Demək olar ki, bütün maddələr (bərk, maye və qazlar) qızdırıldıqda genişlənir və soyuduqda büzülür. Bir maddənin qızdırıldığı zaman genişlənməsinə həmin maddənin istilik genişlənməsi deyilir. Üç növ genişlənmə var: xətti (uzunluqda artım), səthi (sahədə artım) və kubik genişlənmə (həcmdə artım). Bərk cisimlərin müəyyən bir forması var, buna görə də bərk cisim qızdırıldıqda o, bütün istiqamətlərdə genişlənir, yəni uzunluq, sahə və həcm isitmə zamanı artır. Maye və qazlar yalnız kub şəklində genişlənmə göstərir. İstilik zamanı mayelər bərk maddələrdən, qazlar isə mayelərdən daha çox genişlənir. Bu dərsdə siz öyrənəcəksiniz:
Bərk cismi qızdırdıqda bərk cismin molekullarının orta kinetik enerjisi artır. Orta mövqeləri haqqında böyük bir amplituda titrəməyə başlayırlar. Nəticə odur ki, onların orta mövqeyi elə dəyişir ki, molekullar arasında molekullararası ayrılma artır, beləliklə bərk cisim bütün istiqamətlərdə genişlənir.
Təcrübə: Bir metal top və bir üzük götürün.
i) Aşağıdakı şəkildə göstərildiyi kimi metal top və halqanı düzün (şəkil a). Hər ikisi otaq temperaturunda olduqda metal top sadəcə halqadan sürüşməlidir.
ii) İndi metal topu ocaqda qızdırın (şəkil b)
iii) Üzüyü yenidən yerləşdirin və topu halqadan keçirməyə çalışın. Topun ilişib qaldığını görəcəksiniz.
Səbəb: İstilik zamanı top genişlənir və diametri daha böyük olur.
İndi topun soyumasına icazə verin və yenidən topu halqadan keçirməyə çalışın, topun indi halqadan keçdiyini görəcəksiniz. Bunun səbəbi, soyuduqda topun büzülməsidir.
Xətti genişlənmə
İstilik səbəbiylə bədənin uzunluğunda artım olduqda, genişlənmə xətti genişlənmə adlanır. Metal çubuqda xətti genişlənməni nəzərdən keçirək. İstilik zamanı metal çubuğun uzunluğunun artması aşağıdakı üç amildən asılıdır:
Qeyd: İstilik zamanı çubuğun uzunluğunun artması onun boş və ya bərk olmasından asılı deyil
Bərk cisimlərin səthi genişlənməsi
Metal boşqab qızdırıldıqda onun uzunluğu və eni artır. Bu, plitənin sahəsini artırır. Plitənin sahəsinin artması aşağıdakılardan asılıdır:
Bərk cisimlərin kubik genişlənməsi
Bərk cisim qızdırıldıqda onun uzunluğu, eni və qalınlığı artır və beləliklə həcm artır. Eksperimental olaraq bərk cismin həcminin artmasının aşağıdakılardan asılı olduğu müşahidə edilir:
| Əgər L 0 çubuqun 0 o C-də uzunluğu və t o C-də uzunluğu L t olarsa, uzunluğun artması L t - L 0 = L 0 α t kimi verilir. α çubuqun materialından asılı olan xətti genişlənmə əmsalıdır . Onun vahidi o C-dir |
| Əgər A 0 plitənin 0 o C-də sahəsidirsə və onun t o C-dəki sahəsi A t -dirsə, onda sahənin artması A t - A 0 = A 0 β t kimi verilir. β müxtəlif bərk cisimlər üçün fərqli olan səthi genişlənmə əmsalıdır . |
| Əgər V 0 bərk cismin 0 o C-də həcmidirsə və onun t o C-də sahəsi V t olarsa, həcm artımı V t - V 0 = V 0 γ t kimi verilir. γ müxtəlif materiallar üçün fərqli olan kubik genişlənmə əmsalıdır . |
α, β və γ arasında əlaqə: α : β : γ = 1 : 2 : 3 |
Bəzi bərk cisimlərin xətti genişlənmə əmsalı
| Maddə | Xətti genişlənmə əmsalı ( o C başına x 10 -6 ) |
| Alüminium | 24 |
| Pirinç | 19 |
| Mis | 17 |
| Dəmir | 12 |
| Invar | 0.9 |
Gündəlik həyatda bərk maddələrin termal genişlənməsi
1. Dəmir yolları: Dəmir yollarının relsləri poladdan hazırlanır. Taxta və ya beton zavodlara dəmir yolu relsləri çəkərkən, aşağıdakı şəkildə göstərildiyi kimi relslərin ardıcıl uzunluğu arasında kiçik bir boşluq qalır. Səbəb odur ki, yayda atmosfer temperaturunun artması səbəbindən hər bir rels öz uzunluğunda artmağa meyllidir, ona görə də iki rels arasında boşluq qalır, əks halda rels yan tərəfə əyiləcək.
2. Elektrik kabelləri və telefon naqilləri: Elektrik ötürücü xəttindəki elektrik kabeli və iki dirək arasındakı telefon naqilləri qışda daralma səbəbindən qırıla bilər, yayda isə genişlənmə səbəbindən sallana bilər. Ona görə də iki dirək arasına naqil çəkilərkən diqqət edilir ki, qışda büzülmə səbəbindən qırılmaması üçün yayda bir qədər boş saxlansınlar. Qışda döşəyərkən yayda genişlənmə səbəbindən çox əyilməməsi üçün koltuqlar saxlanılır.
