İsınan Maddelerde Genleşme-İsınan Maddelerde Genleşme Konusu Fizik Dersi Anlatım

**Prof. Dr. Sinsi** · 12-20-2012

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

12-20-2012	#1
Prof. Dr. Sinsi	İsınan Maddelerde Genleşme-İsınan Maddelerde Genleşme Konusu Fizik Dersi 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 = L0λΔt 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-S02 λΔt 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 olsunBu metal küreyi ısıttığımızda son hacmi V olur Hacimce genleşme miktarı ΔV, ΔV = V-V0 =V03λΔt bağıntısıyla hesap edilirBurada; 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