Genleşme

Genleşme, sıcaklığı artırılan bir cismin uzunluk ya da hacminin değişmesi olayıdır. Cisimlerin sıcaklık artışı sonucuna bağlı olarak hacim veya uzunluklarında değişim oluşması genleşme nedir sorusunun yanıtıdır.

Genleşme için cismin içerisinde yer alan enerjinin kinetik enerjiye dönüşümüne ihtiyaç duyulur. Her cisim, oluşum hallerinde belirli bir tanecik yapısı barındırır. Bu tanecikler cisimlerin içerisinde çalkalanma şeklinde bir eylem halindedir. Eğer çalkalanma ısı sonucu daha fazla oluşursa cisimler belirli bir alana yayılmak isterler, bu durum da genleşmeyi meydana getirir.

Katıları, sıvıları ya da gazları oluşturan tanecikler, ortalama konumları çevresinde sürekli çalkalanma halindedirler. Bu cisimlerden birine ısı biçiminde enerji verilirse bu enerji kinetik enerjiye 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. Sıcak bir cisim ışınını başka bir maddeye gönderirse o maddenin kapladığı alan (hacmi) genişler ve yayılır.

İlişkili Konular​

• Katılarda Genleşme
• Sıvılarda Genleşme
• Gazlarda Genleşme
• Büzülme Ve Genleşme Arasındaki Fark Nedir‎?
• Genleşme ve Büzülme nedir ?
• Genleşme, Büzülme, Buharlaşma, Yoğuşma, Kaynama, Erime ,Donma nedir?
• Buharlaşma ve genleşme nedir?
• Genleşme ve Büzülmenin Olumlu Olumsuz Etkileri
• Genleşme ve Sıkıştırılabilirlik

Genleşme Neye Bağlıdır?​

Genleşmenin oluşması için belirli bir ısı artışına ihtiyaç duyulur. Örneğin; katılarda genleşme için cismin başlangıç boyu, ısısı ve verilen ısının ne kadar değiştiği göz önüne alınır. Katılarda genleşmeyi hesaplarken ilk sıcaklık ve son sıcaklık arasındaki farka dikkat edilir.

Genleşme katsayısı genleşmenin durumunu belirlerken ayırt edicilik anlamında önemli bir kriter olarak bilinmektedir. Bu durumdan hareketle, bir demirin ve tahtanın genleşme katsayısının farklı olduğunu söylemek mümkündür. Tüm genleşme durumlarında ısı artışı olması gereken kriterlerin başında gelir.

Genleşme Katsayısı​

Genleşme katsayısı, bir maddenin ısı etkisiyle genleştiği miktarın belirlenmesi için kullanılan katsayıdır. Birim hacimdeki bir maddenin birim sıcaklık değişiminde hacmindeki değişme miktarı olarak tanımlanır.

Isı değişikliği etkisi altında kalan bir malzemeyi oluşturan atomların, enerji düzeylerinin değişmesi ile moleküler bağ uzunlukları değişir. Dolayısıyla atomlar arası mesafelerin değişmesi maddenin hacmini de değiştirir.

Katı ve sıvı her maddenin farklı bir genleşme katsayısı vardır. Aynı şartlar altında eşit hacimdeki iki gaz örneği özdeş ısıtıcılarda aynı sürede ısıtıldıklarında hacimleri eşit miktarda artar. Bütün gazların genleşme katsayısı aynıdır.

Genel hacimce genleşme katsayısı​

Bir gaz, sıvı veya katının genel hacimce genleşme katsayısı şöyle ifade edilir;



Burada p alt indisi, genleşme süresince sabit tutulan basıncı; "V" ise bu genel ifadeye giren (doğrusal olmayan) hacimce gerilmeyi ifade eder. Gaz ortamında basıncın sabit tutulması önemlidir. Çünkü bir gaz hacmi, basınç ve sıcaklıkla çok değişir. Düşük yoğunlukla bir gaz için bu, ideal gaz modelinde görülebilir.

Katılarda genleşme​

Dışarıdan ısı alan maddenin taneciklerinin kinetik enerjisi, dolayısıyla taneciklerin titreşim hızı artar. Tanecikler birbirinden uzaklaşmaya başlar. Bu olaya genleşme adı verilir. Tersine olarak madde dışarıya ısı verdiğinde (madde soğutulduğunda) maddenin taneciklerinin kinetik enerjilerinin azalmasına neden olur.

