TERMISK UTVIDELSE: KOEFFISIENT, TYPER OG ØVELSER - FYSISK - 2026

Den varmeutvidelsen økes eller variasjon av forskjellige metriske dimensjoner (for eksempel lengde eller volum) som gjennomgår en fysisk gjenstand eller kropp. Denne prosessen skjer på grunn av økningen i temperaturen rundt materialet. Når det gjelder lineær utvidelse, forekommer disse endringene bare i en dimensjon.

Koeffisienten for denne ekspansjonen kan måles ved å sammenligne størrelsen på størrelsesorden før og etter prosessen. Noen materialer har det motsatte av termisk ekspansjon; det vil si at det blir "negativt". Dette konseptet foreslår at noen materialer trekker seg sammen når de utsettes for visse temperaturer.

Termisk ekspansjon i vann

For faste stoffer brukes en lineær utvidelseskoeffisient for å beskrive ekspansjonen. På den annen side brukes for væsker en volumetrisk utvidelseskoeffisient for å utføre beregningene.

Når det gjelder krystalliserte faste stoffer, hvis det er isometrisk, vil ekspansjonen være generell i alle dimensjoner av krystallen. Hvis det ikke er isometrisk, kan du finne forskjellige utvidelseskoeffisienter i hele glasset, og det vil endre størrelse når temperaturen endres.

Termisk dilatasjonskoeffisient

Den termiske ekspansjonskoeffisienten (Y) er definert som endringsradiusen som et materiale passerte gjennom på grunn av endringen i temperaturen. Denne koeffisienten er representert med symbolet α for faste stoffer og β for væsker, og styres av det internasjonale systemet for enheter.

Koeffisientene for termisk ekspansjon varierer når det gjelder faststoff, væske eller gass. Hver og en har en annen særegenhet.

For eksempel kan utvidelsen av et fast stoff sees langs en lengde. Den volumetriske koeffisienten er en av de mest basale når det gjelder væsker, og endringene er bemerkelsesverdige i alle retninger; Denne koeffisienten brukes også når du beregner utvidelsen av en gass.

Negativ termisk ekspansjon

Negativ termisk ekspansjon forekommer i noen materialer som, i stedet for å øke i størrelse med høye temperaturer, trekker seg sammen på grunn av lave temperaturer.

Denne typen termisk ekspansjon sees vanligvis i åpne systemer der retningsinteraksjoner blir observert - som for is - eller i komplekse forbindelser - som skjer med noen zeolitter, Cu2O, blant andre.

På samme måte har noe forskning vist at negativ termisk ekspansjon også forekommer i enkomponentgitter i kompakt form og med en sentral kraftinteraksjon.

Et tydelig eksempel på negativ termisk ekspansjon kan sees når vi legger is til et glass vann. I dette tilfellet forårsaker ikke den høye temperaturen på væsken på isen noen økning i størrelse, men snarere reduseres størrelsen på isen.

typer

Ved beregning av utvidelsen av et fysisk objekt, må det tas med i betraktningen at avhengig av temperaturendringen kan nevnte objekt øke eller trekke seg sammen i størrelse.

Noen objekter krever ikke en drastisk temperaturendring for å endre størrelse, så det er sannsynlig at verdien som returneres av beregningene er gjennomsnittlig.

Som enhver prosess er termisk ekspansjon delt inn i flere typer som forklarer hvert fenomen separat. Når det gjelder faste stoffer er typene termisk ekspansjon lineær ekspansjon, volumetrisk ekspansjon og overflateekspansjon.

Lineær utvidelse

En enkelt variasjon dominerer i lineær utvidelse. I dette tilfellet er den eneste enheten som gjennomgår en endring objektets høyde eller bredde.

En enkel måte å beregne denne typen utvidelser er ved å sammenligne størrelsen på størrelsen før temperaturendringen med verdien på størrelsen etter temperaturendringen.

