TERMISKĀ DILATĀCIJA: KOEFICIENTS, VEIDI UN VINGRINĀJUMI - FIZISKĀ - 2025

Termiskās izplešanās tiek palielināts vai izmaiņas dažādu metriskās rādītājiem (piemēram, garumu un apjomu), kas notiek ar fizisko objektu vai ķermeni. Šis process notiek sakarā ar temperatūras paaugstināšanos, kas ieskauj materiālu. Lineāras dilatācijas gadījumā šīs izmaiņas notiek tikai vienā dimensijā.

Šīs izplešanās koeficientu var izmērīt, salīdzinot lieluma vērtību pirms un pēc procesa. Daži materiāli cieš tieši pretēji siltumizolācijai; tas ir, tas kļūst "negatīvs". Šī koncepcija ierosina dažiem materiāliem sarauties, tos pakļaujot noteiktai temperatūrai.

Termiskā izplešanās ūdenī

Cietām vielām to izplešanās raksturošanai izmanto lineāru izplešanās koeficientu. No otras puses, šķidrumiem aprēķinu veikšanai tiek izmantots tilpuma izplešanās koeficients.

Kristalizētu cieto vielu gadījumā, ja tā ir izometriska, izplešanās būs vispārīga visās kristāla dimensijās. Ja tas nav izometrisks, visā stiklā var atrast dažādus izplešanās koeficientus, un, mainoties temperatūrai, tas mainīs tā lielumu.

Termiskās dilatācijas koeficients

Siltumizolācijas koeficientu (Y) definē kā izmaiņu rādiusu, caur kuru materiāls iziet cauri, mainoties tā temperatūrai. Šo koeficientu attēlo simbols α cietām vielām un β šķidrumiem, un to vada Starptautiskā mērvienību sistēma.

Termiskās izplešanās koeficienti mainās, ja runa ir par cietu, šķidru vai gāzi. Katram no tiem ir atšķirīga īpatnība.

Piemēram, cietās vielas dilatācija ir redzama visā garumā. Tilpuma koeficients ir viens no elementārākajiem šķidrumu izteiksmē, un izmaiņas ir ievērojamas visos virzienos; Šis koeficients tiek izmantots arī, aprēķinot gāzes izplešanos.

Negatīva termiskā izplešanās

Negatīva termiskā izplešanās notiek dažos materiālos, kas, tā vietā, lai palielinātu izmēru ar augstu temperatūru, samazinās zemas temperatūras dēļ.

Šis termiskās izplešanās veids parasti tiek novērots atklātās sistēmās, kur tiek novērota virziena mijiedarbība - ledus gadījumā vai kompleksos savienojumos - kā tas notiek ar dažiem ceolītiem, Cu2O, cita starpā.

Tāpat daži pētījumi parādīja, ka negatīva termiskā izplešanās notiek arī vienkomponentu režģos kompaktā formā un ar centrālā spēka mijiedarbību.

Skaidrs negatīvas termiskās izplešanās piemērs ir redzams, kad ūdens glāzei pievienojam ledu. Šajā gadījumā augsta šķidruma temperatūra uz ledus neizraisa lieluma palielināšanos, bet drīzāk tiek samazināts ledus lielums.

Veidi

Aprēķinot fiziska objekta izplešanos, jāņem vērā, ka atkarībā no temperatūras izmaiņām minētais objekts var palielināties vai samazināties.

Dažiem objektiem nav vajadzīgas krasas temperatūras izmaiņas, lai mainītu to lielumu, tāpēc ir iespējams, ka aprēķinu atgrieztās vērtības ir vidējas.

Tāpat kā jebkurš process, termiskā izplešanās ir sadalīta vairākos veidos, kas izskaidro katru parādību atsevišķi. Cietvielu gadījumā termiskās izplešanās veidi ir lineārā izplešanās, tilpuma izplešanās un virsmas izplešanās.

Lineārā dilatācija

Lineārā dilatācijā dominē viena variācija. Šajā gadījumā vienīgā vienība, kurā notiek izmaiņas, ir objekta augstums vai platums.

Vienkāršs veids, kā aprēķināt šāda veida dilatāciju, ir lieluma vērtības pirms temperatūras izmaiņām salīdzināšana ar magnitūdas vērtību pēc temperatūras izmaiņām.

