Genleşme Nedir? Katıların sıvıların ve gazların genleşmesi nasıl olur?

Genleşme Nedir? Katıların sıvıların ve gazların genleşmesi nasıl olur? Isı etkisi altında, cisimlerdeki hacim artışı.

Katıların Genleşmesi Nasıldır?

Çubuk gibi uzun biçimli katilarda genleşme, bir uzunluk artışı olarak ortaya çıkar, t ve t sıcaklıkları arasındaki A|’ ortalama doğrusal genleşme katsayısı, birim uzunlukta ve Celsius derecesindeki ortalama uzama olarak tanımlanır. Katının, t°C’taki uzunluğu 1 ve t °C’ta 1’ ise: (t-t) sıcaklık aralığı çok küçük olduğunda,. At gerçek genleşme katsayısı, t sıcaklığında tanımlanır: Bu katsayı, sabit değildir, ancak, değişimleri çok az olduğundan, uygulamada orta-lama bir katsayıyla yetinilir. Bu katsayının n değeri, bellibaşlı maddeler için, bunların olağan kullanım koşullarında, sözgelimi 6-100°C arasında belirtilir (Bkz. Çizelge). Benzer biçimde, yüzey değişimleri, o yüzeysel genleşme katsıyısıyla ve hacim değişimleri, k kübik genleşme katsayısıyla nitelendirilir. Gerçekte, üç katsayı, x,o ve k, k=3A. ve o=2A bağıntılarıyla birbirlerine bağlıdırlar.

Genleşmenin incelenmesi, ölçü-tartı laboratuvarlarında ve bazı sanayi laboratuvarlarında gerçekleştirilir. Bunlardan ilki, yatay bir karşılaştırıcıdan yararlanır: İncelenecek maddeden yapılmış bir cetvel, bir termostata sözgelimi, 0°C sağlamak için buz eriyiği içine yerleştirilir ve cetvel üstüne,çok ince biçimde çizilmiş iki çizik arasındaki uzaklık ölçülür. Ardından, cetvel, sıcaklığı iyice belirlenen bir banyoya daldırılır ve uzunluk artışı ölçülür. Karşılaştırıcı, oldukça büyük sıcaklık farkları için mutlak ölçümler verir. Sanayi laboratuvarları, en çok tanınanı Chevenard dilatometresi olan çeşitli aygıtlardan yararlanır. Bu aygıtta, örnek, nikromdan yapılmış bir ayar çubuğuyla karşılaştırılır. Doğrusal genleşme katsayıları, söz konusu maddenin yapısına göre çok değişen değerler taşır.

Sıvıların ve gazların genleşmesi

Akışkanlar için göz önünde bulundurulan tek katsayı, doğal olarak,kübik genleşme katsayısıdır. Bu maddelerde, ölçüm sorunu farklı biçimde ele alınır, çünkü bunlar, içinde bulundukları kaba bağlıdırlar. Sıvı genleştiğinde, dilatometre içinde yükselmekle kalmaz (Bkz. Çizim), kabın hacminin artmasıyla oluşan ek hacmi de kaplar. V-Vo mutlak genleşmesi, kılıfın V-V’genleşmesiyle V-V0 görünür genleşmenin toplamına denk düşer.

Fizikçi Dulong ve Petit, cıvanın mutlak genleşme katsayısını ölçtüler; bu, karşılaştırma yöntemiyle ve bir dilatometre yardımıyla başka sıvıların, katsayılarının da belirlenmesini sağladı. Çizelgede bir araya getirilen sonuçlar, sıvıların, katilara oranla on ile yüz kat daha çok genleşebildiğim gösterir.

Gazların genleşmesi, sıvılarınkine oranla daha fazla olduğundan, kap hacminin artışı, çoğu kez hesap edilmez. Bu olayla ilgili, en kesin ölçümleri yapan ilk kişi Gay-Lussac olmuş ve sabit basınç altında tutulan gazdaki a genleşme katsayısının, t sıcak-lığına, basınca ve gazın cinsine bağlı olmadığını bulmuştur:

Ancak, genleşme katsayısının sabitliğini açıklayan Gay-Lussac yasası, yaklaşık bir yasadır. Daha kesin ölçümler, a’nın, gaz yapısına, t sıcaklığına ve basınca bağlı olduğunu göstermiştir. Bununla birlikte, basınç sıfıra yaklaşırken, bütün gerçek gazların genleşme katsayısı aynıdır. Tükel gazlardaysa, a katsayısı kesinlikle sabit olup —I— ’e eşittir.

Genleşme Etkileri ve Uygulama Alanları

0°C’ta uzunluğu 1 m olan, sabit iki ayak arasına yerleştirilen ve 80°C’a ısıtılan çelik bir çubuk, ayakların üstüne 20 000 N/sm-’lik,yani 2 000 kgk/sm2’lik bir kuvvet uygular. Genleşmenin, metal parçalarında neden olabileceği bozulma ve kırılma, genleşme noktaları ya da halkalarının düzenlenmesiyle (demiryolu rayları, çatılar,

köprüler, su ya da buhar boruları) önlenir. Buna karşılık, genleşmenin etkileri, tekerleklerin çemberlenmesinde, vagonların dökme demirden tekerlekleri üstüne çeliklerin yerleştirilmesinde, saçların sıcakta perçinlenmesinde, vb. kullanılır. İnvar adı verilen nikelli çeliğin düşük genleşebilirliği, bu alaşımın, çok hassas aygıtların yapımında kullamlma-sını sağlar. Termostat bimetal şeritleri, birbirine lehimlenmiş farklı iki ince metal ya da alaşım tabakasından yapılmışlardır. Bir t°C sıcaklığında düz olan bu tabakalar, sıcaklık t°C’ ın altına düştüğünde ya da arttığında, belli bir yöne eğilirler. Ayrıca, sıvı genleşmesi, kullanılagelen termometrelerin temelini oluşturur.

SUYUN ÖZEL GENLEŞMESİ

Suyun genleşmesi, bir aykırılık ortaya koyar. Gerçekten de suyun hacmi, sıcaklık 0°C’tan 4°C’a arttığında azalır, sonra bu sıcaklığın üstünde artar. Demek ki, suyun özgül ağırlığı, 4°C’ta en yüksek değerine erişir. Bu nedenle, ırmak ve göllerin alt tabakaları, yazın ve kışın bu sıcaklıkta kalırlar.Dolayısıyle, ani sıcaklık değişimlerinden ve dondan kaçan su hayvanları ile bitkiler için bir sığınak oluştururlar.