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 =V0.a.?t
bağıntısından bulunur.
a:Maddenin cinsine bağlı sabit bir sayı olup, bu sabit sayıya hacimce genleşme katsayısı denir.
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:
1. Boyca genleşme katsayısı sadece katının cinsine bağlıdır. Katsayılar için ayırt edici bir özelliktir.
2. Aynı 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.
3. Aynı cins maddeden yapılan iki metalin ilk boyları aynı, kütleleri farklı olsun. Sıcaklıkları aynı olan metallere eşit miktarda ısı verdiğimizde son boyları eşit olmaz.
Q =m.c.?t bağıntısına göre, ?t = Q/m.c olur.
Kütlesi büyük olanın sıcaklık artışı daha az olcağından,
?t = l0.?.?t bağıntısına göre ?l uzama miktarı da tam olur.
4. Aynı 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.
5.Birbirine 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-S0.2 ?.?t
bağıntısıyla hesap edilir.
Burada;
S0:Metalin ilk yüzü.
2?:Yüzeyce genleşme katsayısı (Boyca genleşmenin iki katıdır.)
?t = tson-tilk ıcaklık farkıdır.
İLGİLİ ÖZELLİKLER:
1. Aynı 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 = m.c.?t ye göre kütlesi büyük olanın sıcaklık değişimi küçük olur. ?t1>?t2 ?t = S0.2?.?t bağıntısına göre
?S = S0.2?.?t bağıntısına göre ?S1 > ?S2 olur.
2. Ortasında 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 olsun. Bu metal küreyi ısıttığımızda son hacmi V olur. Hacimce genleşme miktarı ?V,
?V = V-V0 =V0.3?.?t bağıntısıyla hesap edilir. Burada;
V0:Metal kürenin ilk hacmi.
3?:Hacimce genleşme katsayısı (Dikkat edilirse boyca genleşme katsayısının üç katıdır.)
?t = tson-tilk : Sıcaklık farkıdır.
İLGİLİ ÖZELLİKLER:
1. Aynı 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.
2. Metal kürelere eşit miktarda ısı verelim. İçi boş kürenin kütlesi, içi dolu olan kürenin kütlesinden küçük olduğu için,
Q = m.c.?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.
3.Sıvılar için doğrudan hacimce genleşme katsayısı (a) verilir.
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.
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.
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.
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 =V0.a.?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:
1. Boyca genleşme katsayısı sadece katının cinsine bağlıdır. Katsayılar için ayırt edici bir özelliktir.
2. Aynı 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.
3. Aynı cins maddeden yapılan iki metalin ilk boyları aynı, kütleleri farklı olsun. Sıcaklıkları aynı olan metallere eşit miktarda ısı verdiğimizde son boyları eşit olmaz.
Q =m.c.?t bağıntısına göre, ?t = Q/m.c olur.
Kütlesi büyük olanın sıcaklık artışı daha az olcağından,
?t = l0.?.?t bağıntısına göre ?l uzama miktarı da tam olur.
4. Aynı 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.
5.Birbirine 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-S0.2 ?.?t
bağıntısıyla hesap edilir.
Burada;
S0:Metalin ilk yüzü.
2?:Yüzeyce genleşme katsayısı (Boyca genleşmenin iki katıdır.)
?t = tson-tilk ıcaklık farkıdır.
İLGİLİ ÖZELLİKLER:
1. Aynı 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 = m.c.?t ye göre kütlesi büyük olanın sıcaklık değişimi küçük olur. ?t1>?t2 ?t = S0.2?.?t bağıntısına göre
?S = S0.2?.?t bağıntısına göre ?S1 > ?S2 olur.
2. Ortasında 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 olsun. Bu metal küreyi ısıttığımızda son hacmi V olur. Hacimce genleşme miktarı ?V,
?V = V-V0 =V0.3?.?t bağıntısıyla hesap edilir. Burada;
V0:Metal kürenin ilk hacmi.
3?:Hacimce genleşme katsayısı (Dikkat edilirse boyca genleşme katsayısının üç katıdır.)
?t = tson-tilk : Sıcaklık farkıdır.
İLGİLİ ÖZELLİKLER:
1. Aynı 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.
2. Metal kürelere eşit miktarda ısı verelim. İçi boş kürenin kütlesi, içi dolu olan kürenin kütlesinden küçük olduğu için,
Q = m.c.?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.
3.Sıvılar 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=V0.a.?tBağıntısıyla 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.
