Genleşme Ne Demektir?
Genleşme terimi ile sık sık karşılaşırız. Nedeni bu fiziksel olayın sadece fen derslerindeki herhangi bir konu olmayıp etkileri nedeniyle günlük hayatta sık sık karşılaşılması. Örnek olarak çevremizde kolayca gözlemleyebileceğimiz bir kaç örnek verelim. Yaz aylarında hava sıcaklıkları artınca elektrik tellerinde meydana gelen sarkmalar (kış aylarında ise durum tersine döner teller bu seferde gerilir ) ,tren rayları arasındaki boşlukların artması ,soğukta azalması gibi…Gerçi bu örnekler arttırılabilir.
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.
Katılarda Genleşme Nasıl Olur?
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. Ayırt edici özelliktir.
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 bir çok örnekler bulabiliriz
Boyca Genleşme
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 Genişleme
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 ıcaklık farkıdır
Hacimce Genişleme
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.
Sıvılarda Genleşme Nasıl Olur?
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. Ayırt edici 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 katsayısıdır.Suların %1,7 side yag icermektedir.
Gazlarda Genleşme Nasıl Olur?
Gazlarda da hacmin, katı ve sıvılarda olduğu gibi sıcaklıkla arttığı kanıtını vermekte. Sıcaklıkla genleşme, gazdan gaza değişmemektedir. Ayırt edici özellik değildir.