ТЕПЛОВА ДИЛАТАЦІЯ: КОЕФІЦІЄНТ, ВИДИ ТА ВПРАВИ - ФІЗИЧНІ - 2025

Теплове розширення збільшується або зміна розмірів різних метричних (такі як довжина або об'єм) , який піддається фізичним об'єкту або тіла. Цей процес відбувається через підвищення температури навколо матеріалу. У випадку лінійної дилатації ці зміни відбуваються лише в одному вимірі.

Коефіцієнт цього розширення можна виміряти, порівнюючи значення величини до і після процесу. Деякі матеріали зазнають протилежного термічного розширення; тобто стає «негативним». Ця концепція передбачає, що деякі матеріали стискаються при впливі певних температур.

Теплове розширення у воді

Для твердих тіл для опису їх розширення використовується коефіцієнт лінійного розширення. З іншого боку, для рідин для обчислень використовується об'ємний коефіцієнт розширення.

У випадку кристалізованих твердих тіл, якщо воно ізометричне, розширення буде загальним у всіх вимірах кристала. Якщо він не є ізометричним, різні коефіцієнти розширення можна знайти по всьому склянці, і він змінить свій розмір при зміні температури.

Коефіцієнт термічної дилатації

Коефіцієнт теплового розширення (Y) визначається як радіус зміни, через який пройшов матеріал через зміну його температури. Цей коефіцієнт представлений символом α для твердих тіл і β для рідин і керується Міжнародною системою одиниць.

Коефіцієнти теплового розширення змінюються, коли мова йде про тверде, рідке або газове. У кожного є своя особливість.

Наприклад, розширення твердого тіла можна побачити по довжині. Об'ємний коефіцієнт є одним з основних в плані рідин, і зміни помітні в усіх напрямках; Цей коефіцієнт також використовується при розрахунку розширення газу.

Негативне теплове розширення

Негативне термічне розширення відбувається в деяких матеріалах, які замість збільшення розмірів з високими температурами стискаються через низькі температури.

Цей тип теплового розширення зазвичай спостерігається у відкритих системах, де спостерігаються спрямовані взаємодії - як у випадку з льодом, так і у складних сполуках - як це відбувається з деякими цеолітами Cu2O, серед інших.

Так само деякі дослідження показали, що негативне теплове розширення відбувається також в однокомпонентних гратах у компактній формі та з взаємодією центральної сили.

Ясний приклад негативного теплового розширення можна побачити, коли ми додаємо лід у склянку води. При цьому висока температура рідини на льоду не викликає збільшення розмірів, а навпаки зменшується розмір льоду.

Типи

При розрахунку розширення фізичного об'єкта слід враховувати, що залежно від зміни температури зазначений об'єкт може збільшуватися або зменшуватися в розмірах.

Деякі об'єкти не потребують різкої зміни температури для зміни свого розміру, тому цілком ймовірно, що значення, повернене підрахунками, є середнім.

Як і будь-який процес, термічне розширення поділяється на кілька типів, які пояснюють кожне явище окремо. Що стосується твердих тіл, типи теплового розширення - це лінійне розширення, об'ємне розширення та поверхневе розширення.

Лінійна дилатація

У лінійній дилатації переважає одна зміна. У цьому випадку єдиною одиницею, яка зазнає змін, є висота або ширина предмета.

Найпростіший спосіб обчислити цей тип дилатації - порівняння величини величини перед зміною температури зі значенням величини після зміни температури.

Об'ємна дилатація

У разі об'ємного розширення спосіб його розрахунку полягає в порівнянні об'єму рідини перед зміною температури з об'ємом рідини після зміни температури. Формула для його обчислення:

Поширення поверхні чи площі

У разі поверхневого розширення спостерігається збільшення площі тіла або предмета через зміну його температури на 1 ° С.

Це розширення працює для твердих тіл. Якщо ми також маємо лінійний коефіцієнт, ми можемо побачити, що розмір об’єкта буде в 2 рази більшим. Формула для його обчислення:

A _f = A ₀

У цьому виразі:

γ = коефіцієнт розширення площі

A ₀ = Початкова площа

A _f = Кінцева площа

T ₀ = Початкова температура.

T _f = Кінцева температура

Різниця між розширенням площі та лінійним розширенням полягає в тому, що в першому ви бачите зміну збільшення площі об'єкта, а в другому зміна є одиничною мірою (наприклад, довжина чи ширина фізичного об'єкта).

Приклади

Перша вправа (лінійна дилатація)

Рейки, що складають колію поїзда зі сталі, мають довжину 1500 м. Якою буде довгота, коли температура піде від 24 до 45 ° C?

Рішення

Дані:

Lο (початкова довжина) = 1500 м

L _f (кінцева довжина) =?

Tο (початкова температура) = 24 ° C

T _f (кінцева температура) = 45 ° C

α (коефіцієнт лінійного розширення, що відповідає сталі) = 11 x 10 ^-6 ° C ^-1

Дані заміщені наступною формулою:

Однак спочатку потрібно знати значення температурного перепаду, щоб включити ці дані до рівняння. Для досягнення цього диференціалу найвищу температуру потрібно відняти від найнижчої.

Δt = 45 ° C - 24 ° C = 21 ° C

Після того, як ця інформація буде відома, можна використовувати попередню формулу:

Lf = 1500 м (1 + 21 ° C. 11 x 10 ^-6 ° C ^-1 )

Lf = 1500 м (1 + 2,31 x 10 ^-4 )

Lf = 1500 м (1000231)

Lf = 1500,3465 м

Друга вправа (поверхневий розширення)

У середній школі скляний магазин має площу 1,4 м ^ 2, якщо температура 21 ° С. Якою буде його кінцева площа, коли температура зростатиме до 35 ° C?

Рішення

Af = A0

Af = 1,4 м ² 204,4 х 10 ^-6 ]

Af = 1,4 м ² . 10002044

Af = 1.40028616 м ²

Чому відбувається дилатація?

Всім відомо, що весь матеріал складається з різних субатомних частинок. Змінюючи температуру, або підвищуючи її, або знижуючи, ці атоми починають процес руху, який може змінювати форму предмета.

При підвищенні температури молекули починають стрімко рухатися через збільшення кінетичної енергії, і, таким чином, форма або об'єм предмета будуть збільшуватися.

У випадку негативних температур відбувається навпаки, в цьому випадку об'єм об'єкта має тенденцію до скорочення через низькі температури.

Список літератури

1. Лінійне, поверхневе та об'ємне розширення - вправи. Вирішено відновлено 8 травня 2018 року від Fisimat: fisimat.com.mx
2. Поверхневий розширення - розв’язані вправи. Отримано 8 травня 2018 року з Fisimat: fisimat.com.mx
3. Теплове розширення. Отримано 8 травня 2018 року з програми Encyclopædia Britannica: britannica.com
4. Теплове розширення. Отримано 8 травня 2018 року з Hyper Physics Concepts: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
5. Теплове розширення. Отримано 8 травня 2018 року з Lumen Learning: курси.lumenlearning.com
6. Теплове розширення. Отримано 8 травня 2018 року з гіпертекстури The Physics: physics.info
7. Теплове розширення. Отримано 8 травня 2018 року з Вікіпедії: en.wikipedia.org.