Katılarda Genleşme Nedir? - Nasıl Olur?

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=l0aDT
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 büzülmedirBir 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=So2aDT
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 içindenr 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