Metallerin Genleşmesi

|

METALLERİN GENLEŞMESİ Demir yolu inşaatları yapılırken rayların arasında aralık bırakılır. Elektrik ve telefon telleri yazın genleşerek sarkar. Kışın ise kalınlaşarak gergin hale gelir. Maddeleri oluşturan tanecikler arasında bir çekim kuvveti vardır. Katılarda bu kuvvetler çok büyük olduğundan, tanecikler sadece titreşim halindedirler. Eğer maddeye ısı enerjisi verilerek sıcaklığı arttırılırsa taneciklerin kinetik enerjileri artar. Bunun sonucunda tanecikler birbirlerinden uzaklaşır ve maddenin boyutları büyür. Madde soğuduğunda ise taneciklerin hareketi yavaşlayacağından tanecikler birbirlerine yaklaşır ve maddenin boyutları küçülür. Kısaca ısıtılan cisimlerin hacimlerinde meydana gelen artışa genleşme denir. Isı veren cisimlerin hacimlerinde meydana gelen küçülmeye de büzülme denir. Metal Çifti Biçimleri aynı olan demir ve alüminyum şeritler üst üste konulup birbirlerine perçinlenerek metal çifti yapılır. Metal çifti, maddelerin genleşme özelliklerinin uygulandığı çok yararlı bir C) metal çifti düz bir biçimdedir. Isıtıldığı°düzenektir. Oda sıcaklığında (20 zaman uzama katsayısı demirinkinden büyük olan alüminyum daha fazla uzar. Bu nedenle alüminyum dışta, demir ise içte kalacak şekilde bükülürler. Metal çifti soğuyarak sıcaklığı ilk değerine düşünce şekli tekrar düzleşir. Metal çifti buz dolabına konulup soğutulursa, uzama katsayısı büyük olan alüminyum daha çok büzülür. Bu nedenle de alüminyum içte kalır. Metal çiftleri metal termometre ve termostat denilen düzeneklerin yapımında kullanılır. 1. Boyca Genleşme Uzunluğu Cdeki ilk boy, l =°l0 olan homojen bir telin boyundaki değişim miktarı; l0 = t1 = Birim uzunlukta lCdeki boyda gelen değişim miktarı. °tDl = DCdeki son boy, °t2 C değiştirildiğinde cismin uzunluğunda oluşan değişme miktarına, o°bir cismin 1 t ileD.ll = l – l0 = l0.DCdir. °cismin boyca genleşme katsayısı denir. Birimi 1/ t = Metalin ısıtılmadan öncekiDcismin boyunda meydana gelen değişim hesaplanır. t ifadesineD.l= ¾l D sıcaklığı ile ısıtıldıktan sonraki sıcaklığının farkıdır. Cdeki boyları aynı ancak genleşme katsayıları°genleşme yüzdesi denir. l0 t farklı iki cismin perçinli halde iken ısıtma ve soğutma sonrası durumları Aynı cins metalden yapılmış, ilk boyları aynı, #şekildeki gibi olur; kalınlıkları farklı olan iki metal çubuk, sıcaklık değişimleri aynı olacak rDşekilde ısıtıldığında son boyları yine aynı olur. Fakat yarıçaplarındaki r yarıçap artışı daDartış miktarları eşit olmaz. İlk yarıçapı daha büyük olanın Aynı cins maddeden yapılmış, ilk boyları aynı, kütleleri farklı #daha büyüktür. olan iki metal çubuğa, ilk sıcaklıkları eşit olmak şartıyla, eşit miktarda ısı verdiğimizde son boyları eşit olmaz. Kütlesi büyük olanın sıcaklık artışı daha Aynı cins maddeden yapılan iki #az olacağından uzama miktarı da az olur. t sıcaklık farkları aynıDmetalin, ilk boyları ve sıcaklıkları aynı olsun. kalacak şekilde, birisini ısıtıp diğerini soğutursak, ısıtılanın boyu artar, l)olur.Dsoğutulanın boyu kısalır. Ancak uzama ve kısama miktarları aynı ( Birbirine perçinlenmiş X ve Y metal çubukları ısıtıldığında ve soğutulduğunda # birbirlerini bırakamadıkları için bükülürler. Örneğin Ynin uzama katsayısı daha X), ısıtıldıklarında Y daha fazla uzar, soğutulduklarında ise YlY lbüyükse ( Cde, yüzeyi S0 olan homojen bir°daha fazla kısalır. 2. Yüzeyce Genleşme t1 S =DC değişirse levhanın son yüzeyinde genleşme miktarı; °tDlevhanın sıcaklığı ya eşittir.l = Yüzeyce genleşme katsayısı olup 2at şeklindedir. D.aS – S0 = S0. Isıtılan cisimlerin molekülleri #S0 = Levhanın genleşmeden önceki ilk yüzeyi. ısıtma sırasında içerden dışarıya, soğutma sırasında da dışardan içeriye doğru Aynı cins metalden yapılmış ilk yüzeyleri ve sıcaklıkları aynı, #hareket eder. kalınlıkları farklı olan iki metale eşit miktarda ısı verildiğinde yüzeyce genleşme miktarları aynı olmaz. Kalınlığı fazla olanın kütlesi de fazla olur. Ortasında #S2 olur. DS1 Dt2 ve Dt1 DDolayısıyla sıcaklık değişimi küçük olur. çeşitli geometrik şekillerde boşluk olan metal levhalar ısıtıldığında, boşlukların da yüzey alanları büyür. Soğuttuğumuzda da küçülür. 3. Hacimce C değiştirilirse cismin°tDGenleşme Hacmi V0 olan homojen bir cismin sıcaklığı olmakla l= 3 bt ile hesaplanır. D.bV = V – V0 = V0.Dhacmindeki değişim miktarı; beraber hacimce genleşme katsayısıdır [Ödev İndir]

