Genleşme

GENLEŞME

Isı alan cisimlerin moleküllerinin hareketi artar Bu da moleküller arası uzaklığın artmasına neden olur Bunun sonucunda da cismin hacmi artar yani genleşir

Isıtılan cisimlerin hacminde meydana gelen artışa genleşme, azalmaya ise büzülme denir Genleşme ve büzülmelerin sonucunda elektrik tellerinin yazın sarkık, kışın ise gergin durduğu görülür Tren raylarının birleşme yerlerinde genleşmeden dolayı boşluk bırakılır

Katılarda Genleşme

Katı madde, çubuk şeklinde ise boyca uzama, levha şeklinde ise yüzeyce genleşme, küre ve silindir gibi cisimlerde ise hacimce genleşme olarak incelenir
Boyca Uzama
Katı bir çubuk, ısıtılıp sıcaklığı artırıldığında boyunun uzadığı gözlenir Boyu uzayan bir çubuğun genişliği de artar Fakat boyundaki artışın yanında genişliğindeki artış ihmal edilecek kadar küçüktür Bundan dolayı metalin tek boyutta genleştiği kabul edilir ve buna boyca uzama denir

İlk boyu l0 olan bir çubuğun sıcaklığı DT kadar artırılırsa, boyundaki Dl uzama miktarı,
Dt=l0a DT bağıntısı ile hesaplanır Buradaki a katsayısı, maddenin cinsine bağlı olup boyca uzama katsayısı olarak ifade edilir

Birim uzunluktaki bir çubuğun sıcaklığı 1 °C artırıldığında boyundaki uzama miktarı boyca uzama katsayısına eşittir

·Uzama katsayısı katı maddeler için ayırt edici bir özelliktir
·Çubuk şeklindeki maddelerin boyca uzaması kesit alanına bağlı değildirAynı maddeden yapılmış, ilk boyları eeşit olan çubukların sıcaklıkları eşit oalrak artırılırsa ,kalın olan çubukla ince olan çubuğun boyları eşit miktarda artar
·Genleşmenin terzi büzülmedir Bir çubuk sıcaklığı artırıldığında ne kadar uzuyorsa, ilk duruma göre sıcaklığı eşit miktar azaltılırsa , eşit miktar kısalır
·a uzama katsayısı büyük olan çubuk, ısıtıldığında fazla uzar soğutulduğunda ise fazla kısalır

İlk boyları eşit olan X ve Y metal çubuklarından X in uzama katsayısı Y ninkinden büyük olsun (aX > aY)d
Bu çubukların sıcaklığı eşit miktar artırılırsa, X in boyu daha fazla uzar Eğer sıcaklıkları eşit miktar azaltılırsa X in boyu daha fazla kısalır

Fakat bu çubuklar birbirinden ayrılmayacak şekilde perçinlenmiş iseler, ısıtıldıklarında ya da soğutulduklarında bükülme meydana gelir

X in uzama katsayısı Y ninkinden büyük olduğundan, ısıtılma sonucu X çubuğu daha fazla uzayacağı için Y nin üzerine doğru bükülür Soğutulma sonucunda ise X daha fazla kısalacağı için Y çubuğu X in üzerine doğru bükülür

Yüzeyce Genleşme

İnce levha şeklindeki katı maddelerin kalınlığındaki genleşme, yüzeyindeki genleşmenin yanında çok küçük kaldığı için dikkate alınmaz Dolayısıyla böyle bir levhadaki genleşmeye yüzeyce genleşme denir
Yüzey alanı S0 olan ince metal bir levha ısıtıldığında yüzey alanı artar Yüzey alanındaki DS artış miktarı

DS=So2a DT

bağıntısı ile hesaplanır İki boyutta genleşme olduğu için a uzama katsayısı 2a olarak alınmıştır Benzer şekilde soğutulan levhanın yüzey alanındaki azalma da aynı bağıntı ile hesaplanır

Şekildeki levhanın içinden r yarıçaplı bir parça çıkarılıp atılıyor
a Levha ısıtıldığında genleşme olur Genleşme sonucu levhanın yüzey alanı artar İçteki boşluğun alanı da artar Yani r yarıçapı büyür Isıtılan bu levha içe doğru genleşmez hep dışa doğru genleşir Fotokopik büyütme gibi olur Dolayısıyla a, b ve r uzunluklarından üçüde artar
b Levha soğutulduğunda, levhanın yüzey alanı azalır Dolayısıyla a, b ve r uzunlukları küçülür Yine fotokopik küçülmeye benzetebiliriz

Hacimce Genleşme


Bütün maddeler hacimce genleşir Fakat bazı doğrultulardaki genleşmeler ihmal edilecek kadar küçük olduğunda, boyca uzama ve yüzeyce genleşme durumları olur

İlk hacmi V0 olan küresel bir cismin sıcaklığı DT kadar değiştirildiğinde hacmindeki değişme miktarı olan DV,
bağıntısı ile bulunur

Buradaki a değerine hacimce genleşme katsayısı denir Hacimce genleşme üç boyutta olduğu için
a = 3a diyebiliriz

Sıvılarda Genleşme

Sıvılar içinde bulundukları kabın şeklini alır Isıtılan bir sıvı, hacimce genleşir İçi su dolu bir kap ısıtıldığında sıvının taşması, genleştiğini gösterir Burada sıvı genleşirken kapta genleşir Fakat sıvıların genleşme katsayısı katılarınkinden büyük olduğu için sıvı, kaptan daha fazla genleşir ve taşma olur Eğer kap ile sıvı eşit miktar genleşse idi sıvı taşmazdı

Bu bağıntıya göre, aynı cins sıvıların sıcaklığı eşit miktar artırılırsa, hacmi büyük olan sıvı daha fazla genleşir Su diğer sıvılardan farklı şekilde genleşir

+4 °C de hacmi en küçük değerini alır +4 °C den itibaren hacmi artar ve 0 °C deki hacmi ile +8 °C deki hacmi eşit olur Buna göre suyun hacim – sıcaklık ve özkütle – sıcaklık grafiği aşağıdaki gibi olur

+4 °C de hacmin minimum olduğu yerde özkütle maksimum değerini alır Özkütlesi büyük olan sıvı altta olduğu için, su birikintilerinin, göllerin ve denizlerin, dip kısımlarındaki sıcaklık +4 °C civarındadır

Şekilde kesit alanı veri len K, L, M kaplardaki aynı cins sıvıların sıcaklıkları eşit miktar artırıldığında, L ve M kaplarındaki sıvılar eşit miktar genleşir
r
DV = V0 a DT bağıntısına göre, a ve DT eşit iken ilk hacmi büyük olan sıvı daha çok genleşir K deki sıvı ise bunlara göre daha az genleşir

Fakat genleşen sıvıların kaplardaki yükselme miktarlarına bakılırsa, durum değişir M kabının üst kısmı daha dar olduğu için sıvı burada daha fazla yükselir L deki sıvı hacmi K dekinin iki katı olduğu için, DVL = 2DVK olur

Fakat L nin kesit alanı da K nin kesit alanının iki katı olduğundan K ve L deki sıvı yükselmeleri eşit olur