Isınan
büyür
soğuyan küçülür
Köprülerdeki o boşluklar hata değil, hesap. Tren rayları yazın uzar, kışın kısalır. Ve suyun bir tuhaflığı var: 4 °C'den 0 °C'ye soğurken genişler — göllerin dibindeki balıklar hayatını buna borçlu.
ISITMA: Sıcaklık artışıyla birlikte maddelerin atom ve
molekülleri daha fazla enerji kazanır. Bu durumda parçacıklar arasındaki uzaklık
artar ve madde genişler. Bu doğal sürece genleşme denir.
SOĞUTMA: Tam tersine, sıcaklık düştüğünde atom ve moleküllerin
kinetik enerjisi azalır ve parçacıklar birbirine yaklaşır, madde küçülür.
Bu sürece ise büzülme adı verilir. Genleşme; katılarda, sıvılarda ve gazlarda
gerçekleşebilir.
Köprü genleşme derzleri, köprü yapısının farklı bölümleri arasındaki termal genleşme farklarını dengelemek için kullanılan yapısal bileşenlerdir. Sıcaklık değişimlerine tepki gösteren köprü malzemelerinin genleşme veya büzülmesini sağlarlar; yapısal stresi azaltır, malzeme hasarını önler.
Tren rayları sıcak havalarda uzar, soğuk havalarda ise kısalır. Bu durum rayların düzgün çalışmasını engelleyebilir. Bu yüzden tren raylarında genleşme derzleri kullanılır; derzler rayların sıcaklık değişimlerine uyum sağlamasına yardımcı olur ve tren seyahatlerini güvenli hâle getirir.
Sıcak hava balonları, içine doldurulan hava ısıtıldığında genleşir ve özkütlesi azalır. Balonun içindeki hava dışarıdaki havadan daha hafif olduğunda balona yukarı yönlü bir kuvvet etki eder. Bu kuvvet toplam ağırlıktan fazla olduğunda balon yükselmeye başlar.
Elektrik telleri sıcaklık değişimlerine bağlı olarak genleşme veya büzülme eğilimi gösterir. Yaz aylarında montajı yapılan teller, kış aylarında beklenen büzülme eğilimini karşılayabilmek için daha uzun bırakılır. Bu, gerilme ve kopma riskini azaltır.
Termostatlarda akım geçtikçe teller ısınır ve bu ısınma sonucunda metaller genişler. Belli bir sıcaklığa ulaşıldığında, metallerin genişlemesiyle bağlantı noktaları arasında bir aralık oluşur. Bu durumda devre tamamlanmaz ve akım geçmez. Termostat soğuduğunda bağlantı noktaları tekrar temas eder ve devre tamamlanır. Bu sayede termostatın işlevi gerçekleşir ve cihazın sıcaklığı kontrol edilir.
Termostatlar evlerde kullanılan ısıtma ve soğutma sistemlerinden otomotiv endüstrisine kadar geniş bir yelpazede kullanılır; sıcaklığın belirli bir aralıkta sabit kalmasını sağlayarak konforu artırır ve enerji tasarrufu sağlar.
Genleşme miktarı; madde türüne, sıcaklık değişimine ve cismin başlangıçtaki boyutlarına bağlıdır.
Maddelerin farklı atomik yapıları ve içsel özellikleri genleşme davranışlarını etkiler. Aynı boyutlara sahip birbirinden farklı maddelerin, aynı sıcaklık değişimi altında genleşme miktarları farklı olabilir. Bu farklılık, maddelerin kendilerine özgü genleşme katsayılarına sahip olmalarından kaynaklanır. Genleşme katsayısı maddeye özgüdür.
Sabit basınç altındaki bir maddenin sıcaklığı 1 °C değiştiğinde boyundaki değişimin ilk boya oranı, boyca genleşme katsayısını (λ) verir. Genleşme katsayısının birimi 1/°C ya da 1/K'dir.
Aynı tanım hacim için yazılırsa hacimce genleşme katsayısı (a) elde edilir ve katı bir cisim için yaklaşık a ≈ 3λ'dır. Aşağıdaki tablodaki değerler boyca katsayılardır.
İlk boyutları aynı olan farklı maddelerin sıcaklıkları eşit miktarda artırıldığında genleşme katsayısı büyük olan madde daha fazla genleşir.
| Madde | Boyca Isıl Genleşme Katsayısı (1/°C) |
|---|---|
| Demir | 12 × 10⁻⁶ |
| Tuğla | 10 × 10⁻⁶ |
| Kauçuk | 80 × 10⁻⁶ |
| Cam | 3 × 10⁻⁶ |
Genleşme miktarı genleşme katsayısı ile doğru orantılıdır.
Maddenin molekülleri arasındaki bağlar ne kadar zayıfsa, madde o kadar kolay genleşir.