2.6.Sıcaklık Ölçüm cihazları:

Termoelemanlar :Çeşitli sıcaklık aralıklarında en çok kullanılan termoeleman teli çeşitleri

olan J tipi (Demir-Constantant), K tipi (Chromel-Alumel) ve T tipi (Batar-Constantant)

termoeleman teli çeşitleri mevcut olup Şekil 1’de gösterilen sıcaklık ölçüm düzeneği

üzerinde bulunan farklı sıcaklık ölçüm noktalarında daldırılmak suretiyle kullanılabilir,

Termoeleman tellerinin kabloları farklı renklerde kodlanmıştır.

J tipi: Sarı ve Mavi

K tipi: Kahverengi ve Mavi

T tipi: Beyaz ve Mavi

Civalı Cam Termometreler: Mevcut olan cıvalı cam termometreler farklı sıcaklık ölçüm

noktalarına 100 mm daldırılabilecek şekilde tasarlanmıştır. –5 ve 105°C arasında ölçüm

yapabilen bu termometre kesinlikle firma daldırılmamalıdır.

Döndürmeli Hygrometre (Nem ölçer): Plastik gövdeli döndürmeli hygrometre 5 ile 50 °C

aralıklarda ölçüm yapabilen 85 mm uzunluğunda skaler göstergeli iki termometreden

oluşmaktadır. Termometrelerin biri yaş termometre sıcaklığının diğeri ise kuru termometre

sıcaklığını ölçmeye yarar. Gövde el ile tutularak gövdeyi döndürmeye yarayan bir kol ile

irtibatlıdır.

Platin Direnç (Rezistans) Termometresi: Çelik koruyucu kılıftan oluşan platin direnç

termometresi Şekil 1’ de gösterilen sıcaklık ölçüm düzeneğinin üzerinde bulunan Newport

204A tıpı direnç termometre/termoeleman ölçüm cihazı ile Ohm olarak okunabilir.

