Genleşme Ve Sikiştirilabilirlik

GENLEŞME ve SIKIŞTIRILABİLİRLİK

Isı alan cisimlerin (taneciklerin) hareketleri hızlanır ve molekülleri arasındaki uzaklık artar Bunun sonucunda da cisim genleşir yani hacmi artar Bütün genleşmeler aslında hacimcedir Uzun bir demir çubuk ısıtıldığı zaman boyu uzar,boyu uzamanın yanı sıra kalınlığı da artar Ancak kalınlığındaki artış,boyundaki uzamanın yanında ihmal edilecek kadar küçük olduğundan, bu olay sadece boyca uzama diye tanımlanır Keza bunun gibi bir metal levha ısıtıldığında metal levhanın yüzeyi artar Yani hacimce genleşir Ancak kalınlığındaki artış yüzeyindeki artışın yanında ihmal edilecek kadar küçük olduğundan, bu olay sadece yüzeyce genleşme diye tanımlanır Netice olarak diyebiliriz ki, ısıtılan cisimlerin hacimlerinde meydana gelen artışa genleşme denir

Bu olayın tersi ise büzülmedir Üzerinden ısı alınan cisimlerin hacimlerinde meydana gelen küçülmeye büzülme denir

Genleşme sırasında maddenin molekülleri (tanecikleri) arasındaki uzaklık artıyor Genleşmenin esası da moleküller arasındaki uzaklığın artmasıdır Bu artışın miktarı nelere bağlı olabilir?

Maddenin ilk hacimleri büyükse, aynı sıcaklık değişiminde genleşme miktarı da artar O halde genleşme miktarı maddenin ilk hacmi ile doğru orantılıdır

Farklı metallerin molekülleri arasında boşluklar da farklıdır Örneğin bakırın molekülleri arasındaki boşluk farklıdır İkisi de aynı miktarda ısıtılsa bile boşluklardaki artmalar, yani genleşmeler aynı olmayacaktır O halde genleşme miktarı, maddenin cinsine bağlıdır

Sıcaklık artışı ne kadar çok olursa madenin molekülleri de o kadar çok hızlanır ve bir birinden daha uzaklaşırlar Bundan da anlaşılacağı göre genleşme, sıcaklık artışıyla doğru orantılıdır

Netice olarak ısıtılan bir maddenin, ilk hacmi V0 sıcaklığındaki artma ?t ise hacmindeki artma miktarı ?t;

?t =V0a?t

bağıntısından bulunur

a:Maddenin cinsine bağlı sabit bir sayı olup, bu sabit sayıya hacimce genleşme katsayısı denir

GENLEŞME KATSAYISI:

Birim hacimdeki bir maddenin 1°C sıcaklık değişiminde hacmindeki değişme miktarı denir Aynı şartlarda, katı ve sıvılar için farklı değer aldığından ayırt edici özellik olarak kullanılırken, gazlardan aynı değer alındığından ayırt edici özellik değildir

KATILARDA GENLEŞME OLAYI

Isıtılan metal üç boyutta da uzadığından, boyca, yüzeyce, hacimce genişlemiş olur

A BOYCA UZAMA (1 boyutlu):Bir metal çubuğun ısıtılmadan önceki ilk boyu, l0 olsun Bu metal çubuğu ısıttığımızda boyu uzayarak son boyu l olur Boyca uzama miktarı (?l);

?L =l-l0 = L0??t

bağıntısıyla bulunur

Burada,

l0 :Metalin ilk boyu

?:Metalin boyca genleşme katsayısı

?t = tson-tilk:Metalin ısıtılmadan önceki sıcaklığı ile ısıtıldıktan sonraki sıcaklığının farkıdır

İLGİLİ ÖZELLİKLER:

1Boyca genleşme katsayısı sadece katının cinsine bağlıdır Katsayılar için ayırt edici bir özelliktir

2Aynı cins maddeden yapılan iki metalin ilk boyları aynı, kalınlıkları farklı olsun Sıcaklık değişimleri aynı olacak şekilde ısıtıldığında son boyları yine aynı olur Fakat yarıçaplarındaki ?r artış miktarı eşit olmaz İlk yarıçapı büyük olanın ?r yarıçap artışı daha büyük olur

3Aynı cins maddeden yapılan iki metalin ilk boyları aynı, kütleleri farklı olsun Sıcaklıkları aynı olan metallere eşit miktarda ısı verdiğimizde son boyları eşit olmaz

Q =mc?t bağıntısına göre, ?t = Q/mc olur

Kütlesi büyük olanın sıcaklık artışı daha az olcağından,

?t = l0??t bağıntısına göre ?l uzama miktarı da tam olur

4Aynı cins maddeden yapılan iki metalin ilk boyları ve sıcaklıkları aynı olsun ?t sıcaklık farkları aynı kalacak şekilde birini ısıtıp diğerini soğuttuğumuzda, ısıtılanın boyu artar, soğutulanın boyu kısalır Ancak uzama ve kısalma miktarı (?l) aynı olur

5Birbirine perçinlenmiş X ve Y metal çubukları ısıtıldığında ve soğutulduğunda biribirlerini bırakmadıkları için bükülürler
B YÜZEYCE GENLEŞME (2 boyutlu):Bir metal levhanın ısıtılmadan önceki ilk yüzeyi S0 olsun Bu metal levhayı ısıttığımızda, yüzey artarak son yüzeyi S olur

