TEPELNÁ DILATÁCIA: KOEFICIENT, TYPY A CVIČENIA - FYZICKÝ - 2025

Tepelná rozťažnosť sa zvýši alebo variácie rôznych metrických rozmeroch (napríklad dĺžka alebo objem), ktorý prechádza fyzického objektu alebo tela. Tento proces nastáva v dôsledku zvýšenia teploty obklopujúcej materiál. V prípade lineárnej dilatácie sa tieto zmeny vyskytujú iba v jednej dimenzii.

Koeficient tejto expanzie sa môže merať porovnaním hodnoty veľkosti pred a po spracovaní. Niektoré materiály trpia opakom tepelnej rozťažnosti; to znamená, že sa stane „negatívnym“. Tento koncept navrhuje, aby sa niektoré materiály pri vystavení určitým teplotám zmenšili.

Tepelná rozťažnosť vo vode

V prípade tuhých látok sa na opis ich expanzie používa koeficient lineárnej expanzie. Na druhej strane, pre kvapaliny sa na vykonávanie výpočtov používa objemový koeficient expanzie.

V prípade kryštalizovaných pevných látok, ak je to izometrické, bude expanzia všeobecná vo všetkých rozmeroch kryštálu. Ak to nie je izometrické, v pohári sa nachádzajú rôzne koeficienty rozťažnosti a pri zmene teploty zmení svoju veľkosť.

Tepelný dilatačný koeficient

Koeficient tepelnej rozťažnosti (Y) je definovaný ako polomer zmeny, ktorým materiál prešiel v dôsledku zmeny teploty. Tento koeficient je reprezentovaný symbolom a pre pevné látky a p pre kvapaliny a riadi sa medzinárodným systémom jednotiek.

Koeficienty tepelnej rozťažnosti sa líšia, pokiaľ ide o pevné látky, kvapaliny alebo plyny. Každý z nich má inú zvláštnosť.

Napríklad dilatáciu pevnej látky je možné vidieť po celej dĺžke. Objemový koeficient je jedným z najzákladnejších z hľadiska tekutín a zmeny sú pozoruhodné vo všetkých smeroch; Tento koeficient sa používa aj pri výpočte expanzie plynu.

Záporná tepelná rozťažnosť

Negatívna tepelná rozťažnosť sa vyskytuje v niektorých materiáloch, ktoré sa namiesto zvyšovania veľkosti pri vysokých teplotách zmenšujú v dôsledku nízkych teplôt.

Tento typ tepelnej rozťažnosti sa zvyčajne pozoruje v otvorených systémoch, kde sa pozorujú smerové interakcie - ako napríklad v prípade ľadu alebo v zložitých zlúčeninách -, medzi inými dochádza k niektorým zeolitom, Cu20.

Podobne, niektoré výskumy ukázali, že k negatívnej tepelnej rozťažnosti dochádza tiež v jednozložkových mriežkach v kompaktnej forme a so vzájomným pôsobením centrálnej sily.

Jasný príklad negatívnej tepelnej rozťažnosti možno vidieť, keď pridáme ľad do pohára vody. V tomto prípade vysoká teplota kvapaliny na ľade nespôsobuje žiadne zväčšenie veľkosti, ale skôr sa zmenšuje veľkosť ľadu.

druhy

Pri výpočte expanzie fyzického objektu je potrebné vziať do úvahy, že v závislosti od zmeny teploty sa uvedený objekt môže zväčšiť alebo zmenšiť.

Niektoré objekty nevyžadujú drastickú zmenu teploty, aby sa zmenila ich veľkosť, je preto pravdepodobné, že hodnota vrátená výpočtami je priemerná.

Ako každý proces, tepelná rozťažnosť je rozdelená do niekoľkých typov, ktoré vysvetľujú každý jav osobitne. V prípade tuhých látok sú typmi tepelnej rozťažnosti lineárna expanzia, objemová expanzia a povrchová expanzia.

Lineárna dilatácia

V lineárnej dilatácii prevláda jedna zmena. V tomto prípade je jedinou jednotkou, ktorá prejde zmenou, výška alebo šírka objektu.

Ľahký spôsob, ako vypočítať tento typ dilatácie, je porovnaním hodnoty veličiny pred zmenou teploty s hodnotou veličiny po zmene teploty.