Sıcaklık, madde moleküllerinin kinetik enerjisiyle doğru orantılıdır. Sıcaklık arttıkça moleküllerin kinetik enerjisi de artar ve moleküller daha fazla titreşmeye başlar. Moleküllerin daha fazla titreşmesi, aralarındaki mesafenin artmasına ve dolayısıyla maddenin genleşmesine neden olur.
Genleşme miktarı sıcaklık değişimi ile doğru orantılıdır.
Maddenin miktarı arttıkça, maddede bulunan atom ve molekül sayısı da artar. Atom ve molekül sayısının artması daha fazla molekülün titreşmesi anlamına gelir. Bu hızlı titreşimler, moleküller arasındaki temasın artmasına ve maddenin genleşmesine neden olur.
Genleşme miktarı madde miktarı ile doğru orantılıdır.
Gazların genleşme katsayısı sıvılarınkinden, sıvıların genleşme katsayısı da katılarınkinden büyüktür. Bu sıralama sınavda doğrudan sorulur: gaz > sıvı > katı.
Maddenin kalınlığı uzunluğuna göre çok küçük olan maddelerde, genleşme genellikle boyca olarak dikkate alınır ve kalınlığındaki genleşme ihmal edilebilir düzeydedir.
Birincisi ne kadar uzadığını tanımlar, ikincisi ne kadar uzayacağını hesaplar. Levha gibi yüzeyce ve blok gibi hacimce genleşmede aynı katsayı katlanarak kullanılır:
Kalınlığı ihmal edilen bir tel ısıtıldığında boyunda meydana gelen değişim; metalin ilk boyu (L₀), sıcaklığında meydana gelen değişim (ΔT) ve metalin genleşme katsayısı (λ) ile doğru orantılıdır.
Kalınlığı ihmal edilen aynı boydaki X ve Y metal telleri, aynı sıcaklık değişimlerine maruz bırakılarak ısıtıldığında X telinin daha fazla boyca genleştiği gözlemlenir. Bunun sebebi X telinin genleşme katsayısının (λX) Y telininkinden (λY) büyük olmasıdır: λX > λY.
Aynı boydaki X ve Y metal telleri, aynı sıcaklık değişimlerine maruz bırakılarak soğutulduğunda X telinin daha fazla boyca kısaldığı gözlemlenir. Genleşme katsayısı büyük olan, her iki yönde de daha çok değişir.
Kalınlığı yüzey alanına oranla oldukça küçük olan metal levhalar, ısıtıldığında veya soğutulduğunda kalınlıklarındaki genleşme ihmal edilirse, yüzey alanındaki değişimler levhanın cinsine, ilk yüzey alanına ve sıcaklık değişimiyle doğru orantılıdır.
S₁: levhanın ilk alanı · S₂: son durumdaki alan
Boyutları ihmal edilemeyecek kadar büyük cisimlerin, sıcaklık artışı sonucunda her üç boyutun genişlemesiyle gerçekleşir. Bu genleşmeler; cismin ilk hacmi, genleşme katsayısı ve sıcaklık artışının miktarıyla doğru orantılıdır.
Aynı maddeden yapılmış cisimler eşit miktarda sıcaklık değişimine maruz bırakıldıklarında ilk hacmi büyük olan cismin hacim değişimi daha fazla olacaktır. Aynı maddeden yapılmış X ve Y küreleri için VY > VX olduğundan ΔVY > ΔVX olur.
Sıvı moleküllerine ısı verildiğinde, moleküllerin kinetik enerjisi artar ve bu durum sıvı moleküllerinin daha hızlı hareket etmesine neden olur. Bu hızlı hareketlilik, moleküller arasındaki çekim kuvvetlerini geçici olarak zayıflatır veya kırar. Bu durumda sıvı molekülleri daha fazla yer kaplamak için yayılmaya başlar ve sıvının hacmi genişler.
Cam bir kabın içine hâl değişim sıcaklığında olmayan bir sıvı konulur. Kabın ağzı, sızdırmazlık sağlamak için mantar tıpayla kapatılır. Sonrasında, mantar tıpanın ortasına kılcal bir cam boru yerleştirilir. Sıvı ısıtıldığında genleşir ve artan hacmi kılcal cam boruda yükselir. Sıvılı termometrelerin çalışma mantığı da tam olarak budur.
Suyun oda sıcaklığından 4 °C'ye kadar soğutulması durumunda, diğer maddeler gibi büzülerek hacmi küçülür, bu arada özkütlesi artar.
Ancak 4 °C'den 0 °C'ye kadar olan soğuma sürecinde ise genleşir ve hacmi artar, bu nedenle özkütlesi azalır.
