Isının maddeler üzerinde hâl değiştirici ve sıcaklığını değiştirici etkisini gördük. Peki, ısının maddeler üzerinde başka bir etkisi olabilir mi?
Hiç bisikletinizi kışın kontrol ettiniz mi? Yazın şişkin halde bıraktığınız lastikleri şişkinliğini koruyor mu?
Soğuk bir yerde uzun süre kalan balonun ya da topunuzun sönmüş olduğunu fark ettiniz mi?
Görsel 1’deki elektrik tellerini incelediğinizde bu durumda olmalarının sebebi ne olabilir?
Sıvılı termometrelerdeki sıvı seviyesi neden yükselir?
Köprülerde bırakılan bağlantı boşluklarının amacı nedir?
Demir kalorifer boruları ve petekleri neden ısınıp/soğudukça ses çıkarır?
Yukarıdaki tüm soruların tek cevabı var aslında: Genleşme ve büzülme.
Genleşme ve büzülme ısının maddeler üzerindeki etkilerindendir.
Maddelerin (katı, sıvı, gaz) ısı alarak hacimlerinin artması olayına genleşme denir. Maddelerin ısı vererek hacimlerinin azalması olayına ise büzülme denir.
Akılda kalıcı olması açısından GENLEŞME ~ GENİŞLEME ve BÜZÜLME ~ BUZUL ilişkisini kurmakta fayda var.
Genleşme ve Büzülme birbirinin tersi olaylardır.
Bir maddenin hacmindeki değişiklik o maddenin eni, boyu ve yüksekliğinin değişmesidir. Genleşme ve büzülme kavramlarından bahsedebilmemiz için, ısının maddede hâl değişimine yol açmaması yani maddenin bulunduğu hâlde olması gerekmektedir.
Katı, sıvı ve gaz hâllerdeki bütün maddeler genleşebilir veya büzülebilir. Genleşme ve büzülme en fazla gaz, sonra sıvı, en az da katı maddelerde gerçekleşir. En fazla genleşen madde, soğuduğunda en az fazla büzüşür.
Farklı cins katı ve sıvılar aynı oranda ısıtıldıklarında genleşme oranları farklıdır. Soğutulduklarında da yine büzülme oranları farklıdır. Ancak farklı gazlar ısıtıldığında aynı oranda genleşir ve soğutulduğunda da aynı oranda büzülür. Yani katı ve sıvılar için genleşme/büzülme ayırt edici bir özellik iken gazlar için ayırt edici bir özellik değildir.
Katı ve Sıvılar için genleşme ve büzülme ayırt edici bir özelliktir. Gazlar için ayırt edici bir özellik değildir. Çünkü; katı ve sıvıların hacimleri belirli iken, gazların hacimleri belirli değildir ve sıkıştırılabilir özelliktedir.
Gravzant halkası genleşme ve büzülme deneylerinde kullanılan asılı küre ve halkadan oluşan bir düzenektir. Bu düzenekte asılı metal küre soğuk iken delikten geçebilmektedir. Ancak ısıtıldığında genleşir ve kürenin hacmi büyür. Genleştiğinde ise delikten geçemez. Bu da bize metalin ısındığında genleşip hacminin arttığını gösterir. Küre soğutulduğunda tekrar halkadan rahatlıkla geçer. Bu da soğuduğu zaman metal kürenin büzülüp hacminin küçüldüğünü gösterir.
Çay bardağının çatlaması: Çay bardağına sıcak su konulduğunda çatlaması genleşme olayıyla ilgilidir. Cam, sıcak sudan aldığı fazla miktarda ısı ile ani genleşir, bu da camın kırılmasına sebep olur.
Elektrik telleri: Elektrik tellerinin sarkması ve gerginleşmesi, genleşme-büzülme esasına dayanır. Sıcak ortamda ısı alan teller genleşir yani boyları uzar; soğuk ortamda ise büzülür, boyları kısalır.
Tren rayları, köprüler ve binalar: Tren rayları yazın sıcakta genleşirken kışın soğukta büzülür. Bu nedenle tren raylarında, belirli aralıklarla boşluklar bırakılmalıdır. Bu boşluklar raylar ısındığında genleşme payı olacaktır. Aynı durum köprülerin bağlantılarında da vardır. Binaların yapısındaki metal iskeletlerin yapımı sırasında da esneme payı bırakılır. Çünkü sıcak havalarda binanın yapısında kullanılan metal malzemeler genleşerek binanın yapısını bozabilir.
Konserve kapakları: Konserve yapımında malzeme sıcakken kapak kapatılır. Yani metal kapak, kapatıldığı ilk anda genleşmiş durumdadır. Konserve soğuduğunda metal, cama göre daha çok büzülür, böylece kapak camı sıkıca kavrar. Bu kapakları açmak için de yine bu prensipten yararlanabiliriz. Kavanozu ters çevirip sıcak suya koyduğumuzda, ısı alan metal kapak cama göre daha fazla genleşir, böylece kapak kolayca açılır.