Bimetalik Termometre: Bimetalik sıcaklık göstergesi O ile 400°C arasında sıcaklık ölçüm

değerlerini okumaya imkan sağlayan gösterge ibresine sahip ve Şekil 1’ de gösterilen

sıcaklık ölçüm düzeneğinin üzerinde bulunan çeşitti sıcaklık kontrol noktalarında

kullanılabilir.

3.Sıcaklık Ölçüm Cihazlarının Teorisi.

3.1 Termocouple: Termocouple iki farklı metal alaşımın uçlarının kaynaklanması

(birleştirilmesi) ile oluşturulan basit bir sıcaklık ölçü elemanıdır. Kaynak noktası sıcak

nokta, diğer açık iki uç ise soğuk nokta (referans nokta) olarak anılır Termocouple olayı

sıcak nokta ile soğuk nokta arasındaki sıcaklık farkından doğar. Bu sıcaklık farkıyla

orantılı,soğuk nokta uçlarında mV mertebesinde gerilim üretilir. Termocouple sıcak noktası

Page 3

Yusuf MANSUROĞLU

3

ve soğuk noktası arasındaki sıcaklık dağılımı nasıl olursa olsun üretilen gerilim,sıcak ile

soğuk nokta arasıdaki sıcaklık farkıyla orantılıdır. Dolayısıyla soğuk noktanın sıcaklığı

önemlidir. Sıcak nokta aynı kalmak kaydı ile soğuk nokta sıcaklığı değiştiği taktirde farklı

sıcaklıklar okunacaktır. Bu sebeple termocouple mV tablolarındaki değerlerde

standardizasyon sağlamak için ölçülen sıcaklık karşılığı mV değerleri soğuk noktanın

0

o

C’de tutulması ile elde edilmiştir. Soğuk nokta yani referans ucun 0°C de tutulması ile

üretilen gerilim ile sıcaklık arasında aşağıdaki ilişki geçerlidir.

Log E = ALogt + B

Burada

E=Emk ( mikrovolt)

T=Sıcaklık (

O

C)

A,B= Kullanılan termocouple tel malzemesinin biçimine bağlı katsayılar

Soğuk nokta sıcaklığı 0

o

C’den farklı ise teorik olarak ispatlanabilen aşağıdaki bağıntı

geçerlidir.

LogE A(t

1

-t

2

) + B(t

12

– t

22

)

Burada t

1

= Sıcak uç sıcaklığı (

0

C)

t

2

=Soğuk (Referans) uç sıcaklığı (

0

C)

Sabit değerler iki farklı bilinen sıcaklık aralıkları için üretilen gerilim değerlerinin

ölçülmesi ile elde edilecek iki bilinmeyenli iki denklemin çözümü ile bulunabilir. Mesela A

ve B değerleri bakır-constantant çifti için A=1.14, B=1.36’dır.

Yukarıda açıklandığı gibi ölçü ucunu sıcaklığı ölçülecek ortama koyarak ve referans

ucunu bilinen bir sabit sıcaklıkta tutarak ölçülebilecek bir gerilim üretilebilir. Buradaki

problem referans ucu sıcaklığını sabit tutmaktır. Laboratuar ölçmelerinde ergimekte olan

buz kullanılır. Endüstride ise T2 sıcaklığı bir kere seçilir ve bu sıcaklıktaki değişmeler

termoeleman devresine elektriksel ilaveler yapılarak giderilir.

