Soğuk

Soğuk, özellikle atmosferdeki düşük sıcaklığın varlığıdır. Yaygın kullanımda, soğuk genellikle öznel bir algıdır. Sıcaklığın alt sınırı, mutlak bir termodinamik sıcaklık ölçeği olan Kelvin ölçeğinde 0,00K olarak tanımlanan mutlak sıfırdır. Bu, Celsius ölçeğinde -273,15 C'ye, Fahrenheit ölçeğinde -459,67 F'ye ve Rankine ölçeğinde 0,00 R'ye karşılık gelmektedir.
Sıcaklık, bir nesne veya bir madde numunesi tarafından tutulan termal enerjiyle, yani maddenin parçacık bileşenlerinin rastgele hareketinin kinetik enerjisi ile ilgili olduğundan, bir nesne daha soğuk olduğunda daha az ve daha sıcak olduğunda daha fazla termal enerjiye sahip olmaktadır. Bir sistemi mutlak sıfıra soğutmak mümkün olsaydı, bir madde örneğindeki parçacıkların tüm hareketleri durur ve bu klasik anlamda tam hareketsiz kalırlardı. Nesne sıfır termal enerjiye sahip olarak tarif edilmektedir. Bununla birlikte, kuantum mekaniğinin mikroskobik tanımında, belirsizlik ilkesi nedeniyle, maddenin mutlak sıfırda bile sıfır noktası enerjisi vardır.
Soğutma
Soğutma, soğuma veya sıcaklığı düşürme sürecini ifade etmektedir. Bu, bir sistemden ısıyı uzaklaştırarak veya sistemi daha düşük sıcaklığa sahip bir ortama maruz bırakarak gerçekleşebilmektedir.
Soğutma sıvıları, nesneleri soğutmak, donmayı önlemek ve makinelerde erozyonu önlemek için kullanılan sıvılardır.
Hava soğutma, bir nesneyi havaya maruz bırakarak soğutma işlemidir. Bu, yalnızca hava nesneden daha düşük bir sıcaklıktaysa işe yaramaktadır. İşlem yüzey alanını artırarak, soğutucu akış hızını artırarak veya nesnenin kütlesini azaltarak geliştirilmektedir.
Bir başka yaygın soğutma yöntemi, bir nesneyi buza, kuru buza veya sıvı nitrojene maruz bırakmaktır. Bu, ısı iletimi ile çalışmaktadır. Isı nispeten sıcak nesneden nispeten soğuk soğutucuya aktarılmaktadır.
Lazer soğutma ve manyetik evaporatif soğutma, çok düşük sıcaklıklara ulaşmak için kullanılan tekniklerdir.
Geçmişi
İlk zamanlar
Antik çağda buz, yiyecekleri muhafaza etmek için değil, Romalıların da yaptığı gibi şarabı soğutmak için kullanılmaktaydı. Pliny'ye göre, İmparator Nero, buz kovasını şarapları seyrelteceği için soğuk hale getirmek için şaraba eklemek yerine soğutmak için icat etmiştir.
MÖ 1700 civarında bir zamanda, Irak'ın kuzeybatısındaki Mari Krallığı kralı Zimri-Lim, Fırat kıyısında, başkentine yakın bir yerde "bit shurpin" adlı bir "buzhane" yaratmıştır. MÖ 7. yüzyılda Çinliler sebze ve meyveleri korumak için buz evlerini kullanmışlardır. Çin'deki Tang hanedanlığı yönetimi sırasında (MS 618 -907) bir belge, Doğu Chou Hanedanlığı döneminde(MÖ 770 -256) moda olan buzu, şaraptan cesetlere kadar her şeyi dondurmak için "Buz Hizmeti" için istihdam edilen 94 işçi tarafından kullanma pratiğine atıfta bulunmaktadır.
"Mutlak Sıfır ve Soğuğun Fethi" (2000) kitabının yazarı Shachtman, MS 4. yüzyılda Japon imparatoru Nintoku'nun kardeşinin kendisine bir dağdan buz hediye ettiğini söylemiştir. İmparator hediyeden o kadar memnun kalmıştır ki, 1 Haziran'ı "Buz Günü" olarak adlandırmıştır. Ayrıca törenle görevlilerine buz blokları verilmiştir.
