Дилатациятермична това е физически феномен, произтичащ от повишаване на температурата на тялото. Когато тялото е изложено на някакъв източник на топлина, Вашият температура той може да претърпи вариации, увеличавайки възбуждането на молекулите, които се колебаят около по-голямо пространство.
Тази микроскопична вариация на вибрациите на молекулите може да се възприеме в макроскопичен мащаб, както когато остане желязна пръчка малко по-голям в резултат на отоплението.
линейно разширение
Дилатациялинейна на твърдите вещества е физическото явление, което се случва, когато линейно оформени тела, които са в твърдо състояние, като проводници, кабели, игли, пръти, тръби, претърпят вариация в температурата. За да изчислим величината на линейното разширение, използваме коефициентвдилатациялинейна на материала.
Примери за линейно термично разширение
Изкривяване на влакови коловози поради голямата топлинна амплитуда през деня и през нощта. Поради този ефект се използва компенсаторът, малко пространство между две последователни ленти.
Медните проводници, използвани при предаването на електрически ток на полюсите, винаги са по-големи от разстоянието между полюсите. Ако не бяха, през студените дни тези проводници биха претърпели отрицателни промени в дължината си и може да претърпят разкъсвания
повърхностно разширение
Дилатацияплитка на твърди частици е варирането в областта на тялото, което е в твърдо състояние поради повишаване на неговата температура. Изчисляването на повърхностното разширение на твърдо вещество зависи от неговото коефициентвдилатацияплитка.
Примери за повърхностно топлинно разширение
Между плочите от плочки, използвани в жилищни подове и тротоари, остава малко свободно пространство, която е заета от фугиращата смес, порест материал, способен да поеме част от разширението, понесено от частите керамика.
Обикновено се вижда как механици нагряват гайка, прикрепена към болт, за да я свалят, тъй като нагряването кара гайката да се разширява, улеснявайки нейното отстраняване.
обемно разширение
обемно разширениетова е разширяването на обема на тялото чрез повишаване на неговата температура. Обемното разширение се изчислява от коефициентвдилатацияобемни на тялото.
Примери за обемно термично разширение
Винтовете, използвани във фюзелажите на самолетите, могат да бъдат поставени при много ниски температури, преди да бъдат резбовани. След резбата повишаването на температурата на винта разширява своите размери, което прави почти невъзможно да се отстрани по-късно.
Коефициент на термично разширение
Докато някои материали трябва да претърпят огромни температурни вариации, за да стане тяхното разширяване забележими, другите трябва да имат температурата си да варира с няколко градуса, така че разликите в техните размери.
Извиква се физическото свойство, което определя лекотата или трудността на материала, като размерите му се променят чрез температурно изменение коефициент на термично разширение.
С повишаването на температурата молекулите на тялото започват да заемат по-голямо пространство.
Вижсъщо: Калориметрия
Всеки материал има свой собствен коефициент на топлинно разширение, който може да бъде от три различни вида: коефициент на дилатациялинейна, плитка и обемни. За да изчислим разширението, претърпяно от дадено тяло, използваме само един от тези коефициенти, определен според формата, представена от тялото.
Въпреки страдащата повърхност и обемното разширение, удължени тела, които имат линейна симетрия, като напр кабели и проводници, подлежат на разширение по своята дължина много по-голямо от разширението в тяхната област или сила на звука.
Коефициентите на разширение линейна, плитка и обемни се означават съответно с гръцките букви α, β, и γ, и мерната му единица е ºC-1.
Ефектът от термичното разширение на твърдите вещества е от голямо търговско и технологично значение. В строителната конструкция например се използват материали, които често са изложени на големи и понякога резки температурни колебания. В този случай е от съществено значение да се знаят коефициентите на разширение на всеки материал, използван в гражданското строителство, за да се избегне появата на пукнатини и други структурни дефекти.
