Шта је волуметријска дилација? (Са примерима)



Волуметријска дилација је физички феномен који подразумева варијацију у три димензије тела. Волумен или димензије већине супстанци се повећавају када се подвргну топлини; Ово је феномен познат као термичка експанзија, али постоје и супстанце које се контрахују када се загревају.

Иако су промене запремине релативно мале за чврсте материје, оне су од великог техничког значаја, углавном у ситуацијама када се жели спојити материјале који се шире на другачији начин..

Облик неких чврстих материја трпи дисторзију када се загрева и може се проширити у неким правцима и уговорити у другима. Међутим, када постоји само дилатација у одређеном броју димензија, постоји класификација за таква проширења:

  • Линеарна дилатација настаје када превладава варијација у одређеној димензији, као што је дужина, ширина или висина тела.
  • Површна дилација је она у којој доминира варијација у двије од три димензије.
  • Коначно, волуметријска дилација подразумева варијацију у три димензије тела.

Индек

  • 1 Основни појмови који се односе на термичко ширење
    • 1.1 Топлотна енергија
    • 1.2 Хеат
    • 1.3 Температура
  • 2 Која су основна својства термичке експанзије?
  • 3 Који је основни узрок термалног ширења?
    • 3.1 Линеарна експанзија
    • 3.2 Ширење површине
    • 3.3 Волуметријска дилација
  • 4 Примери
  • 5 Библиографија

Основни појмови везани за термалну експанзију

Термална енергија

Материја се састоји од атома који су у сталном покрету, или се крећу или вибрирају. Кинетичка енергија (или кретање) којом се атоми крећу назива се топлотна енергија, што се брже крећу, то више имају топлотну енергију.

Хеат

Топлина је топлотна енергија која се преноси између две или више супстанци или из једне супстанце у другу на макроскопској скали. То значи да вруће тијело може одустати од дијела своје топлинске енергије и утјецати на тијело у близини.

Количина пренесене топлотне енергије зависи од природе оближњег тијела и медија који их раздваја.

Температуре

Концепт температуре је фундаментални за проучавање утицаја топлоте, температура тела је мера њене способности да преноси топлоту на друга тела.

Два тела у међусобном контакту или одвојена одговарајућим медијумом (проводник топлоте) ће бити на истој температури ако нема топлотног протока између њих. Исто тако, тијело Кс ће се наћи на температури већој од температуре тијела и ако топлина тече од Кс до И.

Која су основна својства термалне експанзије?

То је јасно повезано са променом температуре, што је температура већа, већа је експанзија. Такође зависи од унутрашње структуре материјала, у термометру, експанзија живе је много већа од експанзије стакла које га садржи.

Шта је основни узрок термалног ширења?

Повећање температуре имплицира повећање кинетичке енергије појединачних атома у супстанци. У чврстом, за разлику од гаса, атоми или молекули су уско повезани, али њихова кинетичка енергија (у облику малих и брзих вибрација) раздваја атоме или молекуле један од другог.

Ово раздвајање између сусједних атома постаје све веће и резултира повећањем величине крутине.

За већину супстанци у нормалним условима, не постоји пожељан правац у којем долази до термичког ширења, а повећање температуре ће повећати величину чврстог материјала за одређену фракцију у свакој димензији..

Линеарна дилатација

Најједноставнији примјер дилатације је експанзија у једној димензији (линеарна). Експериментално је утврђено да је промена дужине ΔЛ супстанце пропорционална промени температуре ΔТ и почетне дужине Ло (слика 1). То можемо представити на следећи начин:

ДЛ = аЛоДТ

где је α коефицијент пропорционалности назван коефицијент линеарног ширења и карактеристичан је за сваки материјал. Неке вриједности овог коефицијента приказане су у табели А.

Коефицијент линеарног ширења је већи за материјале који доживљавају већу експанзију за сваки степен Целзијуса који подиже своју температуру.

Површинска дилатација

Када се раван узме унутар чврстог тела, тако да је та раван она која пролази кроз термичко ширење (слика 2), промена површине ΔА је дата:

ДА = 2аА0

где је ΔА промена почетне површине Ао, Т је промена температуре и α је коефицијент линеарног ширења.

Волуметриц дилатион

Као иу претходним случајевима, промена запремине ΔВ може се апроксимирати односом (слика 3). Ова једначина се обично пише на следећи начин:

ДВ = бВоДТ

где је β коефицијент волуметријске експанзије и приближно је једнак 3α τα τα ßλα 2 приказане су вредности коефицијената волуметријске експанзије за неке материјале..

Уопштено, супстанце ће се проширити под повећањем температуре, вода је најважнији изузетак од овог правила. Вода се шири када се температура повећа када је виша од 4ºЦ.

Међутим, такође се шири након смањења његове температуре у опсегу од 4 ° Ц до 0 ° Ц. Овај ефекат се може приметити када се вода стави у фрижидер, вода се шири приликом замрзавања и тешко је извући лед из његове посуде..

Примери

Разлике у волуметријској дилатацији могу довести до занимљивих ефеката на бензинској станици. Пример је капање бензина у резервоару који је управо напуњен током врелог дана.

Бензин хлади челични резервоар када се излије, а бензин и резервоар се шире са температуром околног ваздуха. Међутим, бензин се шири много брже од челика и тако капље из резервоара.

Разлика у експанзији између бензина и резервоара који га садржи може узроковати проблеме приликом очитавања индикатора нивоа горива. Количина бензина (масе) која је остављена у резервоару када индикатор достигне ниво вакуума је много нижа у летњем периоду него у зимском периоду.

Бензин има исту запремину на обе станице када се упали светло упозорења, али зато што се бензин шири током лета, има мању масу.

Као пример, може се сматрати резервоар за бензин од пуног челика, капацитета 60 литара. Ако је температура резервоара и бензина 15ºЦ, колико ће се плина просути када достигну температуру од 35ºЦ?

Резервоар и бензин ће се повећати због повећања температуре, али ће се бензин повећати више од резервоара. Дакле, проливени бензин ће бити разлика у вашим промјенама волумена. Једнаџба волуметријске експанзије се затим може користити за израчунавање промена запремине:

Запремина проливена повећањем температуре је тада:

Комбинујући ове 3 једнаџбе у једном, имамо:

Из табеле 2 су добијене вредности коефицијента волуметријске експанзије, замењујући вредности:

Иако је ова количина проливеног гаса релативно безначајна у поређењу са резервоаром од 60 Л, ефекат је изненађујући пошто се бензин и челик веома брзо шире..

Библиографија

  1. Иен Хо Цхо, Таилор Р. Тхермал Екпансион оф Солидс АСМ Интернатионал, 1998.
  2. Х. Ибацх, Ханс Лут Физика чврстог стања: Увод у принципе науке о материјалима Спрингер Сциенце & Бусинесс Медиа, 2003.
  3. Халлидаи Д., Ресницк Р., Кране К. Пхисицс, Том 1. Вилеи, 2001.
  4. Мартин Ц. Мартин, Цхарлес А. Хеветт Елементи класичне физике Елсевиер, 2013.
  5. Земански Марк В. Топлота и термодинамика. Издавач Агуилар, 1979.