Cisimlərin istidən genişlənməsi
Cisimlərin qızdırıldıqda niyə genişləndiyini, soyuduqda niyə sıxıldığını zərrəciklərin kinetik enerjisi vasitəsilə izah etmək və bu hadisənin gündəlik həyatdakı nəticələrini (relslər, qapaqlar, ikimetallı çubuqlar) tanımaq.
Qatarların gecikməsinin və dəmiryol qəzalarının səbəblərindən biri hava şəraitinin təsiri ilə relslərin formasında baş verən dəyişiklikdir. Bunun kökündə maddənin quruluşu dayanır: bərk haldakı maddələrdə zərrəciklər çox sıx yerləşir, mayelərdə zərrəciklər arasındakı məsafə bərk maddələrə nisbətən, qazlarda isə mayelərdəkinə nisbətən daha böyükdür. Maddənin hər üç halında onu təşkil edən zərrəciklər müəyyən sürətlə hərəkət edir; bərk maddəni təşkil edən zərrəciklər isə maye və qaz zərrəciklərindən fərqli olaraq fəzanın müəyyən hissəsində rəqsi hərəkət edir.
Zərrəciklərin sürəti və kütləsi olduğu üçün onlar kinetik enerjiyə malikdir. Cisimləri qızdırdıqda zərrəciklərin kinetik enerjisi artır və onlar daha sürətli hərəkət edir; qızdırılan cismin temperaturunun artmasının səbəbi məhz budur. Temperatur artdıqca zərrəciklər arasındakı məsafə də artır, bu isə cismin həcminin artmasına, yəni genişlənməsinə səbəb olur. İstiliyin təsiri ilə cisimlərin genişlənməsi istilikdən genişlənmə adlanır. Cisimlər soyuduqda əks proses baş verir: zərrəciklərin kinetik enerjisi və sürəti azalır, aralarındakı məsafə və cismin həcmi azalır. Cisim qızdırıldıqda onun həcmi artsa da, kütləsi dəyişmir — bu zaman sıxlığı azalır; soyuduqda isə kütləsi dəyişmədən həcmi azaldığı üçün sıxlığı artır.
Cisimlərin həcminin dəyişməsi bir çox problemə səbəb ola bilər: yayda dəmiryol relslərinin istilikdən genişlənib əyilməsi və dəmir kilidlərin çətin açılması buna misaldır. Yayda metal körpülərin və boruların istilikdən genişlənib zədələnməməsi üçün genişləndirici birləşmələrdən istifadə olunur. Eyfel qülləsi yalnız metal materialdan tikilib, hündürlüyü 300 metrdir; müxtəlif fəsillərdə isti və soyuğun təsiri ilə qüllə uzanıb qısalır, nəticədə hündürlüyü il ərzində bir neçə santimetr dəyişir.
İstiliyin təsiri ilə müxtəlif maddələr fərqli nisbətdə genişlənir. Şüşə qabın metal qapağını açmaq çətin olduqda onun üzərindən isti su axıdılır: metal şüşədən daha çox genişləndiyi üçün qapaqla qab arasındakı məsafə artır, sürtünmə qüvvəsi azalır və qapaq asanlıqla açılır. İki fərqli metaldan hazırlanmış və bir-birinə yapışdırılmış çubuqlarda da bu fərqdən istifadə olunur: qızarkən metallar müxtəlif nisbətdə genişləndiyi üçün çubuq əyilir. Bu xassədən termometr hazırlanmasında və yanğından mühafizə məqsədilə elektrik dövrəsi qurulmasında istifadə olunur.
Əsas terminlər
| Hadisə | İzah |
|---|---|
| Dəmiryol relslərinin yayda əyilməsi | İstilikdən genişlənmə nəticəsində baş verir. |
| Dəmir kilidlərin yayda çətin açılması | İstilikdən genişlənmə nəticəsində baş verir. |
| Şüşə qabın metal qapağının isti su ilə açılması | Metal şüşədən daha çox genişlənir, sürtünmə azalır. |
| İkimetallı çubuğun qızdırıldıqda əyilməsi | İki metal fərqli nisbətdə genişləndiyi üçün baş verir. |
Mətndə göstərilən nümunələrə əsasən istilikdən genişlənmənin səbəb olduğu hadisələr.
- 1Addım 1 — Qızdırılmazdan əvvəlki sıxlığı tap: Tillərinin uzunluğu 8 sm olan kubun həcmi 8×8×8 = 512 sm³, kütləsi 320 qramdır. Sıxlıq = kütlə ÷ həcm = 320 ÷ 512 = 0,625 q/sm³.
- 2Addım 2 — Qızdırıldıqdan sonrakı ölçüləri tap: Kub qızdırılıb genişlənərkən tillərinin uzunluğu 2 sm artaraq 10 sm olur, yeni həcm 10×10×10 = 1000 sm³ olur.
- 3Addım 3 — Yeni sıxlığı hesabla: Kütlə dəyişmədiyi üçün yeni sıxlıq = 320 ÷ 1000 = 0,32 q/sm³. Nəticədə həcm artdıqca sıxlıq azalır.
Cisim qızdırıldıqda zərrəciklərin sayı və kütləsi dəyişmir — dəyişən yalnız zərrəciklər arasındakı məsafə, deməli, cismin həcmidir.
İstilikdən genişlənməni kütlənin artması ilə qarışdırmaq səhvdir — kütlə sabit qalır, dəyişən sıxlıqdır (sıxlıq = kütlə ÷ həcm).
Bütün maddələr eyni nisbətdə genişlənmir; ikimetallı çubuğun əyilməsi məhz iki metalın fərqli genişlənmə sürətindən irəli gəlir.
Qaydalar
- 1İstiliyin təsiri ilə cisimlərin genişlənməsinə istilikdən genişlənmə deyilir; bu, zərrəciklərin kinetik enerjisinin artması və aralarındakı məsafənin böyüməsi nəticəsində baş verir.
- 2Cisim qızdırıldıqda kütləsi dəyişmir, lakin həcmi artdığı üçün sıxlığı azalır; soyuduqda isə əksinə, həcmi azaldığından sıxlığı artır.
- 3Bərk maddələrdə zərrəciklər çox sıx yerləşib fəzanın müəyyən hissəsində rəqsi hərəkət edir; mayelərdə aralarındakı məsafə bərk maddəyə nisbətən, qazlarda isə mayeyə nisbətən daha böyükdür.
- 4İstiliyin təsiri ilə müxtəlif maddələr fərqli nisbətdə genişlənir; bu fərqdən ikimetallı çubuqlarda (termometr, yanğından mühafizə elektrik dövrəsi) istifadə olunur.
- 5Cisimlərin istilikdən genişlənməsi relslərin əyilməsi, kilidlərin çətin açılması kimi problemlərə səbəb ola bilər; körpü və borularda bunun qarşısını almaq üçün genişləndirici birləşmələrdən istifadə olunur.
Məşq
10 asan · 10 orta · 10 çətin
Hər testdə təsadüfi 10-dək sual seçilir