Термална дилатација, коефицијент, типови и вежбе



Тхе термичка експанзија је повећање или варијација различитих метричких димензија (као што су дужина или запремина) које трпи тело или физички објекат. Овај процес се дешава због повећања температуре око материјала. У случају линеарне дилатације, такве промене се дешавају у једној димензији.

Коефицијент ове дилатације може се мерити упоређивањем вредности количине пре и после процеса. Неки материјали трпе супротно од топлинског ширења; то јест, постаје "негативно". Овај концепт предлаже да се неки материјали уговарају када су изложени одређеним температурама.  

Што се тиче чврсте материје, за описивање експанзије користи се коефицијент линеарног ширења. С друге стране, волуметријски коефицијент експанзије се користи за течности за извођење прорачуна.

У случају кристализованих чврстих материја, ако је изометрична, дилатација ће бити општа у свим димензијама кристала. Ако није изометријски, дуж кристала се могу наћи различити коефицијенти експанзије, и промениће његову величину при промени температуре.

Индек

  • 1 Коефицијент топлотног ширења
  • 2 Негативна термална експанзија
  • 3 Типови
    • 3.1 Линеарна експанзија
    • 3.2 Волуметријска дилација
    • 3.3 Ширење површине или подручја
  • 4 Примери
    • 4.1 Прва вежба (линеарна дилација)
    • 4.2 Друга вежба (површинска дилација)
  • 5 Зашто се догађа дилација??
  • 6 Референце

Коефицијент топлотне експанзије

Коефицијент топлотне експанзије (И) је дефинисан као радијус промене кроз коју је материјал прошао услед промене његове температуре. Овај коефицијент је представљен симболом α за чврсте материје и β за течности, а вођен је међународним системом јединица.

Коефицијенти топлотног ширења варирају када се ради о чврстом, течном или гасном. Свака од њих има другачију посебност.

На пример, дилатација чврстог материјала може се видети дуж дужине. Волуметријски коефицијент је један од најосновнијих што се тиче флуида и промјене су значајне у свим правцима; овај коефицијент се такође користи при израчунавању експанзије гаса.

Негативна термална експанзија

Негативна термичка експанзија се јавља у неким материјалима, који уместо да повећају своју величину са високим температурама, контрахују због ниских температура.

Овај тип топлотне експанзије се обично види у отвореним системима где се посматрају усмерене интеракције - у случају леда или сложених једињења - у случају неких зеолита, Цу2О, између осталих..

Такође, нека истраживања су показала да се негативна термичка експанзија јавља иу једнокомпонентним решеткама у компактном облику и са централном интеракцијом силе.

Јасан примјер негативног топлинског ширења може се видјети при додавању леда у чашу воде. У овом случају, висока температура течности на леду не узрокује повећање величине, већ умањује величину исте.

Типови

При израчунавању дилатације физичког објекта, мора се узети у обзир да, у зависности од промене температуре, наведени објекат може повећати или смањити своју величину.

Неки објекти не захтевају драстичну промену температуре да би модификовали њихову величину, тако да је вероватно да је вредност коју су израчунали просечне вредности.

Као и сви процеси, термичка експанзија је подељена на неколико типова који сваки феномен објашњавају засебно. У случају чврстих материја, врсте топлотног ширења су линеарна дилатација, волуметријска дилатација и дилатација површине.

Линеарна дилатација

У линеарној дилатацији превладава једна варијација. У овом случају, једина јединица која пролази кроз промену је висина или ширина објекта.

Једноставан начин за израчунавање ове врсте дилатације је поређење вредности количине пре промене температуре са вредношћу количине након промене температуре.

Волуметриц дилатион

У случају волуметријске дилатације, начин израчунавања је упоређивањем запремине флуида пре промене температуре са запремином течности након промене температуре. Формула за израчунавање је:

Ширење површине или подручја

У случају површинске дилатације, повећава се површина тијела или објекта када се промијени температура на 1 ° Ц.

Ова дилатација ради за чврсте материје. Ако имате и линеарни коефицијент, можете видјети да ће величина објекта бити двоструко већа. Формула за израчунавање је:

Аф = А0 [1 + ИА (Тф - Т0)]

У овом изразу:

γ = коефицијент експанзије површине [° Ц-1]

А0 = Почетна површина

Аф = Завршна област

Т0 = Почетна температура.

Тф = Крајња температура

Разлика између дилатације и линеарне дилатације је у томе што се у првој налази промена у повећању површине објекта, ау другој промена једне јединице (као што може бити дужина или ширина физичког објекта).

Примери

Прва вежба (линеарна дилација)

Шине које чине трачницу воза изграђене од челика имају дужину од 1500 м. Колика ће бити дужина у времену када температура иде од 24 до 45 ° Ц?

Решење

Подаци:

Л0 (почетна дужина) = 1500 м

Лф (коначна дужина) = ?

Т (почетна температура) = 24 ° Ц

Тф (крајња температура) = 45 ° Ц

α (линеарни коефицијент експанзије који одговара челику) = 11 к 10-6 ° Ц-1

Подаци се замењују следећом формулом:

Међутим, прво морамо знати вриједност температурне разлике, како бисмо ове податке укључили у једнаџбу. Да бисте добили овај диференцијал морате одузети највишу температуру од најниже.

Т = 45 ° Ц - 24 ° Ц = 21 ° Ц

Када је ова информација позната, могуће је користити претходну формулу:

Лф = 1500 м (1 + 21 ° Ц 11 к 10-6 ° Ц-1)

Лф = 1500 м (1 + 2,31 к 10-4)

Лф = 1500 м (1.000231)

Лф = 1500.3465 м

Друга вежба (површинска дилација)

У средњој школи продаја стакла има површину од 1,4 м ^ 2, ако је температура на 21 ° Ц. Која ће бити ваша задња површина када се температура повећа на 35 ° Ц?

Решење

Аф = А0 [1 + (Тф - Т0)]

Аф = 1,4 м2 [1] 204.4 к 10-6]

Аф = 1,4 м2 . 1,0002044

Аф = 1.40028616 м2

Зашто се догађа дилација?

Сви знају да је сав материјал састављен од различитих субатомских честица. Промјеном температуре, или повишењем или спуштањем, ови атоми почињу процес кретања који може промијенити облик објекта.

Када температура расте, молекули почињу да се брзо крећу због повећања кинетичке енергије и стога ће се облик или запремина објекта повећати..

У случају негативних температура деси се супротно, у овом случају обим предмета се обично контрахује ниским температурама.

Референце

  1. Линеарне, површне и волуметријске дилатације - вежбе. Решено Опорављено 8. маја 2018, од Фисимат: фисимат.цом.мк
  2. Површинска дилација - Решене вежбе. Добављено дана Маи 8, 2018, фром Фисимат: фисимат.цом.мк
  3. Тхермал Екпансион. Преузето 8. маја 2018. из Енцицлопӕдиа Британница: британница.цом
  4. Тхермал Екпансион. Преузето 8. маја 2018. године из Хипер Пхисицс Цонцептс: хиперпхисицс.пхи-астр.гсу.еду
  5. Тхермал Екпансион. Преузето 8. маја 2018. године из Лумен Леарнинг: цоурсес.луменлеарнинг.цом
  6. Тхермал Екпансион. Преузето 8. маја 2018. године из часописа Тхе Пхисицс Хипертектбоок: пхисицс.инфо
  7. Тхермал Екпансион. Добављено дана Маи 8, 2018, фром Википедиа: ен.википедиа.орг.