Termalna dilatacija, koeficient, vrste in vaje



The toplotna ekspanzija je povečanje ali spreminjanje različnih metričnih dimenzij (kot so dolžina ali volumen), ki jih trpi telo ali fizični predmet. Ta proces se zgodi zaradi povečanja temperature okoli materiala. V primeru linearne dilatacije se take spremembe pojavijo v eni sami dimenziji.

Koeficient te dilatacije se lahko izmeri s primerjavo vrednosti količine pred in po postopku. Nekateri materiali trpijo nasprotno od toplotne ekspanzije; to pomeni, da postane "negativno". Ta koncept predlaga, da se nekateri materiali pogodijo, kadar so izpostavljeni določenim temperaturam.  

Kot za trdne snovi se za opis širitve uporablja koeficient linearnega raztezanja. Po drugi strani pa se za izvedbo izračunov uporablja volumetrični koeficient raztezanja.

V primeru kristaliziranih trdnih snovi, če je izometrična, je dilacija splošna v vseh dimenzijah kristala. Če ni izometrična, lahko vzdolž kristala najdemo različne koeficiente raztezanja in spremeni njegovo velikost pri spreminjanju temperature..

Indeks

  • 1 Koeficient toplotnega raztezanja
  • 2 Negativna toplotna ekspanzija
  • 3 Vrste
    • 3.1 Linearna širitev
    • 3.2 Prostorninska dilatacija
    • 3.3 Razširitev površine ali površine
  • 4 Primeri
    • 4.1 Prva vaja (linearna dilacija)
    • 4.2 Druga vaja (površinska dilacija) \ t
  • 5 Zakaj se dilacija zgodi??
  • 6 Reference

Koeficient toplotnega raztezanja

Koeficient toplotnega raztezanja (Y) je opredeljen kot polmer spremembe, skozi katerega je material spremenjen zaradi spremembe njegove temperature. Ta koeficient je predstavljen s simbolom α za trdne snovi in ​​β za tekočine in ga vodi mednarodni sistem enot..

Koeficienti toplotnega raztezanja se spreminjajo, ko gre za trdne, tekoče ali plinske. Vsak ima drugačno posebnost.

Na primer, raztezanje trdne snovi je mogoče videti po dolžini. Volumetrični koeficient je eden od najbolj osnovnih pri tekočinah in spremembe so izjemne v vseh smereh; ta koeficient se uporablja tudi pri izračunu širitve plina.

Negativna toplotna ekspanzija

V nekaterih materialih pride do negativnega termalnega raztezanja, ki namesto povečanja velikosti pri visokih temperaturah nastane zaradi nizkih temperatur.

Ta tip toplotnega raztezanja se ponavadi vidi v odprtih sistemih, kjer so opazne usmerjene interakcije - v primeru ledenih ali kompleksnih spojin - kot v primeru nekaterih zeolitov, Cu2O, med drugim..

Tudi nekatere raziskave so pokazale, da se negativna toplotna ekspanzija pojavlja tudi v enokomponentnih mrežah v kompaktni obliki in s centralno interakcijo sile.

Jasen primer negativne toplotne razteznosti je mogoče videti pri dodajanju ledu v kozarec vode. V tem primeru visoka temperatura tekočine na ledu ne povzroči povečanja velikosti, ampak zmanjša velikost te tekočine.

Vrste

Pri izračunu dilatacije fizičnega predmeta je treba upoštevati, da se lahko glede na temperaturno spremembo ta predmet poveča ali zmanjša..

Nekateri objekti ne zahtevajo drastične spremembe temperature, da bi spremenili svojo velikost, zato je verjetno, da je vrednost, ki jo povzročijo izračuni, povprečna.

Kot vsi procesi se toplotna ekspanzija razdeli na več tipov, ki vsak pojav posebej razlagajo. Pri trdnih snoveh so vrste toplotnega raztezanja linearne dilatacije, volumetrična dilacija in površinska dilatacija.

Linearna dilatacija

Pri linearnem dilataciji prevladuje ena sama variacija. V tem primeru je edina enota, ki je podvržena spremembi, višina ali širina objekta.

