Elektrik kablolarını yakından incelerseniz, gevşeklikten dolayı aşağı doğru kıvrıldıklarını fark edeceksiniz. Elektrik kabloları neden gerdirilmek yerine kasten gevşetilir? Doğu Nusa Tenggara'daki Flores ve Lembata'daki çatıların çoğu çinkodan (Zn) yapılmıştır. Çinko çatılar gündüz veya gece gürültü çıkarır. Çinko neden gürültü çıkarır? Java adasında yaşıyorsanız, demiryolu raylarını gözlemlemiş olabilirsiniz. Ray bağlantılarında boşluklar vardır. Bu ray bağlantılarındaki boşlukların işlevi nedir? Genleşme konusuyla ilgili düşünebileceğiniz ve sorabileceğiniz birçok şey var.
Uzunluk genişlemesi
Çoğu katı cisim, sıcaklık değişimine bağlı olarak doğrusal genleşmeye uğrar. Bu, uzunlukta bir artış veya azalma anlamına gelir. Tipik olarak, bir cismin uzunluğu sıcaklığı arttıkça artarken, sıcaklığı azaldıkça azalır. Doğrusal genleşmenin yalnızca ince teller gibi cisimlerde meydana geldiğini düşünebilirsiniz. Örneğin, güneş ışığına maruz kalan yol kenarına park edilmiş bir arabayı düşünün. Araba aşırı ısındığında, metal plaka kalınlaşabilir veya kenarlarının uzunluğu artabilir. Çinko bir çatı da doğrusal genleşme yaşayabilir. Bu durumda, çinko aşırı ısındığında, çinkonun kenarları genleşir ve çinko da kalınlaşabilir. Aynı şey demiryolu rayları ve demir veya çelik köprüler için de geçerlidir.
Çoğu katı madde sıcaklık değişimine bağlı olarak genleşir veya büzülür; bu nedenle sıcaklık değişimlerinin katı maddelerin genleşmesini nasıl etkilediğini anlamamız gerekir. Bu, ekipman, bina, araç vb. tasarlarken çok faydalıdır. Örneğin, demiryolu raylarındaki boşluklar. Demiryolu rayları çelikten yapılmıştır. Mühendisler, her ray arasındaki boşlukların genişliğini hesaplamışlardır. Sıcak bir günde, raylar birkaç santimetre genleşir. Bir tren üzerlerinden geçtiğinde, rayların sıcaklığı da artar ve bu da rayların kaç santimetre genleşmesine neden olur. Soğuk bir gecede, raylar kaç santimetre büzülür? Analize dayanarak, mühendisler ray sıcaklığı arttığında rayların birbirine temas etmemesi ve bükülmemesi için ray boşlukları arasındaki mesafeyi tahmin ederler.
Sıcaklık değişimi ile doğrusal genleşme miktarı arasındaki ilişkiyi belirten formülü elde etmemize yardımcı olması için, sağdaki şekilde gösterildiği gibi genleşmeye uğrayan katı bir cismi ele alalım. Açıklama: To = başlangıç sıcaklığı, T = son sıcaklık, Lo = başlangıç uzunluğu, L = genleşmeden sonraki uzunluk, delta L = uzunluktaki değişim, delta T = sıcaklıktaki değişim.
Nesnenin sıcaklığı T₀ olduğunda ( nesne hala soğukken), nesnenin uzunluğu L₀ olur . Nesnenin sıcaklığı T₀ olduğunda (nesnenin sıcaklığı artarken), nesnenin uzunluğu L olur. Gözlem ve deney sonuçlarına göre, nesnenin uzunluğundaki değişim, sıcaklıktaki değişimle orantılıdır. Sıcaklık artarsa, nesnenin uzunluğu da artar. Tersine, sıcaklık azalırsa, nesnenin uzunluğu azalır. Nesnenin uzunluğundaki değişim, nesnenin başlangıçtaki uzunluğuyla (L₀) da orantılıdır . Sıcaklık değişiminin büyüklüğü aynıysa, örneğin 10 metre uzunluğundaki bir nesne, sadece 5 metre uzunluğundaki bir nesneye göre 2 kat daha uzun olacaktır. Yani nesne ne kadar uzunsa, genleşmesi de o kadar büyük olur.