Su +4 °C sıcaklıkta en yoğun hâlindedir. Bu durum sudaki canlıların yaşamsal faaliyetleri için önemli bir etkendir: göl yüzeyi donarken en yoğun su dibe çöker ve dipteki canlılar donmadan kışı geçirir.
Verilen durumda cisme ne olacağını seç.
Mühendislikte genleşmeyi hesaba katmamak, yapıyı kaybetmek demek.
Köprü genleşme derzleri, köprünün farklı bölümleri arasındaki termal genleşme farklarını dengelemek için kullanılır. Derzler yapısal stresi azaltır, malzeme hasarını önler ve köprünün uzun ömürlü olmasını sağlar. Üzerinden geçerken duyduğun ritmik ses o boşluklardır.
Tren rayları sıcak havalarda uzar, soğuk havalarda kısalır ve bu durum rayların düzgün çalışmasını engelleyebilir. Genleşme derzleri rayların sıcaklık değişimlerine uyum sağlamasına yardımcı olur ve tren seyahatlerini güvenli hâle getirir.
İçine doldurulan hava ısıtıldığında genleşir ve özkütlesi azalır. Balonun içindeki hava dışarıdakinden hafif olunca yukarı yönlü bir kuvvet doğar; bu kuvvet balon ve sepetin toplam ağırlığını aştığında balon yükselmeye başlar.
Yaz aylarında montajı yapılan teller, kış aylarında beklenen büzülme eğilimini karşılayabilmek için daha uzun bırakılır. Gergin çekilseydi kışın kısalırken kopardı; sarkıklık gerilme ve kopma riskini azaltır.
Akım geçtikçe teller ısınır ve metaller genişler; belli bir sıcaklıkta bağlantı noktaları arasında aralık oluşur ve akım kesilir. Soğuyunca temas geri kurulur. Ütünün "tık" diye devreye girip çıkması bu genleşmedir.
Metal kapağı sıcak suya tutunca açılır: metalin genleşme katsayısı camınkinden büyük olduğu için kapak camdan daha fazla genleşir ve gevşer. Tablodaki camın 3 × 10⁻⁶ değeri, listedeki en küçük katsayıdır.
Oda sıcaklığında metal küre halkadan geçer. Metal küre ısıtıldığında genleşir ve halkadan geçemez hâle gelir. Soğuduğunda tekrar geçebilir. Genleşmeyi gözle görmenin en basit yolu.
Su +4 °C sıcaklıkta en yoğun hâlindedir. 4 °C'den 0 °C'ye soğurken diğer maddelerin aksine genleşir, hacmi artar ve özkütlesi azalır. Bu yüzden buz yüzeyde kalır, göl dipten donmaz — sudaki canlıların yaşamsal faaliyetleri için önemli bir etkendir.
Gazların genleşme katsayısı sıvılarınkinden, sıvıların genleşme katsayısı da katılarınkinden büyüktür. Sebebi basit: moleküller arasındaki bağlar ne kadar zayıfsa madde o kadar kolay genleşir ve gazlarda bağ neredeyse yoktur.
35 sorudan oluşan bu test ile "Genleşme" ünitesini ne kadar kavradığını gör. Her sorudan sonra anında geri bildirim alacaksın.
Sıcaklık artışıyla atom ve moleküller enerji kazanır, aralarındaki uzaklık artar ve madde genişler. Katı, sıvı ve gazlarda gerçekleşir.
Sıcaklık düştüğünde kinetik enerji azalır, parçacıklar birbirine yaklaşır ve madde küçülür.
Genleşme miktarı; madde türüne, sıcaklık değişimine ve cismin başlangıçtaki boyutlarına bağlıdır. Üçüyle de doğru orantılıdır.
Maddeye özgüdür. Boyca katsayı (λ), sıcaklığın 1 °C değişmesiyle boydaki değişimin ilk boya oranıdır; hacimce katsayı a ≈ 3λ'dır. Katsayısı büyük olan daha çok genleşir.
Gazların genleşme katsayısı sıvılarınkinden, sıvıların katılarınkinden büyüktür. Bağlar zayıfsa madde kolay genleşir.
Boyca ısıl genleşme katsayıları (×10⁻⁶ 1/°C). Aynı koşullarda en çok kauçuk, en az cam genleşir.
Boyca ΔL = L₀·λ·ΔT, yüzeyce ΔS = S₀·2λ·ΔT, hacimce ΔV = V₀·3λ·ΔT. Hangisinin kullanılacağını cismin boyutları belirler.
İçinde boşluk bulunan dairesel levhanın r₁, r₂ ve d uzunlukları sıcaklık artarken artar. Kesilmiş levhada yarıçap ve alan değişir ama açı değişmez.
Su 4 °C'den 0 °C'ye soğurken genleşir, hacmi artar ve özkütlesi azalır. Bu, sudaki canlıların yaşamsal faaliyetleri için önemli bir etkendir.