Tilpuma dilatācija

Tilpuma izplešanās gadījumā to aprēķina, salīdzinot šķidruma tilpumu pirms temperatūras maiņas ar šķidruma tilpumu pēc temperatūras izmaiņām. Tā aprēķināšanas formula ir:

Virsmas vai laukuma dilatācija

Virsmas izplešanās gadījumā ķermeņa vai priekšmeta laukums palielinās, jo mainās tā temperatūra 1 ° C temperatūrā.

Šī izplešanās darbojas cietām vielām. Ja jums ir arī lineārais koeficients, jūs varat redzēt, ka objekta izmērs būs 2 reizes lielāks. Tā aprēķināšanas formula ir:

A _f = A ₀

Šajā izteicienā:

γ = laukuma paplašināšanās koeficients

A ₀ = sākotnējais laukums

A _f = galīgais laukums

T ₀ = sākotnējā temperatūra.

T _f = beigu temperatūra

Atšķirība starp laukuma dilatāciju un lineāro dilatāciju ir tāda, ka pirmajā redzat palielinātas izmaiņas objekta platībā, bet otrajā - vienas vienības lieluma izmaiņas (piemēram, garums vai fiziskā objekta platums).

Piemēri

Pirmais vingrinājums (lineārā dilatācija)

Sliežu, kas veido no tērauda izgatavota vilciena sliežu ceļu, ir 1500 m garas. Kāds būs garums, kad temperatūra būs no 24 līdz 45 ° C?

Risinājums

Dati:

Lο (sākotnējais garums) = 1500 m

L _f (galīgais garums) =?

Tο (sākotnējā temperatūra) = 24 ° C

T _f (final temperatūra) = 45 ° C

α (tēraudam lineārās izplešanās koeficients) = 11 x 10 ^-6 ° C ^-1

Dati tiek aizstāti ar šādu formulu:

Tomēr vispirms jāzina temperatūras starpības vērtība, lai šos datus iekļautu vienādojumā. Lai sasniegtu šo starpību, no zemākās ir jāatskaita augstākā temperatūra.

Δt = 45 ° C - 24 ° C = 21 ° C

Kad šī informācija ir zināma, ir iespējams izmantot iepriekšējo formulu:

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

Otrais vingrinājums (virspusēja dilatācija)

Vidusskolā stikla veikala platība ir 1,4 m ^ 2, ja temperatūra ir 21 ° C. Kāds būs tā galīgais laukums, temperatūrai paaugstinoties līdz 35 ° C?

Risinājums

Af = A0

Af = 1,4 m ² 204,4 x 10 ^-6 ]

Af = 1,4 m ² . 1 0002044

Af = 1,40028616 m ²

Kāpēc notiek dilatācija?

Visi zina, ka visu materiālu veido dažādas subatomiskas daļiņas. Mainot temperatūru, to paaugstinot vai pazeminot, šie atomi sāk kustības procesu, kas var mainīt objekta formu.

Paaugstinot temperatūru, molekulas sāk strauji kustēties kinētiskās enerģijas palielināšanās dēļ, un tādējādi objekta forma vai tilpums palielināsies.

Negatīvas temperatūras gadījumā notiek pretēji, šajā gadījumā zemas temperatūras dēļ objekta tilpumam ir tendence samazināties.

Atsauces

1. Lineārā, virspusējā un apjomīgā dilatācija - vingrinājumi. Atrisināts Atjaunots 2018. gada 8. maijā no Fisimat: fisimat.com.mx
2. Virspusēja dilatācija - atrisināti vingrinājumi. Saņemts 2018. gada 8. maijā no vietnes Fisimat: fisimat.com.mx
3. Termiska izplešanās. Saņemts 2018. gada 8. maijā no Encyclopædia Britannica: britannica.com
4. Termiska izplešanās. Saņemts 2018. gada 8. maijā no hiperfizikas jēdzieniem: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
5. Termiska izplešanās. Saņemts 2018. gada 8. maijā no vietnes Lumen Learning: kursi.lumenlearning.com
6. Termiska izplešanās. Saņemts 2018. gada 8. maijā no The Physics Hypertextbook: fizika.info
7. Termiska izplešanās. Saņemts 2018. gada 8. maijā no Wikipedia: en.wikipedia.org.