Isınan Maddelerde Genleşme

ISINAN MADDELERDE GENLEŞME (KATI,SIVI,GAZ) Öncelikle Genleşmenin kelime anlamına bakalım. Genleşme genişleme anlamından gelir. 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 enerji ye 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. Şimdi sırasıyla katı, sıvı, ve gazlardaki genleşme olayını ele alıp deneylerle işleyelim. 1.KATILARDA GENLEŞME Dışarıdan ısı alan maddenin taneciklerinin kinetik enerjisi, dolayısıyla taneciklerin titreşim hızı artar. Tanecikler birbirinden uzaklaşmaya başlar. Bu olay genleşme adı ile anılır. Tersine olarak madde dışarıya ısı verdiğinde ( madde soğutulduğunda ) maddenin taneciklerinin kinetik enerjisi, dolayısıyla taneciklerin titreşim hızı azalır ve maddenin hacmi küçülür. Şimdi, ısı etkisiyle sıcaklık değişimiyle gerçekleşen genleşme olayını bir deney ile inceleyelim. DENEY : ISINAN BORULARIN BOYCA GENLEŞMELERİNİN İNCELENMESİ DENEYİN AMACI : FARKLI BOY VE KALINLIKTAKİ, FARKLI MADDELERDEN OLUŞMUŞ BORULARIN GENLEŞMELERİNİ İNCELEMEK. Deney Araç ve Gereçleri 1. Bunzen mesnedi ve kıskacı 8. Bölmeli karton kadran 15. D kabı 2. Büyük deney tüpü 9. Deliklikli lastik tıpa 16. Mikroskop lamı 3. Dik açılı dirsek cam boru 10. 2 adet paket lastiği 17. 30-40 cm lastik boru 4. Yapıştırıcı 11. 2-cm lastik boru parçası 18. Cetvel 5. Çamaşır mandalı 12. 2-3 kaynama taşı 19. Cıvata (pul ve somunu) 6. Su 13. Büyük iğne 20. Termometre 14.Cam ¤¤¤¤l borular Deneyin Yapılışı Deney tüpüne üçte birine kadar su koyalım ve içine birkaç tane de kaynama taşı atalım. Tüp, çıkış borusu ve bir ¤¤¤¤l boru ile şekil 1 deki düzeneği kuralım. Borunun serbest kalan ucunun altına, uzunla- masına bir mikroskop lamı koyalım. Lam ile boru arasına da ucunda 0-180 derece bölmeli bir kadran bu- lunan 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 dai- reyi gözleyelim. Karton daire dönecektir. Dakikada bir, dairenin ne kadar döndüğünü kaydedelim. Dönme yönünü de belirliyelim. Dairenin dönmesi bittikten sonra incelediğimiz borunun ucundaki lastik boru parçacının içine termometre nin haznesini hafifçe sokalım. Sıcaklık sabit kalıncaya kadar bu durum- da tutalım. Sıcaklığı okuyalım. Termometrenin haznesini lastik boru parçasından çıkarıp, borunun şimdi- ki boyunu ölçmeye çalışalım. Deneyimiz burada bitti, ancak aynı deneyi farklı borularla tekrarlayabiliriz. Deney Sonu Soruları Bu deneyden sonra akla gelebilecek sorular, bence aşağıdaki gibidir. Bu sorulara başka sorularda tabi ki eklenebilir. 1.Bölmeli karton kadranın dönmesi ne anlama gelir? 2.Sıcaklık değişimi durunca, kadranın dönmesi neden duruyor? 3.Isınan borunun boyunda, cetvelle ölçülebilir bir değişme oldu mu? 4.Kadranın dönme miktarı, borunun boyuna, et kalınlığına veya çapına bağlı mı? 5.Kadranın dönme miktarı ile borunun uzama miktarı arasında nasıl bir ilişki olabilir? Deney sonuçları Yukarıdaki deney sonucuna 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 kat sayısı denir. Maddelerin genleşmesi ya da tersine büzülmesi sırasında büyük kuvvetlerin ortaya çıkması, tren raylarında, köprü gibi yapılarda hasarlara neden olmaktadır. Bu yüzden tren yaylarının eklenti yerle- rinde boşluklar bırakılır, köprüler demir makaralar üzerine oturtulur. Çevremizdeki bu tür yapıları gözlemleyerek genleşme ile ilgili bir çok örnekler bulabiliriz. Mesela şu an benim aklıma gelen bir örnek, niçin telgraf, telefon ve elektrik telleri direkler arasına gergin bir şekilde çekilmez? Tabi ki sebebi basit, genleşme nedeni ile tellerin uzayıp kısalmasıdır. 