Shachtman, eski zamanlarda bile, Mısır ve Hindistan'da, suyun buharlaşması ve ısı radyasyonu ile gece soğutmasının ve tuzların suyun donma sıcaklığını düşürme yeteneğinin uygulandığını söylemektedir. Roma ve Yunanistan'ın eski insanları, kaynamış suyun sıradan sudan daha hızlı soğuduğunun farkında oldukları bilinmektedir. Bunun nedeni suyun kaynatılmasıyla soğumaya engel olan karbondioksit ve diğer gazların ortamdan uzaklaştırılmasıdır. Ancak bu gerçek 17. yüzyıldan sonra öğrenilmiştir.
17. yüzyıldan itibaren
Shachtman'ın iddiasına göre, Cornelis Jacobszoon Drebbel, 1608'de, sihirbazların yıldırım, aslan, kuş, titreyen yapraklar ve benzeri gibi sihirli numaralar yaptığına inanan Kral I. James (ve VI) tarafından atanmıştır. 1620'de Westminster Abbey'de krala ve saraylılarına soğuğun gücü hakkında bir gösteri yapmştır. Shachtman, bir yaz gününde, Drebbel'in Manastırın salonunda bir ürperti yarattığını (sıcaklığı birkaç derece düşürdüğünü) ve bunun da kralın titremesine ve maiyetiyle birlikte salondan çıkmasına neden olduğunu söylemektedir. Birkaç yıl önce, Giambattista della Porta, Abbey'de "buz fantezi bahçeleri, karmaşık buz heykelleri" ve ayrıca Floransa'daki ziyafetler için buzlu içecekler göstermiştir. Drebbel tarafından yaratılan yapay dondurmaya tek referans Francis Bacon'a aittir. O zamanlar pratik bir uygulaması olmadığı için yaptığı gösteri, sihirbazlık numaralarından biri olarak kabul edildiğinden ciddiye alınmamıştır. Drebbel sırlarını açıklamamıştır.
Shachtman, deneysel bilimin bir savunucusu olan Lord Chancellor Bacon'un 1620'lerin sonlarında yayınlanan Navum Organum'da gösteri sırasında orada olmamasına rağmen Westminster Abbey'deki yapay dondurma deneyini açıklamaya çalıştığını şu şekilde söylemektedir: "Nitre çok soğuktur ve bu nedenle, kara veya buza eklendiğinde nitre veya tuz, ikincisinin soğuğu, nitre kendi soğuğuna ekleyerek, tuzu ise soğuk kara aktivite sağlayarak yoğunlaştırır." Nitre (şimdi potasyum nitrat olarak bilinmektedir) ve tuzun soğuğu tetikleyen yönleri hakkındaki bu açıklama, o zamanlar birçok bilim adamı tarafından denenmiştir.
Shachtman, 17. yüzyılda dini görüşlerde köklü bir değişime kadar buzun faydalı kullanımındaki ilerlemeyi engelleyen şeyin fizik ve kimyadaki bilimsel bilgi eksikliği olduğunu söylemektedir. Entelektüel engel, onu soğuk bilgi arayışında takip eden Francis Bacon ve Robert Boyle tarafından kırılmıştır. Boyle, 17. yüzyılda soğuk disiplininde kapsamlı deneyler yapmıştır. Basınç ve hacim üzerine yaptığı araştırma, 19. yüzyılda soğuk alanındaki araştırmaların öncüsü olmuştur. Yaklaşımını "Bacon'un sıcağı ve soğuğu doğanın sağ ve sol elleri olarak tanımlaması" olarak açıklamıştır. Boyle, 17. yüzyılda soğuk disiplininde kapsamlı deneyler yapmıştır. Ayrıca basınç ve hacim üzerine yaptığı araştırma, 19. yüzyılda soğuk alanındaki araştırmaların öncüsü olmuştur. Yaklaşımını "Bacon'un sıcağı ve soğuğu doğanın sağ ve sol elleri olarak tanımlaması" olarak açıklamıştır.
