ISI-ENERJİ-SOĞUTMA-BİLİMSELLİK II

metaloksit · 2006-08-10T02:02:31.0000000+03:00

Bu topikteki yazılarımızın hitap etmeyi amaçladığı insanlar, ısı ve soğutma konusunu merak eden, bu kavramları bilimsel bir çerçevede ele alıp, ister günlük hayatta önlerine çıkan olayları, isterse bilgisayar yada elektronik uygulamalarında karşılaştıkları sorunları bilinçli ve lojik bir şekilde çözmek isteyen insanlardır. Yazıların anlatım şekli, temelden yukarıya, basitten karmaşığa gitmek tarzındadır.Başlarda kafanızda oluşan sorular zamanla konular yerleştikçe kendiliğinden çözülecektir. Anlaşılması asırlar sürmüş konuları bir anda kavrayıvermek çabasında olmayın.Biraz ilgi ve sabırla kafanızda, fiziğin gerçekten zor bir alanında yeterli bilimsellikte analiz gücü sağlayacak bir bakış ve algılama çerçevesi oluşacaktır. İnsanlar hiçbir zaman, bir sorunla karşılaşmadıkları sürece, bir konuyu anlamak noktasında büyük bir çaba göstermezler. Bir sorunla karşılaşan insanların büyük çoğunluğu ise çözümü hazır reçetelerde, başkalarının tavsiyelerinde ararlar. Oysa ki bilim herkes içindir. Yazılarımızı sabırla takip edin, biraz da kişisel çaba ile bütün zorluklar aşılacaktır. LÜTFEN GÖRÜŞ DÜŞÜNCE VE SORULARINIZI YADA ELEŞTİRİLERİZİ BURADA YAPMAYIN. BİR AŞAMADAN SONRA TARTIŞMAK İÇİN TOPİK OLUŞTURACAĞIM Yazılarımızı hiç kimsenin okumak zorunda olmadığını önemle hatırlatırım!

GİRİŞ:

Bakterilerden başlayıp insana kadar uzanan canlılar aleminin her bireyi çevresiyle mutlak bilgi alış verişi içinde olmak zorundadır. Bakteriler bulundukları ortamın çeşitli değişkenlerine karşı kimyasal temelli , katalizör (enzim ) kontrollü yanıtlar verirken, bir sinir sistemine sahip yüksek canlılar ortam değişkenlerinin bir çoğunu çok özelleşmiş algılayıcılar tarafından tespit edip, çok karmaşık değerlendirme işlemlerinden sonra bir yanıt oluşturma yeteneğine sahiptirler.

Sıcaklık , basınç , ışık , ses , yer çekimi etkisi, doğrudan hücre yada organ temelli reseptörler (algılayıcı) tarafından bir sinir iletisi oluşturacak şekilde algılanan fiziksel büyüklüklerdir. Bu bilgilerin karmaşık yöntemlerle analizi sonucunda, hız , ivme , konum , ağırlık gibi fiziksel büyüklüklerde algılanmış olur.

Dış dünya ile olan irtibatımızın esas bileşenleri bunlardır.

Sıcaklık, deride bulunan özgül reseptör hücreler ile algılanır. Bu reseptörler 0.2 C derece farkı ayırt edebilirler. ( yılanların burun civarındaki sıcaklık reseptörleri 0.001 C farkı algılayabilir ) Bu hassasiyete rağmen bilim üretmek için kendi sıcaklık reseptörlerimizi kullanmayı tercih etmiyoruz. Elimiz yanacağı yada donacağı için değil, bu reseptörlerden dışarıya ısı akışının 'soğuk' olarak algılanması, ısı girişinin ise 'sıcak' olarak algılanması (beyin tarafından) işleri karıştırıyor. Çünkü bir tahta parçasıyla , bir metal parçası aynı ortamda yetrince beklediklerinde sıcaklıkları aynı olmasına rağmen biz , metali soğuk, tahtayı ise normal, hatta sıcak algılarız. Bir elimiz sıcak suda , diğeri soğuk suda bir süre bekledikten sonra ikisini de ılık su dolu bir kaba soktuğumuzda algıda yanılma daha çarpıcı şekilde belirgin hale gelir. Bu yanılgılar ve ısının karmaşık tabiatı, insanoğlunun bu konuda bilimsel bir bilgi üretmesini epey güçleştirmiş ve geciktirmiştir. Sıcaklık hakkındaki bilgimizin kendi reseptörlerimizden bağımsız çalışan bir takım aletlerle tespit edilmesi gerekliliği çok açıktır. Tam bu noktada, ısının cisimler üzerindeki genel bir etkisi olan cismin hacim yada boyca büyümesi, soruların çözümünde kilit rolü oynamıştır.