2.SIVILARDA GENLEŞME Katı maddelerin genleşmelerini gördük, benim aklıma şu soru geldi, peki sıvı maddelerde de gen- leşme olur mu? Tabi ki olur şimdi birlikte bu konuyu işleyelim. Öncelikle şu sorulara cevap bulmaya çalışalım. A. Ağzına kadar dolu bir çaydanlık ısıtıldıkça neden taşar? B. Termometrelerde cıva veya alkol seviyesi sıcaklık değişmelerinde neden yükselip alçalır? Bu ve bunun gibi sorulara, bilimsel alarak daha iyi cevaplar verebilmemiz için, sıvıların davra- nışlarını incelememiz gerekir. Ama bir sorunumuz var. Sıvıların ısıtılmadaki davranışlarını, katılarda olduğu gibi inceleyemeyiz. Çünkü, sıvıları katılar gibi şekillendirmek, örneğin boru haline getirmek imkansızdır. Bu yüzden, sıvıların, bir kap içinde incelenmeleri gerekir. Şimdi bir deney ile sıvıların genleşmesini inceleyelim. DENEY : SIVILARIN GENLEŞMESİNİN KARĞILAŞTIRILMASI DENEYİN AMACI : FARKLI SIVILARIN GENLEŞMELERİNİN FARKLI OLUP OLMAYACAĞINI ARAŞTIRMAK. Deney Araç ve Gereçleri 1. Cam balon (50 mL 3 adet) 6.İnce cam boru (25 cm kadar 3 adet) 2. Bunzen beki veya ispirto ocağı 7.Etilalkol, su,glikol (antifiriz) 3. Sacayak 8.Cetvel 4. Delikli lastik tıpa (3 adet) 9.Termometre 5.Prizmatik kap Şekil 2 Farklı sıvıların aynı sıcaklıkta genleşme farkı. Deneyin Yapılışı 1.Cam balonlardan birincisini su, ikincisini etilalkol ve üçüncüsünü glikol ile tamamen dolduralım. Ağızlarını cam boru geçirdiğimiz lastik tıpalarla kapatıp, borularda yükselen sıvı seviyelerini işaretliye- lim . 2.İçine değişik sıvılar koyduğumuz cam balonları prizmatik kaptaki su içine oturtalım. 3.Prizmatik kabı ısıtalım. 4.Sıcaklık değişimine karşılık, sıvı seviyelerindeki değişmeleri cetvel ile ölçüp not alalım. Deney Sonu Soruları Bu deneyden sonra benim aklıma gelen sorular, aşağıdaki sorulardır. Tabi ki başka sorularda ek- lenebilir. 1.Aynı şartlarda ısıtılan sıvılar için genleşme ayırt edici bir özellik midir? 2.Genleşme, sıcaklık değişimine bağlı mıdır? 3.Sıcaklığı ölçmek için kullandığınız termometrenin çalışma prensibi ile sıvıların genleşmesi arasın- da bir benzerlik kurulabilirmi? Deney Sonuçları Yaptığımız deneyde, cam balonlara eşit miktarlarda koyduğumuz farklı sıvıların, sıcaklık değişimi Aynı olmakla beraber, farklı hacimlerde genleştiğini bulduk. Bu sonuç, genleşmenin, sıvılar içinde belir- gin ve ayırt edici bir özellik olduğunu gösterir. Sıvıların genleşmesinden sıvılı termometrelerde, sıcak su kazanlarında, termosifonlarda ve kalori- fer sistemlerinde yararlanılır. Sıvıların genleşme miktarı aşağıdaki bağıntı ile hesaplanır. ΔV = V. a. Δt Bağıntıda ΔV sıvının hacimce genleşme miktarı, V sıvının ilk hacmi, a sıvının hacimce genleşme kat sayısıdır. 3.GAZLARDA GENLEŞME Şimdi de gazların ısı etkisiyle genleşmelerini ele alalım. Şu soruları cevaplamaya çalışalım. Soba üzerinde tutulan şişirilmiş bir balon niçin büyür ve hatta patlar? 1783 yılında Montgolfier kardeşler, balonlarını uçurabilmek için, balonun açık alt kısmında ateş yakmışlardır. Niçin? Bu sorulara bulacağı- mız cevaplar bize, gazlarda da hacmin, katı ve sıvılarda olduğu gibi sıcaklıkla arttığı kanısını vermekte. Şimdi yapacağımız bir deney ile bir kez de bu konuyu bilimsel olarak inceliyelim. DENEY: GAZLARIN GENLEŞMESİNİN İNCELENMESİ DENEYİN AMACI: FARKLI GAZLARIN, GENLEŞMELERİNİN DE FARKLI OLUP OLMAYACAĞINI ARAŞTIRMAK. Deney Araç ve Gereçleri 1.Bunzen beki veya ispirto ocağı 8.Cıva damlacığı ile içine hava hapsedilmiş ince cam 2.Delikli yarık mantar 9.Sacayak 3.Beher glas(400 ml) 10.Termometre 4.Üçayak ve bağlama parçaları 11.Yapıştırıcı ve su 5.Milimetrik kağıt 12.Destek çubuğu 6.Paket lastiği 13.Keçeli kalem 7.Cetvel 14.Bunzen kıskacı Şekil:3 Deneyin Yapılışı Gazları da sıvılarda yaptığımız gibi bir kabın içine koyup İncelememiz 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 damla- cığı 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 olarak işaretliyelim. Sonra şekil 3 teki düzeneği kuralım ve 5˚ C aralıklarla cıvanın yüksel- me düzeyini milimetrik kağıda işaretliyelim. Deneyi 50˚ C - 60˚ C ‘ a gelince keselim. Deney Sonuçları Elde ettiğimiz düzey değerlerini sıcaklığa karşı grafiğe geçirelim. Borunun bilinen yarı çapından, boruda hapsolmuş olan havanın hacmini ve genleşme kat sayısını hesaplayıp, başka gazlarda da bu deneyi yapmış olsaydık aynı genleşme kat sayısını bulurduk. Bu sonuç, eşit hacimli gazların, aynı sıcaklık değişiminde genleşmelerinin de aynı olduğunu göstermektedir. Yani sıcaklıkla genleşme, gazdan gaza değişmemek- tedir.