Термічне розширення, коефіцієнт, типи та вправи



The термічне розширення є збільшення або зміна різних метричних розмірів (таких як довжина або обсяг), що зазнають тіло або фізичний об'єкт. Цей процес відбувається за рахунок збільшення температури навколо матеріалу. У разі лінійної дилатації такі зміни відбуваються в одному вимірі.

Коефіцієнт цієї дилатації може бути виміряний шляхом порівняння величини кількості до і після процесу. Деякі матеріали зазнають протилежного термічного розширення; тобто стає "негативним". Ця концепція передбачає, що деякі матеріали контрактують при впливі певних температур.  

Що стосується твердих тіл, то для опису його розширення використовується коефіцієнт лінійного розширення. З іншого боку, об'ємний коефіцієнт розширення використовується для рідин для виконання розрахунків.

У випадку кристалізованих твердих речовин, якщо він ізометричний, розширення буде загальним для всіх розмірів кристала. Якщо він не є ізометричним, то уздовж кристала можуть бути знайдені різні коефіцієнти розширення, що змінюватиме його розмір при зміні температури.

Індекс

  • 1 Коефіцієнт теплового розширення
  • 2 Негативний термічний розширення
  • 3 типи
    • 3.1 Лінійне розширення
    • 3.2 Об'ємна дилатація
    • 3.3 Розширення поверхні або області
  • 4 Приклади
    • 4.1 Перша вправа (лінійна дилатація)
    • 4.2 Друга вправа (поверхнева дилатація)
  • 5 Чому відбувається розширення??
  • 6 Посилання

Коефіцієнт теплового розширення

Коефіцієнт теплового розширення (Y) визначається як радіус зміни, за допомогою якого матеріал проходить через зміну його температури. Цей коефіцієнт представлений символом α для твердих речовин і β для рідин і керується Міжнародною системою одиниць.

Коефіцієнти теплового розширення змінюються, коли мова йде про тверде, рідке або газове. Кожна з них має іншу особливість.

Наприклад, розширення твердого тіла можна побачити по довжині. Об'ємний коефіцієнт є одним з найосновніших щодо рідин і зміни помітні у всіх напрямках; цей коефіцієнт також використовується при розрахунку розширення газу.

Негативний термічний розширення

Негативне термічне розширення відбувається в деяких матеріалах, що замість збільшення їх розмірів при високих температурах скорочується через низькі температури.

Цей тип теплового розширення зазвичай спостерігається у відкритих системах, де спостерігаються спрямовані взаємодії (як у випадку льоду або комплексних сполук), так і у випадку деяких цеолітів, Cu2O та інших..

Крім того, деякі дослідження показали, що негативне теплове розширення також відбувається в однокомпонентних ґратах у компактній формі і з центральною силовою взаємодією.

Яскравий приклад негативного теплового розширення можна побачити при додаванні льоду на склянку води. У цьому випадку висока температура рідини на льоду не викликає ніякого збільшення розмірів, а швидше зменшує розміри такої.

Типи

При розрахунку розширення фізичного об'єкта необхідно враховувати, що в залежності від зміни температури зазначений об'єкт може збільшуватися або скорочуватися до його розміру.

Деякі об'єкти не вимагають різкого зміни температури, щоб змінити їх розмір, тому ймовірно, що значення, що викидається розрахунками, є середнім.

Як і всі процеси, термічне розширення ділиться на кілька типів, які пояснюють кожне явище окремо. У випадку твердих тіл, типи теплового розширення є лінійними розширеннями, об'ємним розширенням і розширенням поверхні.

Лінійна дилатація

У лінійній дилатації переважає одна варіація. У цьому випадку єдиною одиницею, що зазнає змін, є висота або ширина об'єкта.

Простим способом розрахунку цього типу розширення є порівняння величини кількості перед зміною температури зі значенням кількості після зміни температури.