?S = S-S02 ??t

bağıntısıyla hesap edilir

Burada;

S0:Metalin ilk yüzü

2?:Yüzeyce genleşme katsayısı (Boyca genleşmenin iki katıdır)

?t = tson-tilk ıcaklık farkıdır

İLGİLİ ÖZELLİKLER:

1Aynı cins maddeden yapılan iki metalin ilk yüzeyleri ve sıcaklıkları aynı, kalınlıkları farklı olsun Kalınlık farklı olunca kütleleri de farklı olur Bu metallere eşit miktarda ısı verelim Kalın levhanın kütlesi ince levhanın kütlesinden büyük olduğu için, Q = mc?t ye göre kütlesi büyük olanın sıcaklık değişimi küçük olur ?t1>?t2 ?t = S02??t bağıntısına göre

?S = S02??t bağıntısına göre ?S1 > ?S2 olur

2Ortasında çeşitli geometrik şekillerde boşluk olan metal levhayı ısıttığımızda boşlukların yüzey alanı büyür Soğuttuğumuzda ise boşlukların yüzey alanları küçülür
C HACİMCE GENLEŞME (3 boyutlu):Metal bir kürenin ısıtılmadan önceki ilk hacmi V0 olsunBu metal küreyi ısıttığımızda son hacmi V olur Hacimce genleşme miktarı ?V,

?V = V-V0 =V03??t bağıntısıyla hesap edilirBurada;

V0:Metal kürenin ilk hacmi

3?:Hacimce genleşme katsayısı (Dikkat edilirse boyca genleşme katsayısının üç katıdır)

?t = tson-tilk : Sıcaklık farkıdır
İLGİLİ ÖZELLİKLER:

1Aynı cins maddeden yapılan iki metal küreden birisinin boş, diğerinin içi dolu olup dış hacimleri ve ilk sıcaklıkları eşit olsun Bu metal kürenin sıcaklık değişimleri eşit kalmak şartıyla, ısıttığımızda ve soğuttuğumuzda dış hacimleri yine eşit olur

2Metal kürelere eşit miktarda ısı verelim İçi boş kürenin kütlesi, içi dolu olan kürenin kütlesinden küçük olduğu için,

Q = mc?t ye göre, kütlesi küçük olanın sıcaklık değişimi büyük olur

?t boş > ?tdolu

?V =V0 3??t bağıntısına göre,

?Vboş > ?V dolu olur

Sonuçta eşit ısı verilen içi boş kürenin son hacmi daha büyük olur

3Sıvılar için doğrudan hacimce genleşme katsayısı (a) verilir

SIVILARDA GENLEŞME OLAYI

Sıvılar kaba doldurulduklarında kabın şeklini aldıklarından bir geometrik şekli yoktur Dolayısıyla boyca ve yüzeyce genleşmelerinden bahsetmek oldukça güç olur Hacimsel olarak genleşmelerini incelemek ise oldukça kolaydır Kapta bulunan bir sıvıyı ısıttığımızda ısı seviyesi yükselir Sıvının hacimsel olarak genleşme miktarı, ?V=V0a?t

Bağıntısıyla bulunur Burada V0 sıvının to sıcaklığındaki hacmi ,

A: hacimsel olarak genleşme katsayısı, ?t: Sıcaklık değişimidir

Su ise farklı özellik gösterir Suyun 1 atm basınç altında +4 0C hacmi minimum olur Bu sıcaklığın altında ve üstündeki sıcaklıklarda suyun hacmi artar Eğer suyun diğer sıvılardan farklı özelliği olmasaydı yani diğer sıvılar gibi davranmasaydı, sular üstten değil alttan donardı Bunun sonucu denizlerde hayat olmazdı Aynı zamanda Bizmut ve Antimon da su gibi davranır

GAZLARDA GENLEŞME

Gazlarda genleşme olayı sabit bir basınç altında olur Kapalı kaplardaki gazın genleşmesinden bahsedilemez a genleşme katsayısı bütün gazlar için aynıdır Dolayısıyla a gazla için ayırt edici özellik değildir

Genel olarak, katıların genleşmesi sıvılarınkinden sıvılarınki de gazlarınkinden daha küçüktür En fazla genleşen gazlardır

SIKIŞTIRILABİLİRLİK:

Maddeler tanecikli yapıda ve tanecikler arasında da boşluklar vardır Maddenin üzerine basınç uygulanarak tanecikler arasındaki uzaklıklar azalır ve madde sıkışır Katılarda ve sıvılarda tanecikler bir birine değer durumda oldukları için bunları sıkıştırmak ve hacimlerini küçültmek çok zordur Ama gazlarda tanecikler arasındaki uzaklık çok olduğundan sıkıştırılabilir Bu durumda tanecikler bir birine yaklaşır ve hacimleri küçülür

Isıtılan bir madde genleşir Soğuduğunda ise hacmi küçülür, yani sıkışır O halde sıkıştırma genleşmenin tersidir Gazlarda sıkıştırma sabit sıcaklıkta gaz basıncını artırarak ya da sabit basınç altında sıcaklığı düşürerek veya her iki etkeni de uygulayarak gerçekleştirilebilir

GENLEŞME VE SIKIŞTIRILABİLİRLİĞİN KULLANIM ALANLARI
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