19. yüzyıl
Amerika Birleşik Devletleri'nde yaklaşık 1850'den 19. yüzyılın sonuna kadar buz ihracatı pamuktan sonra ikinci sırada yer almıştır. İlk buz kutusu, 1810'da Maryland'li bir çiftçi olan Thomas Moore tarafından oval şekilli ahşap bir küvet içinde tereyağı taşımak için geliştirilmiştir. Küvetin içi metal bir kaplama ve etrafı bir buz torbasıyla çevrilmiştir. Yalıtım olarak tavşan derisi kullanılmıştır. Moore ayrıca, buzla doldurulmuş 6 fit küp (0,17m3) bir alan üzerine inşa edilen kap ile ev içi kullanım için bir buz kutusu geliştirmiştir. 1825 yılında, Nathaniel J. Wyeth tarafından atlı bir buz kesme cihazı kullanılarak buz hasadı icat edilmiştir. Tek tip boyutta buzdan kesilmiş bloklar, Amerika Birleşik Devletleri'nde yaygın olarak uygulanan ucuz bir gıda muhafaza yöntemidir. Ayrıca 1855'te saatte 600 ton buzu çeken buharla çalışan bir cihaz geliştirildi. Daha fazla yenilik ortaya çıktı. Soğutucu olarak basınçlı hava kullanan cihazlar icat edilmiştir.
20. yüzyıl
Buz kutuları, buzdolabının eve girdiği 19. yüzyılın ortalarından 1930'lara kadar yaygın olarak kullanılmıştır. Belediye tarafından tüketilen buzların çoğu, kışın karla kaplı alanlardan veya donmuş göllerden hasat edilmiştir ve buz evlerinde saklanmıştır. Buz kutuları daha yaygın hale geldikçe yurt içine teslim edilmiştir.
1913 yılında ev tipi buzdolapları icat edilmiştir. 1923'te Frigidaire, ilk bağımsız birimi tanıtmıştır. 1920'lerde Freon piyasaya sürülmesi ile 1930'larda buzdolabı pazarını genişlemiştir. Ayrı bölmeler olarak ev tipi dondurucular (sadece buz küpleri için gerekenden daha büyük) 1940'ta tanıtılmıştır. Dondurulmuş gıdalar, önceki 1913'te ev kullanımı için buzdolapları icat edilmiştir. 1923'te Frigidaire ilk bağımsız birimi tanıtmıştır. 1920'lerde Freon'un piyasaya sürülmesi ile 1930'larda buzdolabı pazarını genişletmiştir. 1940'larda ev tipi dondurucular (sadece buz küpleri için olandan daha büyük olanlar) piyasaya girdi. Daha önce lüks bir ürün olan dondurulmuş gıdalar yaygınlaştı.
Fizyolojik etkiler
Soğuğun insan vücudu ve diğer organizmalar üzerinde sayısız fizyolojik ve patolojik etkisi bulunmaktadır. Soğuk ortamlar, belirli psikolojik özelliklerin yanı sıra hareket etme yeteneği üzerinde doğrudan etkilere sahiptir. Titreme, soğuğa verilen ilk fizyolojik tepkilerden biridir. Düşük sıcaklıklarda, soğuk nedeniyle kan dolaşımını büyük ölçüde bozulabilir. Soğukta, hücre dışı su donar ve doku tahrip olur. Soğuk, özellikle parmakları, ayak parmaklarını, burnu, kulakları ve yanakları etkilemektedir. Soğuğun etkisiyle vücudun bu bölümleri renk değiştirir, şişer, kabarır ve kanar Bölgesel soğuk ısırığı, kızarıklıklara ve hatta söz konusu vücut bölümlerinin tamamen ölümüne yol açmaktadır. Yalnızca cildin geçici soğuğa tepkileri ciddi sonuçlar vermez. Kan damarları kasıldıkça, dokuya daha az oksijen girerek serin ve solgun hale gelirler. Sıcaklık, kan dolaşımını yeniden uyarır ve acı verir ama zararsızdır. Soğuğa karşı iyi korunma, özellikle çocuklar ve spor için önemlidir. Aşırı soğuk havalar soğuk ısırmasına, sepsis ve hipotermiye neden olmakta ve bu da ölümle sonuçlanabilmektedir.
Önemli soğuk yerler ve nesneler
ABD'de, Colorado eyaletine bağlı Boulder'daki Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü, yeni bir teknik kullanarak, mikroskobik bir mekanik tamburu 360 mikrokelvin'e soğutmayı başararak onu kayıtlardaki en soğuk nesne haline getirmiştir. Teorik olarak, bu teknik kullanılarak bir nesne mutlak sıfıra soğutulur.