Gözlük camları: Gözlük camlarının takılmasında da genleşme ve büzülme olaylarından faydalanılır. Önce gözlük çerçevesi ısıtılarak genleştirilir. Ardından genleşen çerçeve içine cam takılır. Çerçeve soğutulduğunda da büzülür ve camı sıkıca kavramış olur.
Termostatlar: Termostatlar ütü, fırın, bulaşık makinesi, su ısıtıcısı, saç kurutma makinesi vb. aletlerde sıcaklık ayarlayıcı olarak kullanılırlar. Termostatlarda da genleşme ve büzülme olaylarından faydalanılır.
Özellikle günlük sıcaklık farkının yüksek olduğu yerlerde kayalar daha çabuk parçalanır.
Sıvılar da katılar gibi ısının etkisiyle genleşip büzülür.
Taşma: Ocakta süt ısıtırken ya da su ısıtırken bazen taştığını görürüz. Isınan süt genleşerek kaba sığmaz olur ve taşar.
Sıvılı Termometreler: Sıvılı termometreler sıvıların genleşip büzülmesi olayından faydalanılarak yapılmıştır. Sıvılı termometreler içinde ispirto, civa ve alkol gibi maddeler kullanılır. Isınan sıvı genleştikçe kılcal boruda yükselir ve sıcaklığın yükseldiğini gösterir. Soğuyan sıvı ise kılcal boruda hazneye doğru büzülerek sıcaklığın azaldığını gösterir.
Sıvılı termometrelerde su kullanılır mı?
Su diğer sıvılardan biraz farklı davranır. Soğutulan sıvı suyun hacmi 4ºC’ye kadar azalırken, 4ºC’den sonra artmaya başar. Bu nedenle de termometrelerde kullanılamaz. Suyun soğumasıyla yaşanan hacim artışı donma sırasında da devam eder. Buzdolabına ağzına kadar dolu şişeyi koyduğumuzda şişenin kırılması ya da bombeleşmesinin sebebi de donan suyun hacminin artmasıdır.
Gazlar da sıvı ve katılar gibi ısının etkisiyle genleşip büzülür. Günlük hayatta bununla sıkça karşılaşırız.
Araç Lastikleri: Kışın otomobil lastiklerinin içindeki hava soğuğun etkisiyle büzülür. Böylece otomobil lastikleri yumuşar. Yazın ise sıcaklığın yükselmesiyle lastiklerdeki hava genleşir. Böylece otomobil lastikleri daha sert ve şişkin hale gelir. Aynı durumu bisiklet lastikleri, toplar ve balonlarda da gözlemleyebiliriz.
Deodorantlar: Deodorantlar üzerinde ateşe yaklaştırmayınız, güneşte bırakmayınız gibi ifadeleri görmüşsünüzdür. Şişe içindeki gaz ısının etkisiyle genleşip patlamaya sebep olabilir.
Sıcak Hava Balonları: Sıcak hava balonları gazların genleşme ve büzülme özelliklerinden yararlanılarak yapılır. Balonun içindeki hava ısıtıldığında genleşir ve balon büyüyerek yükselir. Isıtma işlemi durdurulduğunda balonun içindeki hava soğur ve balon küçülüp aşağı yönde harekete başlar.
----------------------------------------
Kaynaklar:
Günlük hayatta ısı ve sıcaklık kavramlarını sıkça duyarız ve kullanılırız. Bazen bu kavramlar birbiri ile karıştırılır. Ama ısı ve sıcaklık kavramları farklıdır. Isı, maddelerde hâl değişimine yol açabileceği gibi, maddelerin sıcaklığının değişmesine de sebep olur.
Günlük hayatımızda sıkça kullandığımız ısı ve sıcaklık kavramları birbirleriyle ilişkili ancak birbirlerinden farklı kavramlardır.
Bazı maddeler görünüş olarak birbirlerine o kadar çok benzer ki ayırt etmekte zorlanırız. Örneğin toz şekere, una ve tuza uzaktan baktığımızda aynı madde gibi algılayabiliriz ancak tatlarına baktığımızda farklı maddeler olduğunu anlarız.
Maddelere doğada 3 fiziksel halde bulunurlar. Bunlar; katı, sıvı ve gaz halleridir. Maddeler çevrelerinden ısı alabilir ya da çevrelerine ısı verebilirler. Maddeler ısı alarak ya da ısı vererek bulundukları fiziksel halden başka bir fiziksel hale geçebebilirler. Maddelerin bulundukları hâlden başka bir hâle geçişine hâl değişimi denir.
Maddeler hâl değişimi sırasında çevreden ısı alır ya da çevreye ısı verirler. Çevreden ısı alarak katı hâlden sıvı hâle geçmeye erime, sıvı hâlden gaz hâle geçmeye ise buharlaşma adı verilir.