real_kuru

Teğmen

238 Mesaj

Tüm Başarılarını Gör

TERMOMETRE, (sıcaklıkölçer)

Isıya maruz kalan bir telin boyundaki uzamanın gözlenmesi, olağan tecrübelerimizin içinde mevcuttur. Örneğin, sıcak yaz aylarında, elektrik veya telefon direklerine bağlı kabloların aşağı doğru epey sarktığını görmüşsünüzdür. Eğer ince bir cam tüpün içine az miktarda alkol veya civa konulup, kalan hava da boşaltıldıktan sonra tüpün ağzı kapatılırsa,bir termometre ortaya çıkacağını biliyoruz. Çevre sıcaklığına bağlı olarak tüp içindeki alkolün veya civanın hacmindeki artış ya da azalma, -tüpün çapı amacımıza yetecek kadar sabit kalabildiği için- civa sütununun yükselmesi yada alçalması olarak gözlenmektedir. Gercekten de , sütunun boyu belli sınırlar dahilinde içinde bulunduğu ortamın sıcaklığı ile tam olarak orantılıdır.

Aramızda bir anlaşmaya varıp, tüpün üzerine civa sutunun yüksekliğini ölçmeye yarayan bir cetvel yerleştirirsek, ortamın sıcaklığı hakkındaki bilgimizi başkalarına, kendi kişisel algılamamızdan bağımsız olarak, aktarabiliriz.

( Bu cetvel üzerine dünya çapında genel bir uzlaşma, anlaşma sağlanmış olsa da, inatlaşmalar da vardır. Sadece sıcaklık için değil, diğer birçok birim için de bu böyledir. İngiltere ve Amerika bir çok birim için kendi geleneksel birim sistemini kullanmakta ısrarlı davranmaktadır. Bunun karşısında ise Fransanın ilk organizasyonunu yaptığı ' uluslararası standartlar ' sistemi, yani bugün bizimde kullandığımız ' metrik ' sistem yer almaktadır. Kelimelerin anlamı aramızda ortak olduğu için anlaşabildiğimizi biliyoruz. Ölçülen büyüklüklerin de ortak anlamı olan birimlerle ifade edilmesi iletişimi, bilginin aktarılmasını kolaylaştırır.Bunun ötesindefazla bir bilimsel anlamı yoktur. İnç ya da santimetre ya da arşın, üçü de uzunluk, mesafe yada uzayın bir boyutu hakkında bilgi taşır.Önemli olan üzerinde anlaşma sağlayabilmektir.Afrikalı kabilelerin de birim sistemleri vardır ama kendi sisteminle bilim üretememişsen dünyanın umurunda bile olmaz.)

Sıcaklığın ölçülmesi noktasında kullanılan iki yaygın cetvel vardır . Biri sadece İngiltere ve ABD de kullanılan Fahrenheit cetveli, diğeri ise, Celcius çetvelidir.

Yukarıda yapım esasını anlattığımız termometre, donmakta olan suyun içine yerleştirilip, yeterince bekletildiği zaman, civa sutununun gösterdiği yükseklik 0 'sıfır' olarak işaretlenir. Aynı işlem kaynamakta olan suyun içinde yapılıp , sutunun yüksekliği 100 olarak işaretlenir. Bu iki nokta arası da doğal olarak yüz eşit parça halinde işaretlenirse ortaya Celcius cetveli çıkmış olur.( yaygın olarak santigrad olarak ta belirtilen cetvel ) Cetvelin uzunluğu sıfır seviyesinin altına ve yüz seviyesinin yukarısına doğru, aralıklar eşit kalacak şekilde uzatılabilir. Sıfırın altındaki seviyeleri ifade ederken, bunu belirtmek amacıyla sayının önüne ' eksi ' işareti konulması da uluslar arası anlaşmanın bir hükmüdür, ötesinde bir anlamı yoktur

Görüldüğü termometre , suyun donma ve kaynama noktasındaki sıcaklıklarını referans alarak bilgi aktaran bir alettir. Bulunduğum odanın sıcaklığı 23 C derece derken, ya da bilgisayarın 'cpu' entegre devresi 50 C derece derken sadece ve sadece suyun donma noktasındaki civa seviyesine atıfta bulunmuş oluyoruz. Bu haliyle ' cpu sıcaklığı 50 C derece ' cümlesinin taşıdığı anlam ve bilgi, bunu neden sorduğumuzla doğrudan ilişkili olarak yeterli yada yetersiz kalacaktır.

Eğer yalnızca merak ettiğimiz için sorduysak yeterli bir bilgidir bu. Eğer, cpu üreten kişiler , cpu sıcaklığı 50 C dereceyi geçmesin şeklinde bir uyarıda bulunmuş iseler, cümlenin anlamı biraz daha farklı olacaktır. Eğer ki sıcaklık 50 C dereceyi geçmeyecek şekilde sürekli kontrol altında tutulmalı, bunun için de soğutma yapılmalı deniyorsa, cümlenin anlamı ve taşıdığı bilgi amaç için yetersiz kalmaya başlayacaktır.

Duruma göre anlamı olan bir bilgidir, termometredeki civa sütununun yüksekliği.

SICAKLIK ve ENERJİ :

İnsan ve diğer canlılar reseptör hücreler veya organlar aracılığıyla dış dünya, yani içinde bulundukları ortam hakkında bilgi sahibi olurlar. İnsan haricindeki hiçbir canlı , karmaşık bir sinir sistemine,bir beyine sahip olsa bile ortam ve ortamdan gelen bilgiler hakkında insan kadar ' merak ' göstermez.Örneğin bir kedi, daha önce karşılaşmadığı bir durum yada nesne karşısında bir merak davranışı içinde bulunabilir, onu gözleyerek,dokunarak inceler. Lakin bu davranışlarıyla elde ettiği bilgileri esas olarak hayatta kalma yada kalmaya karşı tehdit kriteri açısından analiz eder.başka diğer canlılar da bunu yaparlar fakat en nihayetinde elde edilen bilgiyi analiz kriterleri sınırlıdır. Bu noktada insan son derece üstün bir özellik göstererek çevreden gelen bilgiyi bilim, sanat ve felsefe üretebilecek seviyede bir 'merak' ve analiz yeteneğindedir.

Bütün yüksek canlıların davranışları beyinlerindeki ' yazılım ' ( software ) aracılığıyla yürütülüyor gibi görünüyor. Çünkü, bir arının uçabilmesi ve diğer faaliyetlerinde bulunabilmesini sağlayan sistemin dahi, '' butona basıldı,lamba yandı '' seviyesinde temel lojik ilkeleriyle, yada salt, anlamı açıkça tanımlanmamış, içgüdü kelimesiyle izah edilebilmesi çok zor görünmektedir.Hemen hemen bütün canlıların kendi türlerine özgü çok karmaşık davranışları vardır. Günümüz bilgisayar bilimlerinin bize öğrettiği gerçekler açısından bakıldığında, insan ve diğer bir çok canlı türünün davranışlarını belirleyen ya da yöneten yazılımların olduğu kabul edilmelidir. Bu durumun henüz açıkça ispatlanamayışının nedeni, bu yazılımları taşıyan nöron hücrelerinin fonksiyonlarını atomik ya da moleküler seviyede yapması, son derece karmaşık, mikronlar seviseyesindeki iletim hatlarının canlı yaşıyorken mevcut ölçme teknikleriyle ölçmelerinin yapılamaması ve tabi ki yazılımın yazıldığı dili bilmiyor oluşumuzdur.