Objemová dilatácia

V prípade objemovej expanzie je spôsob, ako ju vypočítať, porovnaním objemu tekutiny pred zmenou teploty s objemom tekutiny po zmene teploty. Vzorec na jeho výpočet je:

Dilatacia povrchu alebo plochy

V prípade dilatácie povrchu sa pozoruje zväčšenie plochy tela alebo predmetu v dôsledku zmeny teploty o 1 ° C.

Toto rozšírenie funguje pre pevné látky. Ak máme aj lineárny koeficient, vidíme, že veľkosť objektu bude 2-krát väčšia. Vzorec na jeho výpočet je:

A _f = A ₀

V tomto výraze:

γ = koeficient rozšírenia plochy

A ₀ = Počiatočná oblasť

A _f = konečná oblasť

T ₀ = Počiatočná teplota.

T _f = konečná teplota

Rozdiel medzi dilatáciou plochy a lineárnym dilatáciou je ten, že v prvom prípade vidíte zväčšenú zmenu v oblasti objektu a v druhom je to zmena jednotkovej miery (ako je napríklad dĺžka alebo dĺžka). šírka fyzického objektu).

Príklady

Prvé cvičenie (lineárna dilatácia)

Koľajnice, ktoré tvoria koľaj vlaku vyrobeného z ocele, majú dĺžku 1500 m. Aká bude zemepisná dĺžka, keď teplota klesne z 24 na 45 ° C?

Riešenie

dáta:

Lο (počiatočná dĺžka) = 1500 m

L _f (konečná dĺžka) =?

Tο (počiatočná teplota) = 24 ° C

T _f (konečná teplota) = 45 ° C

a (koeficient lineárnej expanzie zodpovedajúci oceli) = 11 x ^10-6 ° C ^-1

Údaje sú nahradené nasledujúcim vzorcom:

Najprv však musíte poznať hodnotu teplotného rozdielu, aby ste mohli tieto údaje zahrnúť do rovnice. Aby sa dosiahol tento rozdiel, musí sa najvyššia teplota odpočítať od najnižšej.

At = 45 ° C - 24 ° C = 21 ° C

Akonáhle sú tieto informácie známe, je možné použiť predchádzajúci vzorec:

Lf = 1 500 m (1 + 21 ° C, 11 x ^10-6 ° C ^-1 )

Lf = 1 500 m (1 + 2,31 x ^10-4 )

Lf = 1 500 m (1 000 231)

Lf = 1500,3465 m

Druhé cvičenie (povrchová dilatácia)

Na strednej škole má sklárňa plochu 1,4 m2, ak je teplota 21 ° C. Aká bude jej konečná plocha, keď sa teplota zvýši na 35 ° C?

Riešenie

Af = A0

Af = 1,4 m ² 204,4 x ^10-6 ]

Af = 1,4 m ² . 1,0002044

Af = 1.40028616 m ²

Prečo dochádza k dilatácii?

Každý vie, že všetok materiál je tvorený rôznymi subatomickými časticami. Zmenou teploty, zvýšením alebo znížením teploty, tieto atómy začínajú procesom pohybu, ktorý môže modifikovať tvar objektu.

Keď sa teplota zvýši, molekuly sa začnú rýchlo pohybovať v dôsledku zvýšenia kinetickej energie, a tým sa bude zväčšovať tvar alebo objem objektu.

V prípade záporných teplôt sa stáva opak, v tomto prípade má objem objektu tendenciu klesať v dôsledku nízkych teplôt.

Referencie

1. Lineárne, povrchové a objemové dilatácie - cvičenia. Vyriešené obnovené 8. mája 2018, z Fisimat: fisimat.com.mx
2. Povrchová dilatácia - vyriešené cvičenia. Zdroj: 8. mája 2018, z Fisimat: fisimat.com.mx
3. Tepelná rozťažnosť. Záznam z 8. mája 2018 z Encyclopædia Britannica: britannica.com
4. Tepelná rozťažnosť. Citované z 8. mája 2018, z Hyper Physics Concepts: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
5. Tepelná rozťažnosť. Zdroj: 8. mája 2018, z Lumen Learning: courses.lumenlearning.com
6. Tepelná rozťažnosť. Zdroj: 8. mája 2018, z The Physics Hypertextbook: physics.info
7. Tepelná rozťažnosť. Zdroj: 8. mája 2018, z Wikipedia: en.wikipedia.org.