3. Mətbəxdə istifadə olunan şüşə qablar : Mətbəxdə istifadə olunan şüşə qablar ümumiyyətlə pirex şüşədən hazırlanır. Səbəb odur ki, pirex şüşənin kubik genişlənmə əmsalı çox aşağıdır, ona görə də qızdırılan şüşə qablar genişlənmir və çatlayır.
Bərk maddələr kimi, mayelər də adətən qızdırıldıqda genişlənir. Mayelər qızdırıldıqda bərk maddələrdən daha çox genişlənir. Maye müəyyən bir formaya malik deyil, müəyyən bir həcmə malik olduğundan, mayelər yalnız kub şəklində genişlənməyə malikdir.
İstisna: Su onu 0 o C-dən 4 o C-yə qədər qızdırdıqda büzülür və sonra 4 o C-dən yuxarı qızdırdıqda genişlənir. Buna suyun anomal davranışı deyilir.
Təcrübə: Bir banka götürün, dörddə üçünü su ilə doldurun və qabı bağlayın. Alovda saxlayın. Görəcəksiniz ki, su getdikcə daha çox qızdırıldıqca bankadakı suyun səviyyəsi yüksəlir.
Qeyd: Kavanozun içindəki maye qızdırıldıqda əvvəlcə banka qızdırılır və bu səbəbdən mayenin səviyyəsi aşağı düşəcək. Bundan sonra istilik mayeyə çatdıqda genişlənəcək, buna görə də mayenin səviyyəsi yüksələcəkdir. Beləliklə, mayenin real genişlənməsi müşahidə edilən genişlənmədən çoxdur.
Mayenin kubik genişlənməsinə təsir edən amillər
Mayenin kubik genişlənməsi aşağıdakı üç amildən asılıdır:
V 0 0 o C-də mayenin həcmidirsə və V t t o C-də mayenin həcmidirsə, mayenin həcminin artması belə verilir.
V t - V o = V 0 γ t
burada γ mayenin kubik genişlənmə əmsalıdır .
Bəzi mayelərin kubik genişlənmə əmsalı
| Maye | Kub genişlənmə əmsalı γ ( x 10 -4 / o C) |
| Merkuri | 1.8 |
| Su (15 O C-dən yuxarı) | 3.7 |
| Parafin yağı | 9.0 |
| Alkoqol | 11.0 |
Mayelərin istilik genişlənməsinin gündəlik həyatda tətbiqi
Mayenin istilik genişlənməsi civə termometrinin işində istifadə olunur. Civə termometri bir ucu bağlı olan kapilyar borudan və digər ucunda silindrik bir lampadan ibarətdir. Lampa civə ilə doludur. Merkuri parlaq bir mayedir, buna görə də onun səviyyəsini kapilyar boruda asanlıqla görmək olar. Termometrin lampası isti bir cisimlə təmasda olduqda, civə genişlənir. Kapilyar boruda civə səviyyəsi yüksəlir. Boru temperaturu oxumaq üçün dərəcələndirilir. Temperaturun hər dərəcə Selsi yüksəlməsi üçün civə eyni həcmdə genişlənir, buna görə də termometrin kalibrlənməsi asanlaşır.
Qazlar da qızdırıldıqda genişlənir. Qazlar maye və bərk maddələrdən daha çox genişlənir. Mayelər kimi, qazların da müəyyən bir forması yoxdur, ona görə də onlar da yalnız kubik genişlənməyə malikdirlər. Bununla belə, sabit bir həcmdə olan qazlar genişlənə bilməz və buna görə də temperaturun artması təzyiqin artmasına səbəb olur.
Təcrübə: Boş bir şüşə götürün. Onun boynuna bir rezin balon bağlayın. Əvvəlcə şar söndürülür. Şüşəni qaynar su olan su banyosuna qoyun. Bir müddət sonra şarın aşağıdakı şəkildə göstərildiyi kimi şişirdildiyini görəcəksiniz. Bu onu göstərir ki, qızdırılan zaman butulkaya daxil olan hava genişlənir və şarın içinə doldurulur ki, şar şişir.
Qazların istilik genişlənməsinin gündəlik həyatda tətbiqi
İsti hava balonu: İsti hava şarları qaz və bərk cisim arasındakı istilik genişlənmə fərqi prinsipi əsasında işləyir. Balon torbasının içindəki isti hava qabdan daha tez ölçüdə böyüdüyü üçün çantanı elə uzadır ki, genişlənir və çantanın xaricindəki soyuq (ağır) havanı sıxışdırır. Çantanın içərisində və xaricində havanın sıxlığı arasındakı fərq, balonun yüksəlməsinə səbəb olur. Çantanın içindəki havanın soyuması balonun aşağı enməsinə səbəb olur.
Bir maddə qızdırıldıqda, kütləsi dəyişməz qalarkən onun həcmi artır, buna görə də maddənin sıxlığı (kütlənin həcminə nisbəti olaraq) temperaturun artması ilə azalır. Bərk cisimlərdə sıxlığın azalması nəzərə çarpan deyil, mayelərdə və qazlarda, temperatur artdıqca həcm nəzərəçarpacaq dərəcədə artır və buna görə də sıxlığın azalması olduqca nəzərə çarpır.