İnsan sahip olduğu, diğer canlılarda bulunanlardan farklı bir yazılım sonucunda çevreden reseptörleri aracılığıyla topladığı bilgileri, reseptörlerinin doğrudan algılayamadığı ama evrende var olan bilgilere dönüştürerek kavramlar üretmede başarılı olmuştur. Bu dönüştürme işlemi nereye kadar devam edebilir bilinmez ama şuan için ulaşabildiğimiz en temel kavramlardan biri, ENERJİ , evrenin bir gerçeği olarak bilgimiz dahilindedir.

Enerjinin bir bütün olarak anlaşılması , enerji türlerinin her biri üzerinde yeterli gözlem, deney, araştırma , düşünme gibi süreçlerin gerçekleştirilmesi ve elde edilen sonuçların birbirine entegre edilebilmesine bağlıdır. Hiç bir okul bunu amaçlayarak öğretim yapmaz, amaçlasa dahi bunun için bir çaba sarfetmez. Çünkü bunu gerçekleştirmek, konuları tek tek anlatıp geçmenin çok ötesinde bir emek ister ve ayrıca öğrenenin de bunu başarmak için olağandan fazla bir çalışma isteği içinde olmasını gerektirir.

Özellikle üniversite eğitiminde derslerin ya da konuların birbirine mutlak ilgisi ve bağı olmasına rağmen sanki aralarında hiçbir bağ yokmuş gibi dersler verilir ve bütün bilgilerin birbirine entegre edilmesi tamamen öğrencinin sorumluluğuna bırakılır. Bu yaklaşım tarzından dolayı lise ya da üniversite olsun, özellikle fizik ve kimya sanki başka bir gezegenin olaylarını anlatıyormuşcasına hayattan kopuk ve dersi geçmek dışında hiçbir işe yaramayan bilgiler olarak sınav sonrasında bellekten silinip atılır.

Enerji konusunda,

Mekanik enerji, kimyasal bağların enerjisi, elektromagnetik radyasyon enerjisi, elektrik enerjisi, nükleer enerji, canlı hücrelerinin içinde canlılığı sürdürebilmek için kullanılan enerji hepsi ve hepsi aynı tabiat gerçeğinin karşımıza farklı yerlerde çıkmış halidir. Oradaki ile buradaki arasında bir fark yoktur.

Enerji türleri birbirine dönüştürülebilir.

Enerji yok edilemez, yalnızca dönüştürülebilir. Bir sisteme verilen enerji ile çıkan enerji mutlaka birbirine eşittir. Enerji, yok edilemediği gibi, yoktan da var edilemez. Bu basit ifadelerin daha ayrıntılı hali, '' enerjinin korunumu '' olarak Termodinamiğin birinci ilkesinde anlatılmaktadır.

Enerjinin, dönüşüm süreçleri boyunca '' işe yararlılık niteliğinin kaybedildiği '' , ( entropinin artışı ) , termodinamiğin ikinci ilkesinde ifade edilir.

Basit örnek: bir elektrik motoru, elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştürmede kullanılır. Motorun verdiği mekanik enerji hiçbir zaman kullandığı elektrik enerjisinden daha fazla olamaz. Ayrıca, bir miktar elektrik enerjisi de sürtünen yüzeylerde ve akımın geçtiği iletkenlerde ısı olarak dışarı atılır. Bu nedenle , ortaya çıkan mekanik enerji, kullanılan elektrik enerjisinden her zaman daha azdır. Sisteme giren ve bizim amacımıza uygun olarak dışarı verilen enerjinin bir birine oranına '' verim '' denmektedir.