Връзка между коефициентите на разширение на твърдите вещества
Телата с различни симетрии, изработени от един и същ материал, се подлагат на различни форми на разширение. Например желязната пръчка се подлага на линейно разширение, докато лист от същия материал се разширява на повърхността. Това е така, защото коефициентът на повърхностно разширение е два пъти коефициента на разширение линейна, докато коефициентът на обемно разширение е три пъти по-голям от коефициента на разширение линейна. Гледам:
Не спирайте сега... Има още след рекламата;)
α – коефициент на линейно разширение
β – коефициент на повърхностно разширение
γ – коефициент на обемно разширение
Термично разширение в мостове
Ефектите от термичното разширение са особено важни при конструкции, които не могат да деформират или напукат структурата си, като мостове. Ето защо при този тип конструкция се използват няколко компенсатора.
Изображението по-долу показва разширителното съединение на мост. Гледам:
Разширителните фуги намаляват шансовете за напукване в резултат на разширяването на бетона в мостовете.
Формули за термично разширение
Проверете по-долу формулите, използвани за изчисляване на линейното, повърхностното и обемното разширение на твърдите вещества.
Формула за линейна дилатация
Формулата за линейно разширение може да бъде представена по два начина: един за изчисляване на крайния размер на тялото и друг за изчисляване на вариацията на дължината, понесена по време на разширението:
L - крайна дължина
L0 - начална дължина
ΔT - вариране на температурата
ΔL - вариране на дължината
Формула за дилатация на повърхността
Подобно на формулата за линейно разширение, формулата за повърхностно разширение също може да бъде написана по два различни начина:
с - финална площ
с0 - начална площ
ΔT - вариране на температурата
С - вариация на площта
Формула за обемно разширение
И накрая, имаме изразите, които ни позволяват да изчислим крайния обем на тялото или неговата обемна вариация:
V - Финален том
V0 - първоначален обем
ΔT - вариране на температурата
ΔV - вариация на обема
Обобщение
Когато твърдото вещество се нагрява, неговите молекули започват да вибрират по-широко, заемайки повече място. В зависимост от коефициента на нагряване и разширяване на материала ефектът може да се наблюдава с невъоръжено око.
Коефициентите на повърхност и обемно разширение на един и същ хомогенен материал (направени от едно вещество) са съответно двойно и тройно коефициент на линейно разширение.
Всяко тяло претърпява и трите вида дилатация едновременно, но единият от тях е по-значим от другите, тъй като е по-привилегирован от формата на тялото.
Упражнения за термично разширение
Желязна пръчка с дължина 2,0 m, чийто коефициент на линейно разширение е α = 1,2,10-5 ° С-1 то е при стайна температура (25ºC). След това това тяло се излага на източник на топлина, достигайки в края на нагряването си температура от 100 ° C.
Определи:
а) разширението, претърпяно от бара.
б) крайната дължина на лентата.
в) повърхностните и обемни коефициенти на разширение на материала, от който е направена тази лента.
Резолюция
а) За да изчислим разширението, претърпяно от бара, трябва да помним, че формата му е линейна, така че това е най-важната форма на разширение, понесено от него. Използвайки формулата за линейно разширение, ще имаме:
Според горния резултат тази лента ще претърпи разширение от 1,8 mm по дължината си.
б) Крайната дължина на лентата може лесно да бъде намерена, тъй като вече знаем разширението, понесено от нея. Крайната му дължина ще бъде 2.0018 m (2 метра и 1,8 мм)
в) Коефициентите на повърхностно и обемно разширение са кратни на коефициента на линейно разширение. Стойностите им съответно са 2,4.10-5 ° С-1и 3,6.10-5 ° С-1.
От мен Рафаел Хелерброк
Определете модула на коефициента на повърхностно разширение на хомогенна стоманена греда с дължина 5,0 m, която при нагряване до 50 ° C има линейно разширение 5,10-3 м.
Знаейки, че твърдият и хомогенен материал има постоянен коефициент на обемно разширение, равен на 1.2.10-5 ° С-1, определете коефициента на повърхностно разширение на този материал и проверете правилната алтернатива:
