Konu anlatımı
Yazın elektrik telleri sarkar, raylar arasında boşluk bırakılır, sıkışmış bir kavanoz kapağı sıcak suya tutulunca açılır. Bu alt başlıkta genleşme ve büzülmenin nedenini, genleşmeyi etkileyen değişkenleri, bimetal şeritleri ve genleşmenin günlük hayattaki etkilerini nitel olarak göreceksin.
Genleşme ve büzülme
Bir katı ya da sıvı ısıtıldığında tanecikleri daha hızlı titreşir ve aralarındaki ortalama uzaklık artar; maddenin boyutları büyür, buna genleşme denir. Soğutulan madde büzülür. Katılarda boyca, yüzeyce ve hacimce genleşme görülür; sıvılar yalnızca hacimce genleşir. Bir çubuğun uzama miktarı, ilk boyu ve sıcaklık değişimi büyüdükçe artar ve maddenin cinsine bağlıdır: aynı koşullarda alüminyum demirden daha çok uzar. Sıvılar genellikle katılardan daha çok genleşir. TYT'de genleşme miktarı hesaplatılmaz.
Bimetal şerit
Farklı maddeden iki metal şerit birbirine perçinlenerek bimetal şerit yapılır. Isıtılınca daha çok genleşen metal daha çok uzar ve şerit, bu metal kıvrımın dış tarafında kalacak biçimde bükülür. Soğutulunca daha çok genleşen metal daha çok kısalır ve şerit ters yöne bükülür; bu metal kıvrımın iç tarafında kalır. Bimetal şeritler ütü, fırın, şofben ve buzdolabı termostatlarında, yangın alarmlarında ve ibreli metal termometrelerde devreyi açıp kapatmak ya da sıcaklığı göstermek için kullanılır.
Avantajlar ve sorunlar
Genleşme sorun da çıkarabilir: köprülerde ve beton yollarda genleşme aralıkları bırakılır, raylar arasında boşluk olur, elektrik telleri yazın sarkık, kışın gergin görünür. Kalın bir cam bardağa kaynar su dökülünce iç yüzey hızla genleşir, dış yüzey genleşmeye yetişemez ve bardak çatlayabilir. Diş dolgularının genleşmesi dişinkine yakın olacak biçimde seçilir. Genleşmeden yararlanılan durumlar da vardır: sıvılı termometreler, termostatlar, sıkışmış metal kapağın sıcak suyla gevşetilmesi ve tekerleklere ısıtılarak geçirilen metal çemberler.
Çözümlü örnekler
Örnek 1. Aynı sıcaklık değişiminde X metali Y metalinden daha çok genleşiyor. Oda sıcaklığında düz olan bir X-Y bimetal şeridi ısıtılırsa ve soğutulursa nasıl bükülür?
Çözüm. Isıtılınca X, Y'den daha çok uzar; uzun kalan X kıvrımın dış tarafında kalacağı için şerit Y tarafına doğru bükülür. Soğutulunca X, Y'den daha çok kısalır; kısa kalan X bu kez kıvrımın iç tarafında kalır ve şerit X tarafına doğru bükülür. Termostatlarda bu bükülme bir elektrik devresini açar ya da kapatır.
Örnek 2. Metal kapaklı bir cam kavanozun kapağı sıkıştığında kapağı sıcak suya tutmak açılmasını kolaylaştırır. Bunun nedeni nedir?
Çözüm. Sıcak su öncelikle metal kapağı ısıtır ve metaller camdan daha çok genleşir. Metal kapağın çapı camdan daha çok büyüdüğü için kapak ile kavanozun ağzı arasındaki sıkışma azalır ve kapak gevşer. Aynı sıcaklık değişiminde farklı maddelerin farklı miktarda genleşmesi bu yöntemin temelidir.
Sık yapılan hatalar
- Bimetal şeridin ısıtılınca az genleşen metal tarafına değil, çok genleşen metal tarafına büküldüğünü sanmak.
- Bütün maddelerin aynı sıcaklık değişiminde eşit miktarda genleştiğini düşünmek.
- Genleşmenin taneciklerin kendisinin büyümesinden kaynaklandığını sanmak; büyüyen, tanecikler arasındaki uzaklıktır.
- Isınan madde genleşir, soğuyan madde büzülür.
- Uzama ilk boya, sıcaklık değişimine ve maddenin cinsine bağlıdır.
- Isıtılan bimetal şeritte çok genleşen metal kıvrımın dış tarafında kalır.