GENLEŞME

Sıcaklığı yükselen maddelerin hacimlerinin artması olayına ısıl genleşme, sıcaklığı alçalan maddelerin hacimlerinin azalmasına ısıl büzülme denir.

Katıların Genleşmesi

Bir boyutu diğer boyutlarına göre çok büyük olan tel, çubuk gibi cisimlerin boylarındaki genleşme, diğer boyutlarındaki genleşme miktarına göre çok daha büyük olduğundan bunlar için boyca genleşme dikkate alınır.

Kesit alanı A, boyu L olan cismin sıcaklığı ΔT kadar arttırılınca kesit alanı A + ΔA ve boyu L + ΔL olur. Burada ΔA ihmal edilirse cismin sadece boyca genleştiği kabul edilir. ΔL boyca genleşme miktarı; ΔT sıcaklık artışı ve cismin ilk boyu (L) ile doğru orantılıdır. Ayrıca cismin yapıldığı maddenin cinsine de bağlıdır. Birim uzunluktaki
cismin sıcaklığı 1^oC değiştiğinde boyundaki değişme miktarı boyca genleşme katsayısı olarak adlandırılır ve α ya da λ sembolleri ile gösterilir. Boyca genleşme katsayısının birimi 1/^oC tur. Boyca genleşme katsayısı büyük olan cisimler, küçük olanlara göre ısıtıldığında daha çok uzar ve soğutulduğunda daha çok kısalır. Oda sıcaklığındaki boyları eşit olan, boyca genleşme katsayıları farklı iki metal birbirine perçinlendiğinde oluşan cisme metal çifti denir.

Metal çifti ısıtılırsa boyca genleşme katsayısı büyük olan metal diğerlerinden daha fazla genleşir ve diğerinin üzerine bükülür. Soğutulduğunda da boyca genleşme katsayısı büyük olan metal diğerinden daha fazla büzüleceği için diğeri metal boyca genleşme katsayısı büyük olan metalin üzerine bükülür.

Metal çiftleri teknolojide termostat yapımında kullanılır. Termostatlar sıcaklık ayarlamak amaçlı olarak ütü, elektrikli ısıtıcı, yangın alarmı gibi sistemlerde kullanılır.

Katı cisimlerin yüzeyce genleşmesi ile ilgili problemlerde, ısıl genleşmeyi ısıtılan katı cismin fotoğrafik genleşmesi olarak düşünmek bize kolaylık sağlar.

Şekildeki gibi ısıtılan levhanın bütün boyutları büyür. O noktasının yeri ve 90^o lik açı değişmez. Yarıçap (r) Δr kadar artar.

Katı cisimlerin hacimce genleşmelerini Gravzant halkasında gözlemleyebiliriz.

Görseldeki Gravzant halkasının metal küresi oda sıcaklığında halkadan geçebilirken ısıtılınca geçemez.
Bu gözlemden ısıtılan metal kürenin hacimce genleştiği sonucu çıkabiliriz.

Sıvılarda Genleşme

Sıvılarda sadece hacimce genleşmeden bahsedilir. Isıtılan sıvıların hacmindeki genleşme miktarı, sıvının ilk hacmi ve sıcaklık değişimi ile doğru orantılıdır. Ayrıca sıvının cinsine de bağlıdır. Birim hacimdeki sıvının sıcaklığı 1^oC değiştiğinde sıvının hacmindeki değişme miktarına sıvının hacimce genleşme katsayısı denir, a ile gösterilir ve SI’daki birimi 1/^oC tur. Hacimce genleşme kat sayısı sıvılar için ayırt edici bir özelliktir.

Suyun Genleşmesi

Suyun sıcaklığı 0 ^oC’tan 4 ^oC’a yükselirken hacmi küçülür ve özkütlesi artar. 4 ^oC’ta suyun özkütlesi en büyük değeri olan 1 g/cm³ değerine ulaşır. Kütlesi 1000 g olan suyun hacminin ve öz kütlesinin sıcaklığa bağlı değişimleri aşağıdaki grafikteki gibidir.

Su gibi davranan bizmut, germanyum, asetik asit, slikon gibi bazı maddelerin hacmi donma sırasında artar. Bu durum denizlerin ve göllerin yüzeyden donmalarında etkilidir. Hava sıcaklığı4^oC olana kadar su yüzeyi soğur, suyun hacmi azalır, özkütlesi artar. Bu durumda yüzeydeki su aşağıdaki ılık su ile yer değiştirir. Hava sıcaklığı 4 ^oC’tan 0 ^oC’a düşerken yüzeydeki su soğuyarak genleşir ve alttaki sudan daha küçük bir kütle değerine sahip olur. Böylece suyun yüzeyi donar. Buzun özkütlesi suyun özkütlesinden daha küçük olduğundan buz, suyun yüzeyinde kalır. Suyun dip kısımlarında sıcaklık 4 ^oC’ta kalırken suyun yüzeyinde buzlanma devam eder. Buz ısı yalıtkanı olduğundan alt kısımdaki canlılar için ısı yalıtımı sağlanmış olur.

Gazların Genleşmesi

Basınç sabit kalmak şartıyla bütün gazlar sıcaklıkları artırıldığında hemen hemen aynı miktarda genleşir. Bu da bütün gazlar için hacimce genleşme katsayısının büyük bir yaklaşıkla aynı olması anlamına gelir. Gazların genleşme katsayısı 1/273^o ’tur.

Gazlar için hacimce genleşme katsayısı ayırt edici bir özellik değildir.