Volumetrisk utvidelse

Når det gjelder volumetrisk ekspansjon, er måten å beregne det på ved å sammenligne volumet av væsken før temperaturen endres med volumet av væsken etter temperaturendringen. Formelen for å beregne den er:

Overflate eller arealdilatasjon

Ved overflatedilatasjon observeres en økning i området til et legeme eller gjenstand på grunn av en endring i temperaturen ved 1 ° C.

Denne utvidelsen fungerer for faste stoffer. Hvis vi også har den lineære koeffisienten, kan vi se at størrelsen på objektet blir 2 ganger større. Formelen for å beregne den er:

A _f = A ₀

I dette uttrykket:

γ = utvidelseskoeffisient

A ₀ = Opprinnelig område

A _f = Endelig område

T ₀ = Innledende temperatur.

T _f = Endelig temperatur

Forskjellen mellom områdedilatasjon og lineær utvidelse er at i den første ser du en økning endring i området til objektet, og i det andre er endringen av et enkelt enhetsmål (for eksempel lengde eller lengde bredden på det fysiske objektet).

eksempler

Første øvelse (lineær utvidelse)

Skinnene som utgjør sporet av et tog laget av stål har en lengde på 1500 moh. Hva blir lengdegraden når temperaturen går fra 24 til 45 ° C?

Løsning

Data:

Lο (startlengde) = 1500 moh

L _f (endelig lengde) =?

Tο (starttemperatur) = 24 ° C

T _f (sluttemperatur) = 45 ° C

α (koeffisient for lineær ekspansjon tilsvarende stål) = 11 x ^10-6 ° C ^-1

Dataene er erstattet med følgende formel:

Du må imidlertid først vite verdien av temperaturforskjellen for å inkludere disse dataene i ligningen. For å oppnå denne forskjellen må den høyeste temperaturen trekkes fra den laveste.

Δt = 45 ° C - 24 ° C = 21 ° C

Når denne informasjonen er kjent, er det mulig å bruke den forrige formelen:

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

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

Lf = 1500 m (1 000231)

Lf = 1500.3465 moh

Andre øvelse (overfladisk utvidelse)

På en videregående skole har en glassbutikk et område på 1,4 m ^ 2, hvis temperaturen er 21 ° C. Hva vil det endelige området være når temperaturen øker til 35 ° C?

Løsning

Af = A0

Af = 1,4 m ² 204,4 x ^10-6 ]

Af = 1,4 m ² . 1,0002044

Af = 1.40028616 m ²

Hvorfor skjer utvidelse?

Alle vet at alt materiale består av forskjellige subatomiske partikler. Ved å endre temperaturen, enten heve den eller senke den, begynner disse atomene en bevegelsesprosess som kan endre formen på objektet.

Når temperaturen heves, begynner molekylene å bevege seg raskt på grunn av økningen i kinetisk energi, og dermed vil formen eller volumet til objektet øke.

Når det gjelder negative temperaturer, skjer det motsatte, i dette tilfellet har volumet til objektet en tendens til å trekke seg sammen på grunn av lave temperaturer.

referanser

1. Lineær, overfladisk og volumetrisk dilatasjon - øvelser. Løst Gjenopprettet 8. mai 2018, fra Fisimat: fisimat.com.mx
2. Overfladisk dilatasjon - Løse øvelser. Hentet 8. mai 2018, fra Fisimat: fisimat.com.mx
3. Termisk ekspansjon. Hentet 8. mai 2018, fra Encyclopædia Britannica: britannica.com
4. Termisk ekspansjon. Hentet 8. mai 2018, fra Hyper Physics Concepts: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
5. Termisk ekspansjon. Hentet 8. mai 2018, fra Lumen Learning: kurs.lumenlearning.com
6. Termisk ekspansjon. Hentet 8. mai 2018, fra The Physics Hypertextbook: physics.info
7. Termisk ekspansjon. Hentet 8. mai 2018, fra Wikipedia: en.wikipedia.org.