Bir radyo vericisi elektrik enerjisiyle çalışır. Kullanılan enerjinin bir kısmı devre elemanlarında ısı enerjisine, bir kısmı da antenden yayılan elektromagnetik enerjiye dönüşmüştür.

Bir yay, enerji kullanılarak sıkıştırılabilir. Bu haliyle, mekanik olarak kullanılabilecek bir enerji, potansiyel olarak depolanmış durumdadır. Eğer biz yaya verdiğimiz enerjiyi mekanik olarak geri almak yerine, bu yayı asit dolu kabın içinde eritirsek, yaydaki enerji yok edilebilir mi? Hayır, çünkü böyle bir deney yapılırsa yaydaki mekanik enerjinin ısıya dönüşerek çevreye verildiği tespit edilebilir.

Canlılar esas olarak, bir şeker molekülü olan glikozu enerji ihtiyaçları için kullanır. Glikozu ise bitkiler üretir. Glikoz üretirken gereken enerjiyi ise güneşten alırlar. Yeryüzünde her türlü canlılık faaliyetlerinin olabilmesi için enerjiye mutlak ihtiyaç vardır ve bu enerjinin tek kaynağı güneştir. Esasen, nükleer reaktörlerde üretilen enerji haricinde, yeryüzündeki tüm enerjilerin asıl kaynağı güneştir.

Burda verilenler dışında da sayısız örnek incelenebilir. Evrenin görebildiğimiz, ulaşabildiğimiz, anlayabildiğimiz hiç bir noktasında, ister atomik düzeyde olsun isterse galaksiler düzeyinde, enejiyle ilgili belirtilen ilkelerin aksine bir durumla kesinlikle karşılaşılmamıştır. Yeterli inceleme imkanı bulunabilen her olay ve her deneyde enerjinin mutlak surette korunduğu görülmüştür.

Buraya kadar verilen küçük örnekler ve basit ifadeler dışında da kendiniz, düşünerek, gözlemlediğiniz olayları inceleyerek, genel bir enerji kavramının aklınızda şekillenmesine çalışınız. Bilim, parçaların birleştirilmesi esasına dayanır. Aynı bir 'puzzle' oyuncağındaki gibi parçalar doğru yerlerine yerleştirilerek evrenin ve olayların genel bir tablosu çizilmeye çalışılır.

ISI ENERJİSİ :

Yukarıda elektromagnetik enerji olarak adı geçen enerji türü, bizim çevremizde gözlemlediğimiz ısı ve ışık olaylarını içine alır. Ayrıca, radyo vericilerinin uzaya yaydığı radyo dalgaları, radarların kullandığı enerji, mikrodalga fırınların dışarı verdiği enerji, röntgen filmi çekilirken kullanılan X ışınları, radyoaktif maddelerin yaydığı gama ışınları, esas olarak elektromagnetik enerjidir. Elektromagnetik enerjinin uzay içindeki yayılması bir dalga fonksiyonu olarak tanımlanabilmektedir. Dolayısıyla,yukarıda saydığımız ve herbiri diğerinden farklıymış gibi görünen olayların ( yada enerjilerin ) aslında aralarındaki tek farkın yayılan dalganın frekansı olduğu anlaşılmıştır.

Bu elektromagnetik dalga teorisi ile tabiatta gözlemlenen bir çok olay ayrıntılı bir şekilde anlaşılmış olsa da, bazı olayların izah edilebilmesi için farklı bir yaklaşım gerekmiş ve kuantum teorisi geliştirilmiştir.

Bir çok kitapta bulabileceğiniz,elektromagnetik spektrum şemalarında, en düşük frekanslardan başlayıp, gözlemlenebilen en yüksek frekanslara kadar , elektromagnetik enerjinin nasıl bir özellik taşıdığı ve tabiat içinde bize nasıl göründüğü belirtilmiştir. ( incelemenizi öneririm)

Işık olarak algıladığımız duyu, elektromagnetik spektrumun dar bir frekans aralığındadır. Renkler de frekans farkından oluşur. en düşük frekans kırmızıda, en yüksek frekans ise mor renktedir. Bu görebildiğimiz aralığın biraz altına kızılötesi (infrared) , biraz yukarısına morötesi (ultraviyole) denilmektedir. Isı olarak adlandırdığımız enerji ise frekansı kırmızıdan daha aşağıda olan elektromagnetik dalga enerjisidir.

