Genel Kimya

Genleşme Nedir, Nasıl Gerçekleşir?

Genleşme:Sıcaklığı artırılan bir cismin uzunluk ya da hacminin değişmesi olayıdır. Katıları, sıvıları ya da gazları oluşturan tanecikler, ortalama konumları çevresinde sürekli çalkalanma halindedirler. Bu cisimlerden birine ısı biçiminde enerji verilirse, bu enerji kinetik enerjiye dönüşür; dolayısıyla, kinetik enerjisi artan tanecikler daha şiddetle çalkalanır ve daha geniş alana yayılmaya çalışırlar;yani sıcaklığı yükselen cisim (katı, sıvı, gaz)aynı zamanda genleşir

KATILARDA GENLEŞME

Dışarıdan ısı alan maddenin taneciklerinin kinetik enerjisi,dolayısıyla taneciklerin titreşim hızları artar.Tanecikler birbirinden uzaklaşmaya başlar.Bu olay genleşme adını alır.Tersine olarak madde dışarıya ısı verdiğinde (madde soğutulduğunda)maddenin taneciklerinin kinetik enerjisi ,dolayısıyla taneciklerin titreşim hızı azalır ve maddenin hacmi küçülür.

Çubuk gibi uzun biçimli katılarda genleşme,bir uzunluk artışı olarak ortaya çıkar.Katı cisimler normal olarak (yakılmadan)ısıtılırsa boyları uzar.Uzama katsayısı, bir katı cismin birim boyunu 1santigrat derece ısıttığımızda boyundaki artmaya verilen addır.  İle gösterilir.Uzama katsayısı  bütün katı cisimlerin ayırt edici özelliklerden biridir.Katılarda yüzeyce genleşmede , örneğin bir levha ısıtıldığında yüzeyce genleşir ya da soğuduğunda yüzeyce büzülür.Yüzeyce genleşme katsayısı(b),bir levhanın birim yüzeyini 1 santigrat derece ısttığımızda yüzeyindeki artmaya denir.Uzama katsayısının iki katına eşittir.(      )

İlk yüzeyi S, ilk sıcaklığı t , yüzeyce genleşme katsayısı b olan bir levhayı t  C ye kadar ısıttığımızda yüzeyi S olursa; genleşme miktarı  S=S-S       →        S=S .b. t bağıntısı ile bulunulur.Bu bağıntıya göre yüzeyce genleşme miktarı ilk yüzey, yüzeyce genleşme v katsayısı ve sıcaklık artışı ile doğru orantılı olup,başka özelliklere bağlı değildir.

Isıtılan cisimlerin molekülleri daima ısınma sırasında içeriden dışarıya doğru hareket ederler. Soğuma sırasında da dışarıdan içeri doğru hareket ederler.

Hacimce genleşme,ısıtılan bütün cisimler üç boyutta uzayarak hacimce genleşir.Tersine soğudukları zaman da büzülürler.Bir cismin sıcaklığını 1 C artırdığımızda birim hacminde meydana gelen genleşme miktarına ,hacimce genleşme kat sayısı denir.Hacimce genleşme kat sayısı a ile gösterilir. Hacimce genleşme katsayısı katı ve sıvıların ayırt edici özelliklerinden olup gazlar için geçerli değildir.Çünkü bütün gazların hacimce genleşme katsayıları aynı olup o da  1\273’e eşittir. Ayrıca katılar için  a     =3   dır.Katı,sıvı ve gazların genleşme katsayıları arasında  a     <a     <a        ilişkisi vardır.Küp,kare gibi üç boyutlu metaller hacimce genleşir. İlk hacmi V, sıcaklığı t  hacimce genleşme katsayısı a olan bir cisme t     C’ye kadar ısıttığımızda hacmi V olursa; hacimce genleşme miktarı:   V=V-V        =V .a.   t      V=V .3  .(t –t  )bağıntısı  verilir.Buna göre,bir cismin hacimce genleşme miktarı ilk hacmi,hacimce genleşme katsayısı ve sıcaklık artışı ile doğru orantılıdır.

DENEY: ISINAN BORULARIN BOYCA GENLEŞMELERİNİN İNCELENMESİ

DENEYİN AMACI: Farklı boy ve kalınlıktaki, farklı maddelerden oluşmuş boruların genleşmelerini incelemek.

DENEY ARAÇ VE GEREÇLERİ: Bunzen mesnedi ve kıskacı, büyük deney tüpü, dik açılı dirsek cam boru, yapıştırıcı, çamaşır mandalı, su, bölmeli karton kadran, delikli lastik tıpa, 2 adet paket lastiği, 2cm lastik boru parçası, 2-3 kaynama taşı, büyük iğne ,cam metal borular, D kabı, mikroskop lamı, 30-40cm lastik, cetcel, cıvata (pul ve somunu),termometre

