Katılarda Sıvılarda ve Gazlarda Genleşme (Maddelerin Genleşmesi)

Genleşme genişleme anlamından gelir. Sıcaklığı artırılan bir cismin uzunluk ya da hacminin değişmesi olayıdır. Katıları, sıvıları ya da gazları oluşturan
tanecikler, ortalama konumları çevresinde sürekli çalkalanma halindedirler. Bu cisimlerden birine ısı biçiminde enerji verilirse, bu enerji kinetik enerji ye dönüşür; dolayısıyla, kinetik enerjisi artan tanecikler daha şiddetle çalkalanır ve daha geniş alana yayılmaya çalışırlar; yani sıcaklığı yükselen cisim (katı,sıvı, gaz) aynı zamanda genleşir.

KATILARDA GENLEŞME

Dışarıdan ısı alan maddenin taneciklerinin kinetik enerjisi, dolayısıyla taneciklerin titreşim hızı artar. Tanecikler birbirinden uzaklaşmaya başlar. Bu olay genleşme adı ile anılır. Tersine olarak madde dışarıya ısı verdiğinde (madde soğutulduğunda) maddenin taneciklerinin kinetik enerjisi, dolayısıyla taneciklerin titreşim hızı azalır ve maddenin hacmi küçülür.

Maddelerin genleşmesi ya da tersine büzülmesi sırasında büyük kuvvetlerin ortaya çıkması, tren raylarında, köBağlantı adresi Sadece üyeler içindir!prü gibi yapılarda hasarlara neden olmaktadır. Bu yüzden tren yaylarının eklenti yerlerinde boşluklar bırakılır, köBağlantı adresi Sadece üyeler içindir!prüler demir makaralar üzerine oturtulur. Çevremizdeki bu tür yapıları gözlemleyerek genleşme ile ilgili bir çok örnekler bulabiliriz.
BOYCA UZAMA Bir met@l çubuğun ısıtılmadan önceki ilk boyu, l0 olsun. Bu met@l çubuğu ısıttığımızda boyu uzayarak son boyu l olur. Boyca uzama miktarı (Δl);

ΔL =l-l0 = L0.λ.Δt bağıntısıyla bulunur.

Burada, l0 :met@lin ilk boyu.
λ:met@lin boyca genleşme katsayısı.
Δt = tson-tilk:met@lin ısıtılmadan önceki sıcaklığı ile ısıtıldıktan sonraki sıcaklığının farkıdır.

YÜZEYCE GENLEŞME Bir met@l levhanın ısıtılmadan önceki ilk yüzeyi S0 olsun. Bu met@l levhayı ısıttığımızda, yüzey artarak son yüzeyi S olur.

ΔS = S-S0.2 λ.Δt bağıntısıyla hesap edilir.

Burada;
S0:met@lin ilk yüzü.
2λ:Yüzeyce genleşme katsayısı (Boyca genleşmenin iki katıdır.)
Δt = tson-tilk :Sıcaklık farkıdır

HACİMCE GENLEŞME met@l bir kürenin ısıtılmadan önceki ilk hacmi V0 olsun.Bu met@l küreyi ısıttığımızda son hacmi V olur. Hacimce genleşme miktarı ΔV,

ΔV = V-V0 =V0.3λ.Δt bağıntısıyla hesap edilir.Burada;
V0:met@l kürenin ilk hacmi.
3λ:Hacimce genleşme katsayısı (Dikkat edilirse boyca genleşme katsayısının üç katıdır.)
Δt = tson-tilk : Sıcaklık farkıdır.


SIVILARDA GENLEŞME

Katı maddelerin genleşmelerini gördük, benim aklıma şu soru geldi, peki sıvı maddelerde de genleşme olur mu? Tabi ki olur şimdi birlikte bu konuyu işleyelim. Öncelikle şu sorulara cevap bulmaya çalışalım.

Ağzına kadar dolu bir çaydanlık ısıtıldıkça neden taşar?

Termometrelerde cıva veya alkol seviyesi sıcaklık değişmelerinde neden yükselip alçalır?

Bu ve bunun gibi sorulara, bilimsel alarak daha iyi cevaplar verebilmemiz için, sıvıların davranışlarını incelememiz gerekir. Ama bir sorunumuz var. Sıvıların ısıtılmadaki davranışlarını, katılarda olduğu gibi inceleyemeyiz. Çünkü, sıvıları katılar gibi şekillendirmek, örneğin boru haline getirmek imkansızdır. Bu yüzden, sıvıların, bir kap içinde incelenmeleri gerekir.

Sıvıların genleşmesinden sıvılı termometrelerde, sıcak su kazanlarında, termosifonlarda ve kalorifer sistemlerinde yararlanılır. Sıvıların genleşme miktarı aşağıdaki bağıntı ile hesaplanır.

ΔV = V. a. Δt

Bağıntıda ΔV sıvının hacimce genleşme miktarı, V sıvının ilk hacmi, a sıvının hacimce genleşme katsayısıdır.


GAZLARDA GENLEŞME

Şimdi de gazların ısı etkisiyle genleşmelerini ele alalım. Şu soruları cevaplamaya çalışalım. Soba üzerinde tutulan şişirilmiş bir balon niçin büyür ve hatta patlar? 1783 yılında Montgolfier kardeşler, balonlarını uçurabilmek için, balonun açık alt kısmında ateş yakmışlardır. Niçin? Bu sorulara bulacağımız cevaplar bize, gazlarda da hacmin, katı ve sıvılarda olduğu gibi sıcaklıkla arttığı kanısını vermekte.
Sıcaklıkla genleşme, gazdan gaza değişmemektedir.

MET@L ÇİFTİ

Farklı met@llerden yapılmış eşit uzunluktaki iki çubuk bir birine perçinlenerek mwt@l çifti yapılabilir. Bu iki çubuk, perçinli oldukları için ısıtıldıklarında bağımsız olarak hareket edemezler. Fakat uzama katsayıları bir birinden farklı oldukları için biri diğeri üzerine bükülür.

met@l çiftlerinin birçok kullanım alanları vardır. Bunların en önemlisi elektrik termostatlarıdır. Termostat sıcaklığı kontrol altına alarak sabit bir değerde tutmaya yarayan bir alettir. Elektrikli şofben, elektrikli ütü, evlerdeki radyatör türü ısıtıcılar termostatlı aletlerdir.

Bu aletlerde sıcaklık arttığında met@l çifti bükülür ve devreyi keser. Bir süre soğuyunca mwt@l çifti soğuyarak eski durumuna gelir ve devreyi tamamlar. Isıtıcı çalışmaya başlar. Böylece aletin sabit sıcaklıkta çalışması sağlanır.

Yangın alarmlarında sıcaklık arttığında mwt@l çifti yukarı bükülerek elektrik devresini kapatır ve zil çalar. Aynı zamanda met@l termometrelerde ve flaşörlerde