Maddelerin genleşmesi ya da tersine büzülmesi sırasında büyük kuvvetlerin ortaya çıkması, tren raylarında, köprü gibi yapılarda hasarlara neden olmaktadır. Bu yüzden tren raylarının eklenti yerlerinde boşluklar bırakılır, köprüler demir makaralar üzerine oturtulur. Çevremizdeki bu tür yapıları gözlemleyerek genleşme ile ilgili birçok örnekler bulabiliriz.

Boyca genleşme​

Katı bir maddenin sıcaklığının 1 °C yükseltilmesiyle birim boyundaki uzama miktarına boyca genleşme katsayısı denir.

Bir metal çubuğun önceki ilk boyu, L0 olsun. Bu metal boyu uzayarak son boyu L olur. Boyca uzama miktarı (Δl);

ΔL =L-L₀= L₀.λ.Δt bağıntısıyla bulunur. Burada,

L₀ : Metalin ilk boyu.
Δt = t_son-t_ilk : Metalin ısıtılmadan önceki sıcaklığı ile ısıtıldıktan sonraki sıcaklığının farkıdır.
Basınç ihmal edilirse, boyca genleşme katsayısı şöyle ifade edilebilir.

Yüzeyce genleşme​

Bir metal levhanın ısıtılmadan önceki ilk yüzeyi S₀ olsun. Bu metal levhayı ısıttığımızda, yüzey artarak son yüzeyi

ΔS = S-S₀=S₀.2 λ.Δt bağıntısıyla hesap edilir.

Burada;

S₀: Metalin ilk yüzü.
2λ: Yüzeyce genleşme katsayısı (Boyca genleşmenin iki katıdır.)
Δt = t_son-t_ilk :Sıcaklık farkıdır

Hacimce genleşme​

Metal bir kürenin ısıtılmadan önceki ilk hacmi V0 olsun. Bu metal küreyi ısıttığımızda son hacmi V olur. Hacimce genleşme miktarı ΔV, bağıntısıyla hesap edilir. Formül: ΔV=V₀.3λ.Δt

Burada;

V0: Metal kürenin ilk hacmi.
3λ: Hacimce genleşme katsayısı (Dikkat edilirse boyca genleşme katsayısının üç katıdır.)
Δt = t_son-t_ilk : Sıcaklık

Sıvılarda genleşme​

Sıvıların ısıtılmadaki davranışlarını, katılarda olduğu gibi inceleyemeyiz. Çünkü, sıvıları katılar gibi şekillendirmek, örneğin boru haline getirmek imkânsızdır. Bu yüzden, sıvıların, bir kap içinde incelenmeleri gerekir. Ayırt edici bir özelliktir.

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 katsayısı, ΔT sıcaklık değişimidir.

Gazlarda genleşme her gazda aynıdır. Gazlar en çok genleşen maddelerdir.

Gazlarda genleşme​

İdeal gaz için, hacimce genleşme (örneğin, sıcaklık değişiminden dolayı hacimdeki görsel değişim) sıcaklığı değiştiren sürecin türüne bağlıdır. İki temel durumdan biri, basıncın sabit tutulduğu izobarik süreç, diğeri ortamda ısı değişiminin olmadığı süreçtir.

Bir izobarik süreçte hacimce genleşmeyi ile gösterirsek, ideal gaz yasasına göre:



olur. Burada p izobarik süreci ifade eder.

Genleşme Örnekleri​

Genleşme için verilebilecek pek çok örnek vardır. Bir borunun ısıtılması sonucu genleşmesi kolaylıkla deneyimlenebilir bir örnektir. Benzer şekilde ısınan tellerin şekil ve görünümlerindeki genleşme de bu duruma örnek gösterilebilir.

İçi sıcak hava dolu bir balonun ateş yakılmasından sonra şişmesi ve yükselmesi, yaz aylarında tren raylarının ısı nedeniyle uzaması, bir termometrenin içerisinde yer alan soğuk havanın büzülmesi ve aşağıya inmesi gibi örnekler genleşme için verilebilmektedir. Kavanoz kapaklarının sıcak bir su içerisinde genleşme nedeniyle kolay açılması, deodorant şişelerinin belirli bir sıcaklık nedeniyle patlaması da bu duruma örnek gösterilebilir.

Bazı malzemelerin boyca genleşme katsayıları​

Boyca uzama katsayısı α​