). Katının içinde yalnız iletim vardır - Fourier yasası: iletimle ısı transfer hızı = ısıl iletkenlik × alan × sıcaklık farkı ÷ kalınlık; alan ya da sıcaklık farkı iki katına çıkarsa ısı iki katına çıkar, kalınlık iki katına çıkarsa yarıya iner. Türev biçimi ve eksi işaretinin anlamı: ısı her zaman sıcaktan soğuğa akar - Örnek: 4 m × 2.5 m, 20 cm kalınlığında tuğla duvar (k = 0.72), içeride 20 °C, dışarıda 5 °C: A = 10 m², k A = 7.2, ΔT / L = 75 → 540 W; duvar 40 cm olsaydı 270 W - Isıl iletkenlik: birimi W/(m·°C); oda sıcaklığında hava 0.026, tahta 0.17, tuğla 0.72, cam 0.78, paslanmaz çelik 15, alüminyum 237, bakır 401, elmas 2300. Metaller neden iyi, gazlar neden kötü iletir; yalıtım malzemelerinin sırrı - Isıl iletkenlik nasıl ölçülür: 20 W ısıtıcı ve iki numune (10 cm × 10 cm, 2 cm), her birinden 10 W, sıcaklık farkı 25 °C → k = 0.2 / 0.25 = 0.8 W/(m·°C), yani cama yakın - Tencere tabanı: Ø18 cm, 5 mm, 1200 W; alüminyumda iki yüz arasındaki fark yaklaşık 1 °C, paslanmaz çelikte yaklaşık 15.7 °C - Isıl yayınım: ısıl iletkenlik ÷ (yoğunluk × özgül ısı); su 0.14 × 10⁻⁶, alüminyum 97.5 × 10⁻⁶ m²/s: sıcaklık değişimleri alüminyumda yaklaşık 700 kat hızlı yayılır - Üç klasik tuzak: kalın duvar daha çok ısı geçirir sanmak, santimetreyi metreye çevirmemek, ısıl iletkenlik ile ısıl yayınımı karıştırmak Bölümler: 0:00 Geçen ders ve bugün 0:36 Çelik kaşık, tahta kaşık 1:12 Isının üç yolu: iletim, taşınım, ışınım 1:57 Fourier yasası 2:56 Örnek: tuğla duvardan ısı kaybı 4:01 Isıl iletkenlik 4:55 Isıl iletkenlik nasıl ölçülür? 5:58 Tencere tabanı: alüminyum ve çelik 7:09 Isıl yayınım 8:31 Üç tuzak 9:03 Özet ve sıradaki ders Sıradaki derste taşınım ve ışınımı işliyoruz: Newton'un soğuma yasası, Stefan–Boltzmann yasası ve üç yolun birlikte çalıştığı durumlar. Kaynak kitap: Yunus A. Çengel, Heat Transfer: A Practical Approach, 2. baskı — Bölüm 1-5, 1-6 (konu sırası ve problem tipleri). Örnekler özgündür. Makine, Kimya, Enerji, Uçak ve Mekatronik Mühendisliği öğrencileri için Isı Transferi serisinin ikinci dersi.