ТЕРМИЧНА ДИЛАТАЦИЯ: КОЕФИЦИЕНТ, ВИДОВЕ И УПРАЖНЕНИЯ - ФИЗИЧЕСКИ - 2024

На термично разширение се увеличава или вариант на различни метрични размери (например дължина или обем), който претърпява физически обект или орган. Този процес се случва поради повишаването на температурата около материала. В случай на линейна дилатация, тези промени настъпват само в едно измерение.

Коефициентът на това разширение може да бъде измерен чрез сравняване на стойността на величината преди и след процеса. Някои материали търпят обратното на топлинно разширение; тоест става „отрицателен“. Тази концепция предлага някои материали да се свият, когато са изложени на определени температури.

Термично разширение във вода

За твърдите вещества се използва линеен коефициент на разширение за описание на тяхното разширение. От друга страна, за течности се използва обемни коефициенти на разширение за извършване на изчисленията.

В случай на кристализирани твърди частици, ако е изометрично, разширението ще бъде общо във всички измерения на кристала. Ако тя не е изометрична, в цялата чаша могат да се намерят различни коефициенти на разширение и тя ще промени размера си при промяна на температурата.

Коефициент на термична дилатация

Коефициентът на топлинно разширение (Y) се определя като радиус на промяна, през който преминава материал поради промяната на неговата температура. Този коефициент е представен от символа α за твърди вещества и β за течности и се ръководи от Международната система от единици.

Коефициентите на топлинно разширение варират, когато става дума за твърдо вещество, течност или газ. Всеки от тях има различна особеност.

Например, разширяването на твърдо вещество може да се види по дължина. Обемният коефициент е един от най-основните по отношение на течностите и промените са забележими във всички посоки; Този коефициент се използва и при изчисляване на разширяването на газ.

Отрицателно термично разширение

Отрицателното термично разширение възниква при някои материали, които вместо да увеличават размера си с високи температури, се свиват поради ниски температури.

Този тип топлинно разширение обикновено се наблюдава в отворени системи, където се наблюдават насочени взаимодействия - в случай на лед - или в сложни съединения - както се случва с някои зеолити, Cu2O, наред с други.

По същия начин някои изследвания показват, че отрицателното топлинно разширение се среща и в еднокомпонентни решетки в компактна форма и с взаимодействие с централна сила.

Ясен пример за отрицателно термично разширение може да се види, когато добавим лед към чаша вода. В този случай високата температура на течността върху леда не води до увеличаване на размера, а по-скоро размерът на леда се намалява.

Видове

Когато се изчислява разширяването на физически обект, трябва да се вземе предвид, че в зависимост от промяната на температурата, обектът може да се увеличи или свие по размер.

Някои обекти не се нуждаят от драстична промяна в температурата, за да променят размера си, така че е вероятно стойността, върната чрез изчисленията, да е средна.

Както всеки процес, термичното разширение е разделено на няколко вида, които обясняват всеки феномен поотделно. В случая на твърди вещества, видовете топлинно разширение са линейно разширение, обемно разширение и повърхностно разширение.

Линейна дилатация

При линейна дилатация преобладава една вариация. В този случай единствената единица, която претърпява промяна, е височината или ширината на обекта.

Лесен начин за изчисляване на този тип дилатация е чрез сравняване на стойността на величината преди изменението на температурата със стойността на величината след промяна на температурата.

Обемна дилатация

В случай на обемно разширение начинът за изчисляването му е чрез сравняване на обема на течността преди промяна на температурата с обема на течността след смяната на температурата. Формулата за изчисляването му е:

Разширяване на повърхността или площта

В случай на повърхностна дилатация се наблюдава увеличение на площта на тяло или предмет поради промяна на температурата му на 1 ° С.

Това разширение работи за твърди вещества. Ако имаме и линеен коефициент, можем да видим, че размерът на обекта ще бъде 2 пъти по-голям. Формулата за изчисляването му е:

A _f = A ₀

В този израз:

γ = коефициент на разширяване на площта

A ₀ = Начална площ

A _f = Крайна площ

T ₀ = Начална температура.

T _f = Крайна температура

Разликата между разширяването на площта и линейното разширение е, че в първия виждате промяна на увеличението на площта на обекта, а във втората промяната е на единична мярка (като дължината или ширина на физическия обект).

Примери

Първо упражнение (линейна дилатация)

Релсите, които съставят коловоза на влак от стомана, са с дължина 1500 m. Каква ще бъде дължината, когато температурата отиде от 24 до 45 ° C?

Решение

Данни:

Lο (начална дължина) = 1500 m

L _f (крайна дължина) =?

Tο (начална температура) = 24 ° C

Т _е (крайна температура) = 45 ° С

α (коефициент на линейно разширение, съответстващ на стоманата) = 11 x 10 ^-6 ° C ^-1

Данните се заместват в следната формула:

Въпреки това, първо трябва да знаете стойността на температурния диференциал, за да включите тези данни в уравнението. За да се постигне този диференциал, най-високата температура трябва да бъде извадена от най-ниската.

Δt = 45 ° C - 24 ° C = 21 ° C

След като тази информация е известна, е възможно да се използва предишната формула:

Lf = 1500 m (1 + 21 ° C. 11 x 10 ^-6 ° C ^-1)

Lf = 1500 m (1 + 2,31 x 10 ^-4)

Lf = 1500 m (1,000231)

Lf = 1500,3465 m

Второ упражнение (повърхностно разширение)

В една гимназия магазин за стъкло има площ от 1.4 m ^ 2, ако температурата е 21 ° C. Каква ще бъде крайната му площ, когато температурата се повиши до 35 ° C?

Решение

Af = A0

Af = 1,4 m ² 204,4 x 10 ^-6]

Af = 1,4 m ². 1,0002044

Af = 1.40028616 м ²

Защо се случва дилатация?

Всеки знае, че целият материал е изграден от различни субатомни частици. Променяйки температурата, или повишавайки я, или намалявайки я, тези атоми започват процес на движение, който може да промени формата на обекта.

Когато температурата се повиши, молекулите започват да се движат бързо поради увеличаването на кинетичната енергия и по този начин формата или обемът на обекта ще се увеличават.

В случай на отрицателни температури се случва точно обратното, в този случай обемът на обекта има тенденция да се свива поради ниски температури.

Препратки

1. Линейно, повърхностно и обемно разширение - упражнения. Решен Възстановен на 8 май 2018 г. от Fisimat: fisimat.com.mx
2. Повърхностно разширение - решени упражнения. Произведено на 8 май 2018 г. от Fisimat: fisimat.com.mx
3. Термично разширение. Произведено на 8 май 2018 г. от Encyclopædia Britannica: britannica.com
4. Термично разширение. Произведено на 8 май 2018 г. от Hyper Physics Concepts: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
5. Термично разширение. Произведено на 8 май 2018 г. от Lumen Learning: course.lumenlearning.com
6. Термично разширение. Произведено на 8 май 2018 г. от Hypertextbook The Physics: physics.info
7. Термично разширение. Произведено на 8 май 2018 г. от Wikipedia: en.wikipedia.org.