Termocouple’lardan beklenen özellikler

1. Mümkün olduğu kadar büyük emk değerine sahip olmalıdır.

2. Kalibrasyonunun kolay olması ve kalibrasyon eğrisinin zamanla değişmemesi gerekir.

3. Korozyona ve oksidasyona dayanıklı olması gerekir.

4. Termoelektrik kuvvetinin sıcaklıkla mümkünse lineer değişmesi.

3.2 Elektriksel Direnç Termometresi: Sıcaklı ölçümlerinde tercouplardan sonra

bulunmuş ve kullanılmaya başlanmış olan direnç termometreler endüstride laboratuarlarda

çok yaygın olarak kullanılmaktadır. Özellikle hassas ölçüm alınmak istenen düşük

sıcaklılarda tercih edilirler. Direnç termometresinde esas olarak sıcaklıkla elektriksel

direncin değişiminden yararlanılır. Teller uzun miktarlarda bir ölçüm ucuna bobin şeklinde

sarılırlar. Sarımlı direnç sıcaklığı ölçülmek istenen ortama daldırılır, üzerinden sabit akım

geçirilir. Sıcaklığın değişmesi ile sarımlı direncin direnç değeri değişir ve üzerinden geçen

sabit akımla değişen bir gerilim elde edilir. Termocouple kadar hassas olmasa bile çok

dayanıklıdırlar, çok hızlı zamana bağlı ölçmeler için ince film şeklinde oluşturulmuş direnç

elemanları kullanılabilir.

Şekil 1 de gösterilen sıcaklık ölçüm düzeneğinin üzerinde platin direnç termometresinin

sıcaklık elektriksel direnç değerinin değişimi Ohm olarak direkt okuma imkanı sağlayan

bir dijital göstergeli ölçü cihazı mevcuttur. Direnç termometrenin sıcaklık değişim faktörü

standart olarak seçilen 100°C’ deki direnç değeri ile 0°C’ deki direnç değerinin farkının

Page 4

Yusuf MANSUROĞLU

4

1OO.Ro’a bölünmesi ile elde edilir.

R100= 100

o

C deki direnç değeri

Standartlarda en çok kullanılan Pt-100 ve Nî-100 gibi rezistans termometrelerin

0

o

C’deki direnç değeri standart 100 Ohm’ dur.

3.3.Bi-Metal Termometre: Genleşme katsayıları birbirinde:, farklı iki metal band üst üste

tespit edilirse, başlangıçta düzlemsel vaziyette bulunan bu sistem (atıldığı zaman yani

sıcaklığın artmasıyla düzlemsel halinden ayrılır. Bi-metal band adı verilen bu sistemin

düzlemsel durumdan ayrılması ocaklıkla orantılıdır. Bi-Metal bandı teşkil eden metallerin

genleşme katsayıları birbirinden ne kadar farklı ise ayrılma derecesi o kadar fazla olur.

Genleşme katsayısı küçük olan metal, içeriye gelecek şekilde helisel olarak sarılmış

ve bir ucundan sabit bir noktaya tespit edilmiş bulunan bi-metal band ısındığı zaman

serbest ucu helisin ekseni etrafında hareket eder. Bu uca bağlanmış bir göstergenin

konumu sıcaklık için bir ölçek olarak kullanılır.

3.4.Sıvı Genleşmeli Termometre : En basit ve en çok kullanılan termometrelerden

biriside camlı-civalı termometredir. Termometre, içi civa veya başka bir sıvı ile doldurulmuş

bulunan bir hazne ve bu hazneyle irtibatlandırılmı bulunan bir kapiller borudan ibarettir.

Kapiller borunun üst ucu kapatılmış ve içerisi civanın buharlaşmasına mani olmak için

basınç allında azot gazı ile doldurulmuştur. Hazne, sıcaklığı ölçülecek ortama daldırılır.

Sıcaklığın tesiriyle haznedeki civa genişler ve kapiller boruda yükselir. Civanın kapiller

borudaki yükselme miktarı sıcaklık için bir ölçektir. Bütün sistem donma ve kaynama

noktalan arasında doldurulabilecek maksimum sıvı ile doldurulmuştur. Sıvıda aranılan

özelik büyük bir hacimsel genleşme katsayısına sahip olmasıdır. Buhar basıncı

etkilerinden kurtulmak için yüksek basınçlarda sıvı ile doldurulur.

Previous

Tarih Testi

Modern Kimyanın Doğuşu

Next

Yorum yapın