Enostaven način za izračun te vrste dilatacije je primerjava vrednosti količine pred spremembo temperature z vrednostjo količine po spremembi temperature..

Prostorninska dilatacija

V primeru volumetrične dilatacije je način izračuna s primerjavo volumna tekočine pred spremembo temperature s prostornino tekočine po spremembi temperature. Formula za izračun je:

Širitev površine ali območja

V primeru površinske dilatacije je opaziti povečanje površine telesa ali predmeta, če se spremeni njegova temperatura pri 1 ° C..

Ta dilacija deluje za trdne snovi. Če imate tudi linearni koeficient, lahko vidite, da bo velikost predmeta dvakrat večja. Formula za izračun je:

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

V tem izrazu:

γ = koeficient povečanja površine [° C-1]

A0 = Začetno območje

Af = Končno območje

T0 = Začetna temperatura.

Tf = Končna temperatura

Razlika med dilatacijo območja in linearno dilatacijo je v tem, da je v prvem prišlo do spremembe povečanja površine objekta, v drugem pa je sprememba ene meritve enote (saj je lahko dolžina ali širina fizičnega objekta).

Primeri

Prva vaja (linearna dilacija)

Tirnice, ki sestavljajo železniški tir vlaka, so dolge 1500 m. Kolikšna bo dolžina v času, ko bo temperatura narasla od 24 do 45 ° C?

Rešitev

Podatki:

L0 (začetna dolžina) = 1500 m

Lf (končna dolžina) = ?

T (začetna temperatura) = 24 ° C

Tf (končna temperatura) = 45 ° C

α (linearni koeficient raztezanja, ki ustreza jeklu) = 11 x 10-6 ° C-1

Podatki se nadomestijo z naslednjo formulo:

Najprej pa moramo poznati vrednost temperaturne razlike, da bi te podatke vključili v enačbo. Za pridobitev te razlike morate najvišjo temperaturo odšteti od najnižje.

Δt = 45 ° C - 24 ° C = 21 ° C

Ko so te informacije znane, je mogoče uporabiti prejšnjo formulo:

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

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

Lf = 1500 m (1.000231)

Lf = 1500.3465 m

Druga vaja (površinska dilacija)

V srednji šoli prodaja stekla ima površino 1,4 m ^ 2, če je temperatura na 21 ° C. Kakšno bo vaše končno območje pri zvišanju temperature na 35 ° C?

Rešitev

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

Zakaj pride do dilacije?

Vsi vemo, da je ves material sestavljen iz različnih subatomskih delcev. S spreminjanjem temperature, bodisi povišane ali nižje, ti atomi začnejo proces gibanja, ki lahko spremeni obliko predmeta.

Ko se temperatura dvigne, se molekule zaradi povečanja kinetične energije začnejo hitro premikati, zato se bo oblika ali volumen objekta povečala..

V primeru negativnih temperatur se dogaja nasprotno, v tem primeru se obseg predmeta navadno zniža zaradi nizkih temperatur.

Reference

  1. Linearne, površne in volumetrične dilatacije - vaje. Rešeno, obnovljeno 8. maja 2018, od podjetja Fisimat: fisimat.com.mx
  2. Površinska dilatacija - rešene vaje. Vzpostavljeno 8. maja 2018, iz podjetja Fisimat: fisimat.com.mx
  3. Termalna ekspanzija. Vzpostavljeno 8. maja 2018, iz Encyclopædia Britannica: britannica.com
  4. Termalna ekspanzija. Vzpostavljeno 8. maja 2018, iz Hyper Physics Concepts: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
  5. Termalna ekspanzija. Vzpostavljeno 8. maja 2018, iz Lumen Learning: courses.lumenlearning.com
  6. Termalna ekspanzija. Vzpostavljeno 8. maja 2018, iz The Physics Hypertextbook: physics.info
  7. Termalna ekspanzija. Vzpostavljeno 8. maja 2018, iz Wikipedije: en.wikipedia.org.