Şimdiye kadar elde edilen bilinen en düşük sıcaklık, var olduğuna dair hipotezi 1924'te Satyendra Nath Bose 'in ortaya attığı ve ilk olarak 5 Haziran 1995'te Eric Cornell, Carl Wieman ve Colorado Boulder Ünivesitesi içindeki Astrofizik Enstitüsü Ortak Laboratuvarı'ndaki (JILA) çalışma arkadaşları tarafından yaratılan Bose-Einstein yoğunlaşması adı verilen bir madde halidir. Bunu, yaklaşık iki bin rubidyum-87 atomundan oluşan seyreltik bir buharı, bir lazer soğutma kombinasyonunu kullanarak 170 nK'nin altına (bir nK veya nanokelvin bir kelvin milyarda biri (10−9) soğutarak yapmıştır
1 K (−272.15 C, −457.87 F) olarak tahmin edilen bir sıcaklığa sahip Bumerang Bulutsusu, evrendeki bilinen en soğuk doğal konumdur.
Planck uzay aracının aletleri, pasif ve aktif soğutma yoluyla 0,1 K (−273,05 C, −459,49 F) sıcaklıkta tutulmaktadır.
Başka bir ısı kaynağı olmadığında, Büyük Patlama'nın bir kalıntısı olan Kozmik mikrodalga arka plan radyasyonu nedeniyle Evrenin sıcaklığı kabaca 2.725 kelvin'dir.
Neptün'ün uydusu Triton 38,15 K (−235 C, −391 F) yüzey sıcaklığına sahiptir.
Uranüsün kara cisim sıcaklığı 58,2 K (−215.0 C, −354.9 F)tür.
Satürn, 81,1 K (−192,0 C, −313.7 F) kara cisim sıcaklığına sahiptir.
Merkür, Güneş'e yakın olmasına rağmen, yaklaşık 93,15 K (−180 C, -290 F) sıcaklıkla, aslında geceleri soğuktur. Merkür geceleri soğuktur çünkü Güneş'ten gelen ısıyı hapsedecek bir atmosferi yoktur.
110.0 K (−163.2 C, −261.67 F) kara cisim sıcaklığına sahip Jüpiter.
210.1 K (−63.05 C, −81.49 F) kara cisim sıcaklığına sahip Mars.
Dünyanın en soğuk kıtası Antarktika'dır. Dünya üzerindeki en soğuk yer, Antarktika Platosu'dur, Antarktika'nın Güney Kutbu çevresinde yer alan ve yüksekliği yaklaşık 3.000 metre (9.800 ft) olan bir bölgedir. 183.9 K (−89.2 C, −128.6 F) ile Dünya'da güvenilir olarak ölçülen en düşük sıcaklık, 21 Temmuz 1983'te orada Vostok İstasyonu'nda kaydedilmiştir. Soğuk Kutuplar, Güney ve Kuzey Yarımküre'de en düşük hava sıcaklıklarının kaydedildiği yerlerdir. (Bkz. Hava durumu kayıtları listesi).
Kuzey Kutbu'nun tundra bölgesi olarak bilinen soğuk çöllerinde, yıllık birkaç inçlik kar yağışı görülür ve kaydedilen sıcaklıklar 203.15 K (−70 C, -94 F) kadar düşüktür. Genelde donmuş toprakta sadece birkaç küçük bitki hayatta kalmaktadır.
Himalayaların soğuk çölleri, Pamir Knot'tan Tibet platosunun güney sınırına kadar uzanan Himalaya sıradağlarının dağ zirvelerinin yarattığı bir yağmur gölgesi bölgesinin bir özelliğidir. Ancak bu dağ silsilesi aynı zamanda Hindistan alt kıtasındaki muson yağmurlarının da sebebidir. Bu bölge yaklaşık 3.000 m yükseklikte yer almaktadır. Ladakh, Lahaul, Spiti ve Pooh bölgelerini kapsar. Buna ek olarak, Chamoli, Kinnaur'un bazı bölgeleri, Pithoragarh ve kuzey Sikkim gibi ana Himalayalar içinde soğuk çöller olarak da sınıflandırılan iç vadiler vardır.
Mitoloji ve kültür
Niflheim, İskandinav Mitolojisinde dokuz donmuş nehir ile ilkel bir buz ve soğuk diyarıdır.
"Dante'nin Cehennemindeki Cehennem", Cocytus'un Virgil ve Dante'nin bırakıldığı donmuş bir göl olarak belirtilmiştir.