Katılarda termik uzama katsayısının belirlenmesi fizik ödevi ders notları


KATILARDA TERMİK UZAMA KATSAYISININ BELİRLENMESİ

 

 

AMAÇ:Bir metal çubuğun termik uzama katsayısının belirlenmesi

 

KULLANILAN ALETLER:Metal çubuk , cam boru , termometre , mikrometre , ısıtıcı , cetvel

 

BİLGİ:Katı cisimler ısı etkisiyle boyca uzar , hacimca ve yüzeyce genleşirler. Genleşme veya büzüşme fiziksel özellikleri aynı olan yani izotop olan cisimlerde her üç boyutta da kendisini gösterir. Fakat ısıcaklık ilk değerine ulaştığında, cismin boyutları ilk değeriyle aynı değildir.Çok azda olsa bir atrış görülür. Olay tam tersinir olmadığından genleşme kalıntısı kalır.

Katı cisimlerin boyca uzamaları tamamiyle atom yapılarına bağlıdır. Katı cisimlerde atomlar belli bir denge noktasında titreşim hareketi yaparlar.Bu hareketin genliği sıcaklıkla doğru orantılıdır. Atomları denge noktasında kalmaya zorlayan kuvvetlere, atomlar arasında etkiyen elektriksel çekim kuvvetleri olarak düşünülebilir.

Titreşim arttığında, potansiyel enerji artma göstereceğinden atomlar birbirni itmeye başlar ve titreşim merkezinin yer değiştirme miktarı daha büyük atomlararası uzaklıklara hareket eder ve dolayısıyla atomlar arasındaki ortalama uzaklık artar. Bundan dolayı toplam hacim de artmış olur.

Termik uzama katsayısı, birim sıcaklık farkı için bağıl uzama miktarıdır.Termik uzaman katsayısı cismin cinsine bağlıdır. Termik uzama katsayısı α ile gösterilir ve cismin uzama miktarıyla doğru, sıcaklık farkı  ve  cismin ilk uzunluğu ile ters orantılıdır. Termik uzama katsayısının formülü α=1/Lı*ΔL/ΔT , birimi ise [1/°C] dir.

Bu deneyde  biz boyca uzamayı gözönüne alacağız. Formuldeki ΔL yerinede Δa’yı kullanacağız.

DENEY DÜZENEYİ:

Termik uzama katsayısı hesaplanacak olan M metal çubuğu, camdan borunun ekseninden geçirilmiştir ve cam borunun uçları lastik tıpalarla sıkıca kapatılmıştır. Cam borunun üstünde su buharıın girip çıkması için üç delik bulunmaktadır. Ayrıca metal çubuk bir ucundan desteklenmiştir ve öteki ucuna yakın bir yere bir mikrometre yerleştirilmiştir. Metal çubuk, mikrometre ve lambanın tamamlayacağı bir elektrik düzeneği vardır. Bu düzeneyin yanında bir elektrik ocağı ve onun üstündeyse cam balon bulunmaktadır. Bu balonun ağzı, ortası delik bir lastik tıpa ile kapalıdır.Bu deliğe, su buharının cam boruya ulaşmasını sağlayan lastik borunu bir ucu takılıdır. Bu lastik borunun diğer ucu ise cam borunun üzerindeki deliklerden birine takılıdır.  

 

DENEYİN YAPILIŞI:

1-Metal çubuğun Lı boyunu cetvelle ölçtüm.

               Lı = 75,5 cm = 755 mm

2-Mikrometre yardımıyla çubuğun a değerini okuyarak Tablo1’e kaydettim.

3-Daha sonra termometreyle çubuğun ilk sıcaklığını yani T¹’yi okudum ve onuda Tablo1’e kaydettim.

4-Cam balonun hacminin 2/3’üne kadar su doldurup elektrik ocağının üstüne koydum ve ocağı çalıştırdım. Bir süre sonra su kaynamaya başladı ve lastik boru sayesinde su buharı cam boruya iletildi. Böylece cam boru içindeki metal boru ısındı ve sıcaklığı Tı = 80°C’ye ulaştığında mikrometre yardımıyla aı değerini ölçtüm ve bu dğerleri Tablo1’deki yerlerine yazdım. Daha sonra metal çubuğun soğuması için cam boruyla cam balon arasındaki bağlantıyı kestim. Metalin ısıtılması, değerlerinin alınması, metalin soğutulaması ve tabloya kaydı işlemlerini ilkinden başka iki defa daha yaptım.

 

                                                       TABLO 1   

 

ÖLÇÜM

Tı-T¹

 a¹-aı

   α¡

1

2

3

18°C

20°C

20°C

80°C

80°C

80°C

62°C

60°C

60°C

6,43mm

6,47mm

6,67mm

6,57mm

6,50mm

6,95mm

0,14mm

0,03mm

0,28mm

0,0000029  1/°C

0,0000006  1/°C

0,0000061  1/°C

 

 

 

Σα¡=0,0000096 1/°C

 

 

 

Σα¡=0,0000029+0,0000006+0,0000061=0,0000061 1/°C

 

5-Bulduğum toplam α¡’i üçe bölüp ortalama termik uzama katsayısını buldum.

                                  α=0,0000032  1/°C

6-Hesaplanan α’dan  metalin ne olduğuna karar verdim.

7-Bütün ölçümler bittikten sonra metal çubğun soğumasını bekledim ve soğuduktan sonra metalin a¹ değerini tekrar okudum ve bunu ilk a¹ değeri ile karşılaştırdım. En son ölçülen a¹ değeriyle en son ölçülen a¹ değerinin aynı olmadığını gördüm. Buradan da metalde ısının etkisiyle meydanan gelen uzamanın, metal soğuduktan sonra metalin eski  uzunluğuna gelmediğini, bir miktar daha uzuma kalıntısı kaldığını farkettim.

 

SORULARIN CEVAPLARI:

1-Genellikle her katı sıcaklığın etkisiyle boyca uzama, yüzey ve hacimce de genleşme gösterirler.

2-İçinden akım geçen bir tel uzar. Bu uzamada telin atomlarının arasındaki uzaklığın  en çok olduğu zamana kadar sürer.

3-Metal üzerine delikler açıldığında elde ettiğim ölçümler değişmez. Isının etkisiyle metalde sadece boyca uzama değil aynı zaman da yüzey ve hacimce genleşmede olur. Bundan dolayı deliklerde büzülme değil genleşme olur.

4-Bir katı maddenin çekilmesiyle sıcaklığın arttırılmasıyla boyutlarında meydana gelen değişim, maddenin atomlarında aynı etkiyi yaptığını söylemek mümkün değildir.

5-

6-Alüminyum  için;

ΔT=30°C          Lı=80cm=800mm         α=0,000022  1/°C      L=?

L=Lı(1+αΔT)      L=800 (1+0,000022*30)=800,528mm

İlk uzunlukla ısındıktan sonraki uzunluk farkı : 800,528-800=0,528mm

Bakır için;

ΔT=30°C          Lı=80cm=800mm        α=0,000016  1/°C       L=?

L=Lı(1+αΔT)   L=800 (1+0,000016*30)=800,384mm

İlk uzunlukla ısındıktan sonraki uzunluk farkı : 800,384-800=0,384mm