DENEYİN YAPILIŞI: Deney tüpüne üçte birine kadar su koyalım ve içine birkaç tane de kaynama taşı atalım.Borunun serbest kalan  ucunun altına, uzunlamasına bir mikroskop lamı koyalım. Lam ile boru arasına da ucunda 0-180 derece bölmeli bir kadran bulunan bir iğneyi, dik olarak yerleştirelim. Borunun bu ucunun iğne üzerine basması bir paket lastiği ile sağlayalım. Deneyin başında 0 ve 180 dereceler, tahta altlığın kenarına gelsin. Borunun, kısa lastik borulu açık ucuna, yoğunlaşacak olan suyu toplamak üzere D kabını koyalım.Sonra ocağı yakıp ve bölmeli daireyi gözlemleyelim.Karton daire dönecektir. Dakikada bir, dairenin ne kadar döndüğünü kaydedelim. Dönme yönünü de belirleyelim.Dairenin dönmesi bittikten sonra incelediğimiz borunun ucundaki lastik boru parçacığının içine termometrenin haznesini hafifçe sokalım. Sıcaklık sabit kalıncaya kadar bu durum da tutalım. Sıcaklığı okuyalım. Termometrenin haznesini lastik boru parçasından çıkarıp, borunun şimdiki boyunu ölçmeye çalışalım.

DENEY SONUÇLARI: Buna göre, uzamanın miktarı,boru çapına ve et kalınlığına bağlı değildir. Boru uzunluğuna bağlıdır. Bu nedenle,uzama miktarının birim uzunluk başına verilmesi gereklidir. Deneyde,borunun ısındıkça uzadığını gördük. O halde uzama borunun ne kadar ısındığına da bağlıdır. Bundan çıkacak sonuç,uzamanın,sıcaklık değişimi ve santimetre başına verilmesi gerekmesidir. Miktara bağlı olmayan bu büyüklüğe uzama katsayısı denir.

Maddelerin genleşmesi ya da tersine büzülmesi sırasında büyük kuvvetlerin ortaya çıkması,tren raylarında,köprü gibi yapılarda hasarlara neden olmaktadır.Bu yüzden tren raylarının eklenti yerlerinde boşluklar bırakılır,köprüler demir makaralar üzerine oturtulur. Neden telgraf, telefon ve elektrik telleri direkler arasına gergin bir şekilde çekilmez?Sebebi, genleşme nedeni ile tellerin uzayıp kısalmasıdır.

SIVILARDA GENLEŞME

Sıvılar daima içinde bulundukları kabın şeklini alırlar. Onun için boyca uzama ve yüzeyce genleşmelerinden söz edilemez. Yani sıvılar için sadece hacimce genleşmeden söz edilir. Sıvıların genleşmelerini de dikkate almamız gerekir. Çünkü sıvı ısıtılınca önce kap genleşir. Sıvı kabın genleşen kısmınıda doldurmak zorunda olduğundan sıvıların gerçek genleşmelerini göremeyiz.

Tanım:Bir sıvının birim hacmini 1 C ısıttığımızda hacmindeki artmaya  hacimce genleşme katsayısı denir. `a`ile gösterilir. Sıvıların molekülleri arasındaki bağ katılarınkinden daha gevşek olduğundan sıvıların hacimce genleşme katsayısı katılarınkinden büyük olup, sıvılar için ayırt edici bir özelliktir. Sıvılar da katılar gibi   V=V  . a.    t bağıntısına göre genleşirler. Şekildeki gibi cam kaptaki sıvının genleşmesini inceleyelim.

Kap ısıtılınca sıvının seviyesi kap genleştiğinden B’ye kadar düşer, daha sonra da yükselmeye başlar ve C gibi bir noktaya yükselir. Bu deney dikkatle izlenmezse sıvı seviyesinin A’dan C’yeçıktığını görürüz. Burada borunun kesitine`S`dersek

V   =S.AB         V   =V    .a      t=Kabın genleşme miktarı

V   =S.BC        V  =V    .a      t=Sıvının gerçek genleşmesi

V         =S.A=Sıvının görünür genleşme miktarı

Bu durumda bir kapta bulunan sıvı için görünür ve gerçek olmak üzere iki genleşmeden bahsedeceğiz.Bir sıvının gerçek genleşmesi;görünür genleşme ile kabın genleşmesinin toplamına eşittir.

V     =     V     +     V

Bir kap ağzına kadar bir sıvı ile dolu ise kap ısıtılınca görünür genleşme miktarı kadar sıvı taşar.(   V       =     V        ).Böyle durumlarda sıvının hacmi kabın hacmine eşittir.

Fizikçi Dulong ve Petit ,cıvanın mutlak genleşme katsayısını ölçtüler.Bu karşılaştırma yöntemiyle ve bir dilatometre yardımıyla başka sıvıların katsayılarının da belirlenmesini sağladı.Çizelgede biraraya getirilen sonuçlar,sıvıların,katılara oranla on ile yüz kat daha çok genleşebildiğini gösterir.

DENEY:SIVILARIN GENLEŞMESİNİN KARĞILAŞTIRILMASI

DENEYİN AMACI:FARKLI SIVILARIN GENLEŞMELERİNİN FARKLI OLUP OLMAYACAĞINI ARAŞTIRMAK.