Об'ємна дилатація

У разі об'ємного розширення, спосіб розрахунку полягає в порівнянні об'єму рідини перед зміною температури з об'ємом рідини після зміни температури. Формула для розрахунку:

Розширення поверхні або області

У разі поверхневого розширення спостерігається збільшення площі тіла або об'єкта, коли відбувається зміна його температури на 1 ° С.

Це розширення діє на тверді речовини. Якщо у вас також є лінійний коефіцієнт, можна побачити, що розмір об'єкта буде вдвічі більшим. Формула для розрахунку:

Af = A0 [1 + YA (Tf - T0)]

У цьому виразі:

γ = коефіцієнт розширення площі [° C-1]

A0 = Початкова площа

Af = Остаточна площа

T0 = Початкова температура.

Tf = Кінцева температура

Різниця між розширенням області і лінійною дилатацією полягає в тому, що в першому відбувається зміна збільшення площі об'єкта, а в другому - зміна однієї одиниці (так як вона може бути довжиною або ширина фізичного об'єкта).

Приклади

Перша вправа (лінійна дилатація)

Рейки, що складають трасу поїзда, побудованого зі сталі, мають довжину 1500 м. Якою буде довжина в той час, коли температура йде від 24 до 45 ° C?

Рішення

Дані:

L0 (початкова довжина) = 1500 м

Lf (остаточна довжина) = ?

T (початкова температура) = 24 ° C

Tf (кінцева температура) = 45 ° С

α (лінійний коефіцієнт розширення, відповідний сталі) = 11 х 10-6 ° C-1

Дані замінюються наступною формулою:

Проте спочатку треба знати значення температурного різниці, щоб включити ці дані в рівняння. Щоб отримати цей диференціал, необхідно відняти найвищу температуру від найнижчої.

Δt = 45 ° С - 24 ° С = 21 ° С

Як тільки ця інформація відома, можна використовувати попередню формулу:

Lf = 1500 м (1 + 21 ° С, 11 х 10-6 ° C-1)

Lf = 1500 м (1 + 2,31 х 10)-4)

Lf = 1500 м (1000231)

Lf = 1500,3465 мкм

Друга вправа (поверхнева дилатація)

У середній школі продаж скла має площу 1,4 м ^ 2, якщо температура знаходиться при 21 ° С. Якою буде ваша остання площа при підвищенні температури до 35 ° C?

Рішення

Af = A0 [1 + (Tf - T0)]

Af = 1,4 м2 [1] 204,4 х 10-6]

Af = 1,4 м2 . 10002044

Af = 1,40028616 м2

Чому відбувається розширення?

Всім відомо, що весь матеріал складається з різних субатомних частинок. Змінюючи температуру, або підвищуючи, або нижче, ці атоми починають процес руху, який може змінити форму об'єкта.

Коли температура підвищується, молекули починають швидко рухатися внаслідок збільшення кінетичної енергії і, отже, форма або об'єм об'єкта збільшуватиметься.

У випадку негативних температур відбувається зворотне, в цьому випадку об'єм об'єкта зазвичай стискається низькими температурами.

Список літератури

  1. Лінійне, поверхневе та об'ємне розширення - вправи. Вирішено відновлено 8 травня 2018 року з Fisimat: fisimat.com.mx
  2. Поверхневе розширення - вправи вирішені. Отримано 8 травня 2018 р. З Fisimat: fisimat.com.mx
  3. Термічне розширення. Отримано 8 травня 2018 року з Encyclopædia Britannica: britannica.com
  4. Термічне розширення. Отримано 8 травня 2018 р. З Hyper Physics Concepts: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
  5. Термічне розширення. Отримано 8 травня 2018 року з Lumen Learning: courses.lumenlearning.com
  6. Термічне розширення. Отримано 8 травня 2018 року з The Physics Hypertextbook: physics.info
  7. Термічне розширення. Отримано 8 травня 2018 року з Вікіпедії: en.wikipedia.org.