Bir maddeye ısı verildiğinde sadece maddenin sıcaklığı değişiyorsa verilen ısı maddenin molekülleri arasındaki bağları gevşetir ve moleküllerin arası açılır. Isı verilerek maddenin hacminin artması olayına genleşme denir. Genleşme maddenin üç hali için de gözlenebilir.

KATILARIN GENLEŞMESİ

Isı verilen katı bir madde her yöne doğru genleşir. Basit olarak incelemek için genleşmeyi üçe ayırabiliriz:

1. Boyca Genleşme (Tek Boyut)

Tek boyutlu bir tel parçasının birim uzunluğunun sıcaklığı 1°C değiştirildiğinde boyundaki değişim miktarına boyca
genleşme kat sayısı (uzama kat sayısı) denir. Aynı koşullardaki farklı maddelerin boyca genleşme kat sayıları farklıdır.

UYARI: Boyca genleşme kat sayısı ayırt edici özelliktir.

Bir cismin boyca genleşme miktarı ilk uzunluk, sıcaklık değişimi ve boyca genleşme katsayısına bağlıdır. Aynı cins çubuklarda ilk boyu daha uzun olan ya da sıcaklık değişimi daha fazla olan çubuk daha çok uzar. Sıcaklık değişimi ve ilk boyları aynı olan çubuklarda genleşme katsayısı büyük olan çubuğun boyundaki değişim daha fazla olur.

2. Yüzeyce Genleşme (İki Boyut)

İki boyutlu bir cisme ısı verildiğinde, yüzeyinde meydana gelen genleşmeye yüzeyce genleşme denir.

UYARI: Yüzeyce genleşme kat sayısı, boyca genleşme kat sayısının iki katıdır. (2λ)

Bir levhanın yüzeyce genleşme miktarı ilk yüzey alanı, sıcaklık değişimi ve alanca genleşme katsayısına bağlıdır. Aynı cins levhalarda ilk yüzey alanı daha büyük olan ya da sıcaklık değişimi daha büyük olan levhalarda yüzeyce genleşme miktarı daha fazla olur. Sıcaklık değişimi ve ilk yüzey alanı aynı olan levhalarda alanca genleşme katsayısı daha fazla olan levhanın yüzeyce genleşme miktarı daha fazladır.

3. Hacimce Genleşme (Üç boyut)

Hacimce genleşme ise üç boyutlu gerçekleşen genleşmedir. Hacimce genleşme katsayısı, boyca genleşme katsayısının üç katıdır. (3λ)

Bir cismin hacimce genleşme miktarı ilk hacim, sıcaklık değişimi ve boyca genleşme katsayısına bağlıdır. Aynı cins cisimlerde ilk hacmi daha büyük olan ya da sıcaklık değişimi daha büyük olan cismin hacimce genleşme miktarı daha fazla olur. Sıcaklık değişimi ve ilk hacmi aynı olan cisimlerde hacimce genleşme katsayısı daha fazla olan cismin hacimce genleşme miktarı daha fazladır.

UYARI: Aynı maddelere eşit miktarda ısı verilirse maddelerin hacimce genleşme miktarları eşit olur. Bu durumda hacimce genleşme miktarı maddenin ilk hacminden bağımsızdır.

GAZLARIN GENLEŞMESİ

Maddelerin genleşme kat sayıları arasında a_gaz > a_sıvı> a_katı ilişkisi vardır. Bütün gazlar aynı miktarda genleştiğinden genleşme gazlar için ayırt edici bir özellik değildir.

SIVILARIN GENLEŞMESİ

Sıvıların belli bir şekli olmadığından bulundukları kabın şeklini alırlar. Bu durumda sıvılarda boyca ve yüzeyce genleşmeden söz etmek doğru olmaz. Sıvılarda yalnızca hacimce genleşme incelenebilir. Cıvalı termometre, sıvıların genleşme özelliği kullanılarak yapılır.

Şekildeki kapta bulunan sıvının ilk hacmi V₀‘dır. Sıvının sıcaklığı At kadar artırıldığında sıvının hacmi AV kadar artar.

Bir sıvının hacimce genleşme miktarı ilk hacim sıcaklık değişimi ve boyca genleşme katsayısına bağlıdır.

Aynı cins sıvılarda ilk hacmi daha büyük olan yada sıcaklık değişimi daha büyük olan sıvının hacimce genleşme miktarı daha fazla olur. Sıcaklık değişimi ve ilk hacmi aynı olan sıvılarda hacimce genleşme katsayısı daha fazla olan sıvının hacimce genleşme miktarı daha fazladır.

