Fizik – Isınan Maddelerde Genleşme – Konu Anlatım

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, köprü gibi  yapılarda hasarlara neden olmaktadır. Bu yüzden tren yaylarının eklenti  yerlerinde boşluklar bırakılır, köprüler demir makaralar üzerine  oturtulur. Çevremizdeki bu tür yapıları gözlemleyerek genleşme ile  ilgili bir çok örnekler bulabiliriz.
BOYCA UZAMA Bir metal çubuğun ısıtılmadan önceki  ilk boyu, l0 olsun. Bu metal çubuğu ısıttığımızda boyu  uzayarak son boyu l olur. Boyca uzama miktarı (Δl);
ΔL =l-l0  = L0.λ.Δt bağıntısıyla bulunur.
Burada, l0  :Metalin ilk boyu.
λ:Metalin boyca genleşme katsayısı.
Δt = tson-tilk:Metalin  ısıtılmadan önceki sıcaklığı ile ısıtıldıktan sonraki sıcaklığının  farkıdır.
YÜZEYCE GENLEŞME Bir metal levhanın ısıtılmadan  önceki ilk yüzeyi S0 olsun. Bu metal levhayı ısıttığımızda,  yüzey artarak son yüzeyi S olur.
ΔS = S-S0.2 λ.Δt  bağıntısıyla hesap edilir.
Burada;
S0:Metalin ilk  yüzü.
2λ:Yüzeyce genleşme katsayısı (Boyca genleşmenin iki katıdır.)
Δt  = tson-tilk :Sıcaklık farkıdır
HACİMCE GENLEŞME Metal bir kürenin ısıtılmadan  önceki ilk hacmi V0 olsun.Bu metal küreyi ısıttığımızda son hacmi V  olur. Hacimce genleşme miktarı ΔV,
ΔV = V-V0 =V0.3λ.Δt  bağıntısıyla hesap edilir.Burada;
V0:Metal 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.
METAL ÇİFTİ
Farklı metallerden yapılmış eşit  uzunluktaki iki çubuk bir birine perçinlenerek metal 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.
Metal 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 metal çifti bükülür ve devreyi keser. Bir  süre soğuyunca metal çifti soğuyarak eski durumuna gelir ve devreyi  tamamlar. Isıtıcı çalışmaya başlar. Böylece aletin sabit sıcaklıkta  çalışması sağlanır.
Yangın alarmlarında sıcaklık arttığında  metal çifti yukarı bükülerek elektrik devresini kapatır ve zil çalar.  Aynı zamanda metal termometrelerde ve flaşörlerde metal çiftleri  kullanılarak yapılan araçlardır.

Yorum Bırak...