Deney araç ve gereçleri:Cam balon, bunzen beki ve ya ispirto ocağı, sacayak, delikli lastik tıpa, prizmatik kap, ince cam boru, etil alkol, su, glilkol(antifiriz), cetvel, termometre

Deneyin yapılışı:Cam balonlardan birincisini su, ikincisini etil alkol ve üçüncüsünü glikol ile tamamen dolduralım. Ağızlarını cam boru geçirdiğimiz lastik tıpalarla kapatıp, borularda yükselen sıvı seviyelerini işaretliyelim. İçine değişik sıvılar koyduğumuz cam balonları prizmatik kaptaki su içine oturtalım. Prizmatik kabı ısıtalım. Sıcaklık değişimine karşılık , sıvı seviyelerindeki değişmeleri cetvel ile ölçüp not alalım.

DENEY SONUÇLARI:Yaptığımız deneyde, cam balonlara eşit miktarlarda koyduğumuğuz farklı sıvıların sıcaklık değişimi aynı olmakla beraber, farklı hacimlerde genleştiğini gördük. Bu sonuç genleşmenin, sıvılar içinde belirgin ve ayırt edici bir özellik olduğunu gösterir. Sıvıların genleşmesinden sıvılı termometrelerde, sıcak su kazanlarında, termosifonlarda ve kalorifer sistemlerinde yararlanılır. Sıvıların genleşme kat sayısı

V=V.a.   t    bağıntısı ilke gösterilir.Bağıntıda    V sıvının hacimce genleşme miktarı,V sıvının ilk hacmi,a sıvının hacimce genleşme kat sayısıdır.

SUYUN GENLEŞMESİ: Bütün sıvılar ısıtıldıkları zaman sıcaklıkla doğru orantılı olarak           genleştikleri halde,su belli bir bölgede büyük bir farklılık gösterir.Şöyle ki:0 C’deki bir miktar su ısıtılırsa,+4 C’ye kadar suyun hacimce  büzüldüğünü ,ısıtmaya devam ettiğimizde +4 C’den sonra hacimce genleştiğini +8 C’de +4 C’deki hacmine ulaştığını,daha sonra genleşmeye devam ettiğini görürüz.Suyun sıcaklıkla genleşmesi farklı olduğu gibi yoğunluğunun da sıcaklıkla değişmesi farklıdır.

Suyun hacimce genleşmesinin diğer sıvılardan farklı oluşu su altında yaşayan canlıların hayatını kurtarması bakımından tabiatın entresan olaylarından biridir.Bu özellikten dolayı durgun ve akar sular daima üstten donarlar.Altta +4 C’de su varken üstte buz tabakası oluşur.Bu alttaki suyun donmasını engeller.Buz dolabının buzluğuna konulan su dolu cam şişe su donunca çatlar.Çünkü,su donarken genleşir,cam şişe soğurken büzülür.

GAZLARDA GENLEŞME

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 sıcaklığına , basınca ve gazın cinsine bağlı olmadığını bulmuştur.

a=0,00366=1\273

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 kat sayısı aynıdır.Tükel gazlardaysa,a katsayısı kesinlikle sabit olup 1\273,15’e eşittir.

Soba yakınına konulan şişirilmiş balonun daha çok şişmesi ,yazın araba lastiklerinin

DENEY:GAZLARIN GENLEŞMESİNİN İNCELENMESİ

DENEYİN AMACI:FARKLI GAZLARIN,GENLEŞMELERİNİN DE FARKLI OLUP OLMAYACAĞINI ARAŞTIRMAK

Deney araç ve gereçleri:Bunzen beki ve ya ispirto ocağı, delikli yarık mantar, beher glas, cıva damlacığı ile içine hava hapsedilmiş ince cam, sacayak, termometre, üç ayak ve bağlama parçaları, milimetrik kağıt, paket lastiği, cetvel, yapıştırıcı ve su, destek çubuğu, keçeli kalem, bunzen kıskacı

Deneyin yapılışı:Gazlarıda sıvılarda yaptığımız gibi bir kabın içine koyup incelememiz gereklidir. Ancak gaz, kapalı olmayan bir kaptan kolayca kaçar;kaldı ki kapta gözlenebilecek bir gaz düzeyi de yoktur. Bundan dolayı gazı bir cam boru içinde bir cıva damlacığı ile hapsetmemiz gerekir. İçine bir miktar gaz, örneğin hava ile hapsedilmiş olan bir cam boruyu alalım. Boruya hapsolan hava kısmının boyunu, bir cetvel ile ölçelim. Borumuza milimetrik kağıt şerit yapıştırıp, cıva damlacığının alt düzeyini 0 alarak işaretleyelim. Sonra  5 C aralıklarla cıvanın yükselme düzeyini milimetrik kağıda işaretleyelim. Deneyi 50 C-60 C`a gelince keselim.

Deney sonuçları:Bu sonuç, eşit hacimli gazların aynı sıcaklık değişiminde genleşmelerininde aynı olduğunu gösterecektir. Yani sıcaklıkla genleşme, gazdan gaza değişmemek.

 

İlgili Makaleler

Bir yanıt yazın

E-posta adresiniz yayınlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Başa dön tuşu