Plik rozszerzalność cieplna Jest to wzrost lub zmiana różnych wymiarów metrycznych (takich jak długość lub objętość), którym podlega fizyczne ciało lub obiekt. Proces ten zachodzi na skutek wzrostu temperatury otaczającej materiał. W przypadku dylatacji liniowej zmiany te zachodzą w jednym wymiarze.
Współczynnik tego rozszerzania można zmierzyć porównując wartość wielkości przed i po procesie. W przypadku niektórych materiałów rozszerzalność cieplna jest odwrotna; to znaczy, staje się „negatywna”. Koncepcja ta zakłada, że niektóre materiały kurczą się pod wpływem pewnych temperatur.
W przypadku ciał stałych do opisu ich rozszerzalności stosowany jest współczynnik rozszerzalności liniowej. Z drugiej strony w przypadku cieczy do obliczeń stosuje się współczynnik rozszerzalności objętościowej..
W przypadku skrystalizowanych ciał stałych, jeśli jest to izometryczne, ekspansja będzie ogólna we wszystkich wymiarach kryształu. Jeśli nie jest izometryczny, w całym szkle można znaleźć różne współczynniki rozszerzalności, które zmieniają się wraz ze zmianą temperatury..
Indeks artykułów
Współczynnik rozszerzalności cieplnej (Y) definiuje się jako promień zmiany, przez który przeszedł materiał w wyniku zmiany jego temperatury. Współczynnik ten jest reprezentowany przez symbol α dla ciał stałych i β dla cieczy i jest kierowany przez Międzynarodowy Układ Jednostek.
Współczynniki rozszerzalności cieplnej są różne, jeśli chodzi o ciało stałe, ciecz lub gaz. Każdy ma inną specyfikę.
Na przykład ekspansję bryły można zobaczyć na całej długości. Współczynnik objętościowy jest jednym z najbardziej podstawowych pod względem płynów, a zmiany są zauważalne we wszystkich kierunkach; współczynnik ten jest również używany przy obliczaniu rozszerzalności gazu.
Ujemna rozszerzalność cieplna występuje w niektórych materiałach, które zamiast powiększać się pod wpływem wysokich temperatur, kurczą się pod wpływem niskich temperatur.
Ten rodzaj rozszerzalności cieplnej jest zwykle obserwowany w układach otwartych, w których obserwuje się oddziaływania kierunkowe - jak ma to miejsce w przypadku lodu - lub w związkach złożonych - tak jak ma to miejsce w przypadku niektórych zeolitów, między innymi Cu2O..
Podobnie, niektóre badania wykazały, że ujemna rozszerzalność cieplna występuje również w sieciach jednoskładnikowych w zwartej formie i przy centralnym oddziaływaniu sił.
Wyraźny przykład ujemnej rozszerzalności cieplnej można zobaczyć, gdy dodamy lód do szklanki wody. W tym przypadku wysoka temperatura cieczy na lodzie nie powoduje żadnego wzrostu wielkości, a raczej zmniejsza rozmiar lodu..
Przy obliczaniu rozszerzalności obiektu fizycznego należy wziąć pod uwagę, że w zależności od zmiany temperatury obiekt ten może się zwiększać lub zmniejszać..
Niektóre obiekty nie wymagają drastycznej zmiany temperatury, aby zmienić swój rozmiar, więc jest prawdopodobne, że wartość zwracana przez obliczenia jest średnia.
Jak każdy proces, rozszerzalność cieplna jest podzielona na kilka typów, które wyjaśniają każde zjawisko z osobna. W przypadku ciał stałych rodzaje rozszerzalności cieplnej to rozszerzalność liniowa, rozszerzalność objętościowa i rozszerzalność powierzchniowa.
W dylatacji liniowej dominuje pojedyncza zmiana. W tym przypadku jedyną jednostką, która ulega zmianie, jest wysokość lub szerokość obiektu.
Łatwym sposobem obliczenia tego typu dylatacji jest porównanie wartości wielkości przed zmianą temperatury z wartością wielkości po zmianie temperatury..
W przypadku rozszerzalności objętościowej sposób jej obliczenia polega na porównaniu objętości płynu przed zmianą temperatury z objętością płynu po zmianie temperatury. Wzór do obliczenia tego jest następujący:
W przypadku poszerzenia powierzchownego obserwuje się zwiększenie powierzchni ciała lub przedmiotu na skutek zmiany jego temperatury o 1 ° C.
To rozszerzenie działa dla brył. Jeśli masz również współczynnik liniowy, możesz zobaczyć, że rozmiar obiektu będzie 2 razy większy. Wzór do obliczenia tego jest następujący:
DOfa = A0 [1 + YA (Tfa - T0)]
W tym wyrażeniu:
γ = współczynnik rozszerzalności powierzchni [° C-1]
DO0 = Powierzchnia początkowa
DOfa = Obszar końcowy
T0 = Temperatura początkowa.
Tfa = Temperatura końcowa
Różnica między rozszerzeniem powierzchni a rozszerzeniem liniowym polega na tym, że w pierwszej z nich widać wzrost zmiany powierzchni obiektu, aw drugiej zmiana dotyczy pojedynczej jednostki miary (takiej jak długość lub szerokość fizycznego obiekt).
Szyny tworzące tor pociągu o konstrukcji stalowej mają długość 1500 m. Jaka będzie długość geograficzna, gdy temperatura wzrośnie z 24 do 45 ° C?
Dane:
Lο (długość początkowa) = 1500 m
Lfa (długość końcowa) = ?
Tο (temperatura początkowa) = 24 ° C
Tfa (temperatura końcowa) = 45 ° C
α (współczynnik rozszerzalności liniowej odpowiadający stali) = 11 x 10-6 ° C-1
Dane są podstawiane w następującym wzorze:
Jednak musisz najpierw poznać wartość różnicy temperatur, aby uwzględnić te dane w równaniu. Aby osiągnąć tę różnicę, najwyższą temperaturę należy odjąć od najniższej.
Δt = 45 ° C - 24 ° C = 21 ° C
Gdy te informacje są znane, można użyć poprzedniej formuły:
Lf = 1500 m (1 + 21 ° C. 11 x 10-6 ° C-1)
Lf = 1500 m (1 + 2,31 x 10-4)
Lf = 1500 m (1000231)
Lf = 1500,3465 m
W liceum sklep ze szkłem ma powierzchnię 1,4 m ^ 2, jeśli temperatura wynosi 21 ° C. Jaki będzie jego ostateczny obszar, gdy temperatura wzrośnie do 35 ° C?
Af = A0 [1 + (Tf - T0)]
Af = 1,4 mdwa [1] 204,4 x 10-6]
Af = 1,4 mdwa . 1,0002044
Af = 1,40028616 mdwa
Wszyscy wiedzą, że cały materiał składa się z różnych cząstek subatomowych. Zmieniając temperaturę, podnosząc ją lub obniżając, atomy te rozpoczynają proces ruchu, który może modyfikować kształt obiektu..
Gdy temperatura wzrośnie, cząsteczki zaczną szybko się poruszać z powodu wzrostu energii kinetycznej, a zatem kształt lub objętość obiektu wzrośnie..
W przypadku temperatur ujemnych dzieje się odwrotnie, w tym przypadku objętość obiektu ma tendencję do kurczenia się z powodu niskich temperatur..
Jeszcze bez komentarzy