عندما يكون للجسم زيادة في درجة الحرارة، فإن الجزيئات التي تتكون منها تتلقى الطاقة وتصبح مهتزة ، مما يؤدي إلى زيادة أبعاد الجسم. تُعرف هذه الظاهرة باسم التمدد الحراري. وبالمثل ، عندما يتم تبريد الجسم ، تنخفض طاقته وكذلك التحريض الجزيئي ، مما يتسبب في انخفاض أبعاده ، وهو ما يُعرف التقلص حراري.
ال التمدد الحراري يمكن تصنيفها بثلاث طرق: خطي, أجوف و الحجمي.
تمدد حراري خطي
عندما اختلاف درجة الحرارة من الجسم لتغيير المسافة بين نقطتين ، فإن التمدد الحراري الخطي، والتي يمكن أن تكون اختلافًا في طول شريط أو نصف قطر كرة أو قطري مكعب أو مربع ، من بين أمور أخرى.
كمثال ، ضع في اعتبارك قضيبًا حديديًا بطول L.0 مع درجة الحرارة الأولية Tأنا. عن طريق رفع درجة حرارتك إلى T.F ، سيتم زيادة الطول إلى L. انظر الى الصورة:
رسم بياني يوضح التمدد الحراري الخطي الناجم عن ارتفاع درجة الحرارة
اختلاف درجة الحرارة (ΔT) هو الفرق بين درجة الحرارة النهائية والأولية:
ΔT = T.F - تأنا
التمدد الحراري الخطي (ΔL) الناتج عن هذا التغير في درجة الحرارة هو الفرق بين الطول النهائي L والطول الأولي L0:
Δ L = L - L0
يتناسب هذا التمدد الذي يعاني منه الشريط مع اختلاف درجة الحرارة والطول الأولي للشريط ، لذلك يمكن أيضًا حسابه باستخدام
قانون التمدد الحراري الخطي بالصيغة:Δ L = α. إل0. Δ ت
يسمى ثابت التناسب α معامل التمدد الحراري الخطي من المواد التي يتكون منها الشريط. وحدة القياس الخاصة به هي الدرجة المتبادلة المئوية ، التي يتم تمثيلها بواسطة C -1. تفترض هذه الكمية قيمة مختلفة لكل نوع من المواد ، تمثل التمدد الحراري الخطي لكل وحدة طول ولكل وحدة تغير في درجة الحرارة.
راجع الجدول التالي لقيم معامل التمدد الحراري الخطي لبعض المواد:
مستوى |
المُعامل (10-6 درجة مئوية -1) |
قيادة |
27 |
الألومنيوم |
25 |
فضة |
20 |
السيليكون |
2,6 |
صلب |
14 |
ذهب |
15 |
تمثيل رسومي للتمدد الحراري الخطي
يمكننا الحصول على تمدد حراري خطي من رسم بياني للطول مقابل درجة الحرارة:
رسم بياني للطول مقابل درجة حرارة التمدد الحراري الخطي
يمكننا ربط الزاوية φ بقانون التمدد الحراري الخطي ، حيث:
Δ L = α. إل0. Δ ت
و
Δإل = α. إل0
Δ ت
كونها المعامل الزاوي للخط المستقيم الذي يمثل الاختلاف في الطول مع درجة الحرارة ، يتم إعطاؤه بواسطة:
tg φ = Δإل
Δ ت
هكذا:
tg φ = α. إل0
لا يمكن أن يمر الخط عبر النقطة 0 ، لأن الطول الأولي لا يمكن أن يساوي صفرًا.
يمكن رؤية إحدى نتائج التمدد الحراري الخطي في الأعمال الهندسية ، على سبيل المثال ، فواصل التمدد (الشكل في العنوان) الموجودة على مسارات القطارات أو الأرصفة. إنها ببساطة مساحة فارغة صغيرة تركت في أجزاء من البناء للتوسع الناجم عن التغيرات في درجات الحرارة ، كما هو الحال في حالة نشوب حريق أو حتى الاختلافات الطبيعية ، لا تضر بهيكل البنايات. إذا لم تكن فواصل التمدد هذه موجودة ، فقد يؤدي أي ارتفاع في درجة الحرارة إلى ثني الخرسانة أو الأجهزة أو كسرها.
بقلم ماريان مينديز
تخرج في الفيزياء
مصدر: مدرسة البرازيل - https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-dilatacao-termica-linear.htm
