Termosun İcadı: Dewar Şişesi

669
Termosun İcadı

İletim, konveksiyon ve ışınım yolu ile oluşan ısı kaybını en aza indirmek için tasarlanmış bir kap olan termoslar, bilimsel çevrelerde Dewar şişesi olarak bilinir. Böyle bir kap, uzun zaman boyunca hem soğuk hem de sıcak sıvıyı saklamak için kullanılır. Standart yapısı (Şekil 1’de gösterilmiştir.), içleri gümüşlenmiş, çift duvarlı, kapalı ateşe dayanıklı bir cam kaptır. İletim ve konveksiyon ile ısı aktarımını en düşük seviyeye indirmek için, duvarlar arası boşaltılmıştır. Gümüşlenmiş yüzeyler, ışınım yolu ile aktarılan ısının çoğunu yansıtarak ısı transferini en aza indirir. Cam iyi bir iletken olmadığı için, şişenin boyun kısmından çok az ısı kaybolur, yani cam kapağın içinden geçen iletim küçüktür. Boyun kısmı ne kadar küçük olursa, ısı kaybının o kadar azaldığı gözlenir. Dewar şişeleri genelde sıvı azot (kaynama noktası 77°K) ve sıvı oksijen (kaynama noktası 90°K) depolamak için kullanılır.

Sıvı Helyum gibi kaynama noktası (4,2 K) çok düşük olan başka bir düşük sıcaklık sıvısı için, çift Dewar sistemini kullanmak çoğunlukla gereklidir. Burada içinde sıvı bulunan Dewar şişesi ikinci bir Dewar şişesi içindedir. İki şişe arasındaki boşluğa sıvı azot konulur.

Şimdilerde, yeni tasarım ısı kaplarında fiberglaslarla birbirinden ayrılmış, çok tabakalı yansıtıcı malzemelerden oluşan “süper yalıtkan” kullanılır.

Dewar Şişesi
Şekil 1. Sıcak veya soğuk sıvıları yahut başka maddeleri olduğu gibi koruyan Dewar Şişesinin kesiti.

Isıl İletim

Sıcaklık farkları nedeniyle eneıji aktarımına (transferine) ısıl iletimi denir. Bu işlemde, ısı transferine, atomik ölçekte, moleküller, atomlar ve elektronlar arasındaki kinetik enerji değiş tokuşu olarak bakılabilir. Burada, düşük enerjili parçacıklar, daha yüksek enerjili parçacıklarla çarpışarak enerji kazanırlar. Örneğin, bir ucundan tutulan metal bir çubuk ateşe sokulursa, elinizdeki metalin sıcaklığının arttığını göreceksiniz. Isı, iletim yoluyla elinize ulaşır. Metalin atomları ve elektronlarına neler olduğunun incelenmesiyle, ateşten elinize çubuk aracılığı ile ulaşan ısı iletimi konusu anlaşılabilir. Metal çubuk ateşe sokulmadan önce, atomlar ve elektronlar kendi denge konumlarında titreşmektedir. Alev metal çubuğu ısıtırken metalin ateşe yakın olan atom ve elektronları gittikçe büyüyen genlikte titreşmeye başlar. Bu şekilde hareket ederken, komşularıyla çarpışırlar ve enerjilerinin bir kısmını aktarırlar. Büyük genlikli titreşim elin tuttuğu uca ulaşıncaya kadar, metalin daha uzaktaki atom ve elektronlarının titreşim genliği yavaş yavaş artar. Bu artan titreşimin etkisi metalin sıcaklığının artışını sağlar ve belki de eliniz yanar.

Bir metalin ısı iletim hızı, ısıtılan maddenin özelliklerine bağlıdır. Örneğin, bir parça asbesti sonsuza dek alevin içinde tutmak mümkündür. Bu, asbestin içinde ısı iletiminin çok az olduğunu gösterir. Genelde, metaller çok iyi ısı iletkenidir ve asbest, mantar, kağıt ve fiber gibi malzemeler ise zayıf iletkendir. Gazlar da seyreltik yapılarından dolayı zayıf iletkendir. Metaller, içinde hareket eden ve enerjiyi bir bölgeden diğerine taşıyabilen serbest elektronlardan çok sayıda içerdikleri için iyi iletkendir. O halde, bakır gibi iyi bir iletkende ısı iletimi, atomların titreşmesi ve serbest elektronların hareketi ile oluşur.

Isı iletimi sadece, iletim ortamının iki noktası arasında sıcaklık farkı varsa oluşur.

1 Yorum

Düşünceleriniz Nedir?

Lütfen yorumunuzu buraya yazınız.
Lütfen isminizi buraya yazını.