UYARI: Sıvıların sıcaklıkları artırıldığında genel olarak hacimleri artacağından özkütleleri azalır.

• Su diğer sıvılardan farklı şekilde genleşir. Suyun özkütlesi +4°c sıcaklıkta en büyük değerine ulaşır. Dolayısıyla suyun hacmi +4°c sıcaklıkta minimum olmuştur.

Sonraki Konular

• Genleşmenin Bağlı Olduğu Değişkenler
• Suyun Genleşmesinin Canlılar İçin Önemi

Çözümlü Örnek Test Soruları

Konu: Genleşme

1. Bir metal çubuk ısıtıldığında boyunda uzama meydana gelmektedir. Bu olay hangi tür genleşmeye örnektir?

A) Yüzey genleşmesi
B) Hacim genleşmesi
C) Uzunluk genleşmesi
D) Kütle genleşmesi
E) Özgül genleşme

Cevap: C
Çözüm: Uzunluk genleşmesi, bir cismin yalnızca boyu yönünde meydana gelen genleşmedir. Bir metal çubuk ısıtıldığında boyunda uzama meydana geldiği için doğru cevap C şıkkıdır.

---

2. Katı bir cisim ısıtıldığında genleşme meydana gelirken, soğutulduğunda büzülür. Aşağıdakilerden hangisi genleşmenin günlük yaşamdaki örneklerinden biri değildir?

A) Demir rayların arasında boşluk bırakılması
B) Elektrik tellerinin yazın sarkıp kışın gerilmesi
C) Termometrelerin sıcaklık değişimlerini ölçmesi
D) Suyun donarken hacminin küçülmesi
E) Metal kapaklı cam şişelerin sıcak suya tutulunca açılmasının kolaylaşması

Cevap: D
Çözüm: Su, genleşme konusunda farklı bir davranış gösterir. 4°C’den 0°C’ye soğutulduğunda genleşir, hacmi küçülmez. Oysa genleşmenin klasik örneklerinde ısı artışı ile hacmin büyümesi gözlenir. Bu yüzden D şıkkındaki ifade genleşmeye uygun değildir.

---

3. Farklı metallerin farklı genleşme katsayısına sahip olması aşağıdaki uygulamalardan hangisinde kullanılır?

A) Arabaların lastiklerinin hava basıncının değişmesi
B) Termostatların sıcaklığa göre çalışması
C) Gözlük camlarının buğulanması
D) Suyun buharlaşması
E) Camın kırılması

Cevap: B
Çözüm: Termostatlar, iki farklı metalin farklı genleşme katsayısına sahip olması ilkesine dayanarak çalışır. Isı değiştiğinde metaller farklı oranlarda genleşerek elektrik devresini açar veya kapar. Bu nedenle doğru cevap B şıkkıdır.

---

4. Bir metal çubuğun uzunluk genleşmesi ΔL = L₀.α.ΔT formülüyle verilmektedir. Buna göre, aşağıdakilerden hangisi uzunluk genleşmesini artırmaz?

A) Başlangıç uzunluğunu artırmak
B) Sıcaklık farkını artırmak
C) Metalin genleşme katsayısını artırmak
D) Cismin kütlesini artırmak
E) Metalin genleşme katsayısı küçük olan bir maddeyle değiştirilmesi

Cevap: D
Çözüm: Uzunluk genleşmesi formülünde kütlenin hiçbir etkisi yoktur. Genleşme başlangıç uzunluğu, genleşme katsayısı ve sıcaklık farkına bağlıdır. Kütlenin artması genleşmeyi artırmaz. Bu nedenle doğru cevap D şıkkıdır.

---

5. Hacim genleşmesi ile ilgili aşağıdaki ifadelerden hangisi doğrudur?

A) Hacim genleşmesi sadece katılar için geçerlidir.
B) Bir cismin sadece genişliği artarsa hacmi de artar.
C) Hacim genleşmesi, cismin ilk hacmi, genleşme katsayısı ve sıcaklık farkına bağlıdır.
D) Genleşme sonucu madde miktarı artar.
E) Hacim genleşmesi her madde için aynı oranda gerçekleşir.

Cevap: C
Çözüm: Hacim genleşmesi, ilk hacme (V₀), sıcaklık farkına (ΔT) ve genleşme katsayısına (β) bağlıdır. Genleşme sırasında madde miktarı değişmez, yalnızca hacmi değişir. Ayrıca hacim genleşmesi katılar, sıvılar ve gazlar için geçerlidir. Bu yüzden doğru cevap C şıkkıdır.