Bir ortamdan başka bir ortama ısı aktarımı temel olarak üç yolla gerçekleşir: iletim, konveksiyon (taşınım) ve ışıma. Bu yöntemlerin her biri, maddenin fiziksel hâline ve taneciklerinin hareket özelliklerine bağlı olarak farklı şekilde işler.
İletim Yoluyla Isının Yayılması
Isı alan bir katıdaki moleküllerin titreşim hızı artar ve bu moleküller yanındaki moleküllere çarparak onların da titreşim hızını artırır. Bu şekilde ısı enerjisi maddeye yayılır. İletim yoluyla ısı yayılırken moleküller yer değiştirmez. Örneğin ocağın üstünde ısınan bir tava sapının zamanla ısınması, iletim yoluyla gerçekleşen ısı akışına iyi bir örnektir.
Sıvı ve gazlarda tanecikler arasındaki mesafeler daha büyük olduğu için iletim yoluyla ısı aktarımı katılara göre daha yavaş olur. Yine de, sıvı ya da gaz içinde kısmen gerçekleşen tanecik-temasları bu etkiyi tamamen ortadan kaldırmaz.
- Isı iletimi iyi olan maddeler (örneğin metaller) soğutma-ısıtma sistemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır.
- Isı iletkenliği az olan maddeler ise ısı yalıtım sistemlerinde kullanılmaktadır. Böylece iletkenliği az olan maddeler sayesinde ısının iletim yoluyla yayılma hızı yavaşlatılır.
- Pişen yemeğin içindeki metal kaşığın ısınması, yanan ateşe koyulan demir çubuğun ısınması bu yol ile gerçekleşir.
Isının Konveksiyon Yoluyla Yayılması
Konveksiyon, sıvı ve gaz taneciklerinin bizzat hareket ederek ısıyı taşımasıdır. Bu durumda tanecikler, ısı ile birlikte kütleyi de bir bölgeden başka bir bölgeye götürür. Örneğin:
- Radyatörlerin oda havasını ısıtması: Sıcak hava yükselir, serin hava alçalarak yerini alır; bu döngü oda içinde sürekli bir akış oluşturur.
- Su ısıtıcısında (kettle) suyun kaynaması: Dibindeki sıcak su yükselir, üstteki nispeten soğuk su aşağı iner ve su hareket ederek ısınır.
Sıcaklığın arttığı bölgede sıvı/gaz genleşir ve yoğunluğu azalan tanecikler yukarı doğru harekete geçer. Bu hareket sırasında soğuk tanecikler, alta inerek ısıtılmış bölgeyle yer değiştirir. Sonuçta dikey ve bazen de yatay akışlarla bir konveksiyon akımı oluşur.
Radyasyon (Işıma) Yoluyla Isının Yayılması
Işıma, herhangi bir maddeye ihtiyaç duyulmaksızın elektromanyetik dalgalar aracılığıyla gerçekleşir. Sıcaklığı 0 Kelvin’in üzerindeki her madde, çevresine kızılötesi ışınlar yayar. Güneş’ten Dünya’ya gelen enerji de bu yolla taşınır. Atmosfer veya uzay boşluğu olsun, vakumda dahi ışıma gerçekleşebilir.
Örneğin kamp ateşinin karşısında oturan bir kişinin yüzünün ısınması, ışıma ile ilgilidir. Burada ateş, görünür ışık ve kızılötesi dalga boylarında elektromanyetik ışınlar yayar. Kişinin ateşe dönük yüzeyi, bu ışınları emerek ısınır. Ateşe sırtını dönen kısımlarsa ışıma doğrudan ulaşamadığı için daha az ısınır.
Isı Aktarım Yollarının Karşılaştırılması
- İletim:
- Madde tanecikleri yer değiştirmez; enerji aktarımı titreşim yoluyla olur.
- Katı maddelerde etkilidir.
- Maddesel ortam gereklidir.
- Konveksiyon:
- Madde tanecikleri yer değiştirir; ısınan akışkan yükselir, soğuyan akışkan alçalır.
- Sıvı ve gazlarda etkilidir.
- Maddesel ortam gereklidir.
- Işıma:
- Isı, elektromanyetik dalgalarla taşınır.
- Maddesel ortama ihtiyaç duymaz; boşlukta da gerçekleşir.
- Her ortamda meydana gelebilir.