Cisimlerin atom yada moleküllerin birarada bulunmasından dolayı oluştuğunu biliyoruz. Bilimin zaman içinde ortaya çıkardığı bir gerçek şudur ki ; cisimi oluşturan atom yada moleküller sabit, durağan ya da hareketsiz denilemeyecek şekilde sürekli bir hareketlilik halindedir. Gaz halindeki bir maddenin molekülleri adeta uçuşmaktadır. 0 C derece sıcaklık ve bir atmosfer basınç altında bulunan hidrojen gazının bir molekülünün hızı saniyede 1800 metre civarındadır. Sıvılarda ve özellikle katılarda bu hareketlilik çok sınırlanmış olsa da mutlaka vardır. Bu hareketlilik ifade edilirken ''molekülün kinetik enerjisi'' kavramı kullanılır. BU noktada bizim termometremizin ölçmeye çalıştığı olay ''bir molekülün kinetik enerjisi '' olmaktadır. Dolayısıyla, bizim sıcaklık olarak bildirdiğimiz bilgi, doğrudan doğruya, cismi oluşturan moleküllerin ortalama kinetik enerjisi ile ilgilidir. Ortalama diyoruz çünkü, bu kinetik enerji, moleküllerin birbiri ile etkileşimleri nedeniyle, birinde daha az birinde daha çok olabilir. Ama, molekül düzeyinde etkileşimlerin karmaşıklığı ve tek tek sayılamayacak kadar çok sayıda molekülün varlığı düşünülürse ortalama bir değer bile bizim için fazlasıyla yeterli olacaktır.

Moleküllerin kinetik enerjisi, diğer moleküllerle kinetik etkileşimleri sonucu artabilir yada azalabilir. Öte yandan, elektrik yükü taşıyan parçacıkların hareketleri parçacığın etrafa elektromagnetik enerji yaymasına neden olmaktadır. Gerek kinetik etkileşimlerin net sonucu, gerekse çevreye atılan ve/veya çevreden alınan elektromagnetik dalga enerjisinin net etkisi sonucunda etrafımızda gördüğümüz bütün cisimlerin bir sıcaklık değeri oluşmaktadır. Başka bir deyişle, bir cismi oluşturan bütün moleküllerin her an ortalama bir kinetik enerjisi vardır. Bu ortalama kinetik enerjinin bir göstergesi olan kavrama '' sıcaklık '' diyoruz. Santigrad veya fahrenheit derece olarak bildirilen olay budur, bir göstergedir.

Bu noktada şunu tekrar belirtelim ki, ısı , elektromagnetik dalga tabiatında belli frekans aralığında olan bir enerjidir. Cisim ile, bu frekanstaki dalga enerjisinin etkileşimi molekül seviyesinde ve molekülün kinetik hareketliliği üzerine etkili olmaktadır.

Isı ve sıcaklık kavramlarının tabiattaki gerçekliği ve ilişkisi farklı düzeylerde anlatılabilir, tanımlanabilir. Bu yazılarımızda, amaca giden yolda, kullanacağımız kavramlar hakkında bu seviyede bir bilgi birikiminin yeterli olacağını düşünüyorum. Enerji, ısı ve sıcaklık kavramları üzerine düşünerek genel bir bakış açısı yakalamaya çalışınız. Kafanızda bir tablo oluşturmaya uğraşınız. Tübitak tarafından yayınlanan Bilim ve Teknik dergisi bilimin hemen her konusunda , ilgi duyan insanlara temel bir bakış açısı kazandırmayı amaçlayan ve kolay anlaşılır bir dergidir. ilgilenenlere tavsiye edilmeli, kanaatindeyim.

ISI-ENERJİ-SOĞUTMA-BİLİMSELLİK II

Benzer içerikler