Bir cismin uzunluğundaki değişim (delta L), sıcaklıktaki değişimle (delta T) orantılıdır:
Nesnenin uzunluğundaki değişim (delta L), nesnenin başlangıçtaki uzunluğuna (L) orantılıdır.o)
Her bir nesnenin uzunluğundaki değişim farklıdır. Büyük olmasına rağmen sıcaklık değişimleri Benzer şekilde, demirin yaşadığı genleşme, camın yaşadığı genleşmeyle aynı değildir. Diğer nesneler için de durum aynıdır. Bu nedenle, doğrusal genleşme, her nesnenin doğrusal genleşme katsayısına bağlıdır. Her nesne için doğrusal genleşme katsayısı deney yoluyla elde edilir. Doğrusal genleşme katsayısı ne kadar büyükse, uzunluktaki artış da o kadar büyük olur. Doğrusal genleşme katsayısı ne kadar küçükse, uzunluktaki artış da o kadar küçük olur. Bir nesnenin uzunluğundaki değişimin, doğrusal genleşme katsayısıyla orantılı olduğu söylenebilir.
Yukarıdaki üç karşılaştırma bir denklemle ifade edilir:
Genleşme veya büzülme sonrasında bir cismin toplam uzunluğu, cismin başlangıçtaki uzunluğunun (L) toplanmasıyla elde edilebilir.o) ve nesne uzunluğundaki değişiklikler (delta L).
Sıcaklık değiştiğinde (TT)o) negatif ise, uzunluktaki değişim (LL)o) ayrıca negatiftir. Bu durumda, cismin uzunluğu azalır. Tersine, eğer sıcaklık değişimi (TT)oEğer uzunluktaki değişim (LL) pozitif ise, uzunluktaki değişim (LL)o) aynı zamanda pozitiftir. Bu durumda nesnenin uzunluğu artar.
Aşağıda, 20 ° C sıcaklıkta katıların doğrusal genleşme katsayısı verilmiştir. Sıvılar ve gazlar şekil değiştirdikleri için doğrusal genleşme göstermezler. Katıların doğrusal genleşme katsayısı sıcaklığa da bağlıdır. Farklı sıcaklıklarda, katıların doğrusal genleşme katsayısı da değişir. Sıcaklık farkı çok büyük değilse, doğrusal genleşme katsayısındaki fark da çok büyük olmaz, bu nedenle ihmal edilebilir.
Hacim genişlemesi
Uzunluk genleşmesi yalnızca katı cisimlerde görülürken, hacim genleşmesi katı, sıvı veya gaz olsun, tüm cisimlerde görülür. Hacim genleşmesi denklemi, uzunluk genleşmesi denklemine benzer.
Yukarıdaki hacim genleşme denklemi, bir cismin (katı, sıvı veya gaz olsun) hacim değişiminin cismin başlangıç hacminden daha küçük olduğu durumlarda geçerlidir. Bir cismin hacim değişimi başlangıç hacminden daha büyükse, hacim genleşme denklemi doğru sonuçlar vermez. Genellikle katı cisimlerin yaşadığı hacim değişimi çok büyük değildir. Buna karşılık, sıvıların ve gazların hacim katsayısı değeri oldukça büyüktür. Gazlar için hacim katsayısı ayrıca sıcaklık değişimleriyle kolayca değişir. Bu nedenle, yukarıdaki formül yalnızca katı cisimlerin genleşmesi için kullanılır. Gaz hacmindeki değişimi belirleme formülü, 11. sınıfta gazların kinetik teorisi konusunda incelenecektir.
