Isınan Maddelerde Genleşme

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.