Термично дилатиране, коефициент, типове и упражнения



на термично разширение е увеличаването или изменението на различни метрични размери (като дължина или обем), претърпени от тяло или физически обект. Този процес се дължи на повишаването на температурата около материала. В случай на линейна дилатация, такива промени се случват в едно измерение.

Коефициентът на тази дилатация може да бъде измерен чрез сравняване на стойността на количеството преди и след процеса. Някои материали страдат от противоположно на термичното разширение; това означава, че става "отрицателно". Тази концепция предлага някои материали да се сключват, когато са изложени на определени температури.  

Що се отнася до твърдите вещества, за описване на разширяването му се използва линеен коефициент на разширение. От друга страна, за извършване на изчисленията се използва обемна стойност на коефициента на разширение за течностите.

В случай на кристализирани твърди вещества, ако е изометрична, дилатацията ще бъде обща във всички размери на кристала. Ако тя не е изометрична, по протежение на кристала могат да се намерят различни коефициенти на разширение и тя ще промени размера й при промяна на температурата.

индекс

  • 1 Коефициент на топлинно разширение
  • 2 Отрицателно термично разширение
  • 3 вида
    • 3.1 Линейно разширение
    • 3.2 Обемна дилатация
    • 3.3 Разширяване на повърхността или областта
  • 4 Примери
    • 4.1 Първо упражнение (линейна дилатация)
    • 4.2 Второ упражнение (повърхностна дилатация)
  • 5 Защо се случва дилатацията??
  • 6 Препратки

Коефициент на топлинно разширение

Коефициентът на топлинно разширение (Y) се дефинира като радиус на промяната, 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 въпрос за твърдо вещество, течност или газ. Всеки един има различна особеност.

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

Отрицателно термично разширение

Отрицателното термично разширение настъпва в някои материали, които вместо да увеличават размерите си при високи температури, се свиват поради ниски температури.

Този вид термично разширение обикновено се наблюдава в отворени системи, където се наблюдават насочени взаимодействия - в случая на ледени или комплексни съединения - в случая на някои зеолити, Cu2O и др..

Също така, някои изследвания показват, че негативното термично разширение се среща и в еднокомпонентни решетки в компактна форма и с централно взаимодействие на силите.

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

тип

При изчисляване на дилатацията на физически обект, трябва да се има предвид, че в зависимост от промяната на температурата, споменатият обект може да увеличи или свие своя размер.

Някои обекти не изискват драстична промяна на температурата, за да променят техния размер, така че е вероятно стойността, изчислена от изчисленията, да е средна.

Както всички процеси, термичното разширение се разделя на няколко типа, които обясняват всеки феномен поотделно. В случая на твърди вещества, видовете термично разширение са линейни дилатации, обемно разширение и дилатация на повърхността.

Линейна дилатация

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

Лесен начин за изчисляване на този вид дилатация е чрез сравняване на стойността на количеството преди промяната на температурата със стойността на количеството след промяната на температурата..

Обемна дилатация

В случай на обемно разширение, начинът за изчисляването му е чрез сравняване на обема на флуида преди промяната на температурата с обема на течността след изменението на температурата. Формулата за изчисляване е:

Разширяване на повърхността или областта

В случай на повърхностна дилатация, увеличаването на площта на тялото или обекта се наблюдава при промяна на температурата му при 1 ° C.

Това разширяване работи за твърди вещества. Ако имате и линейния коефициент, можете да видите, че размерът на обекта ще бъде два пъти по-голям. Формулата за изчисляване е:

АF = A0 [1 + YA (TF - T0)]

В този израз:

γ = коефициент на разширение на площта [° C-1]

А0 = Начална зона

АF = Окончателна площ

T0 = Начална температура.

TF = Крайна температура

Разликата между дилатацията на площта и линейната дилатация е, че в първата има промяна в увеличаването на площта на обекта, а във втората - на единично измерване (тъй като може да бъде дължината или ширина на физическия обект).

Примери

Първо упражнение (линейна дилатация)

Релсите, които съставляват коловоза на влак, изграден от стомана, са с дължина 1500 m. Каква ще бъде дължината на времето, когато температурата се движи от 24 до 45 ° C?

разтвор

информация:

L0 (начална дължина) = 1500 m

LF (крайна дължина) = ?

Tо (начална температура) = 24 ° C

TF (крайна температура) = 45 ° С

α (линеен коефициент на разширение, съответстващ на стомана) = 11 x 10-6 ° C-1

Данните се заменят по следната формула:

Въпреки това, първо трябва да знаем стойността на температурната разлика, за да включим тези данни в уравнението. За да получите тази разлика, трябва да извадите най-високата температура от най-ниската.

T = 45 ° С - 24 ° С = 21 ° С

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

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

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

Lf = 1500 m (1,000231)

Lf = 1500.3465 m

Второ упражнение (повърхностна дилатация)

В една гимназия продажбата на стъкло има площ от 1,4 м ^ 2, ако температурата е 21 ° C. Каква ще бъде крайната ви площ при повишаване на температурата до 35 ° C?

разтвор

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

Af = 1.4 m2 [1] 204,4 x 10-6]

Af = 1.4 m2 . 1.0002044

Af = 1,40028616 m2

Защо се случва дилатация?

Всеки знае, че целият материал е съставен от различни субатомни частици. Като променят температурата, или повишават, или намаляват, 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 следователно формата или обемът на обекта ще се увеличи.

В случай на отрицателни температури се случва обратното, в този случай обемът на обекта обикновено се свива от ниските температури.

препратки

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