Dilatacetepelný je to fyzikální jev vznikající při zvýšení teploty těla. Když je tělo vystaveno nějakému zdroji teplo, vaše teplota může procházet variacemi, což zvyšuje míchání molekul, které oscilují kolem většího prostoru.
Tuto mikroskopickou změnu vibrací molekul lze vnímat v makroskopickém měřítku, jako když zůstane železná tyč o něco větší v důsledku zahřívání.
lineární dilatace
Dilatacelineární pevné látky je fyzikální jev, ke kterému dochází, když lineárně tvarovaná tělesa, která jsou v pevném stavu, jako jsou dráty, kabely, jehly, tyče, trubky, podléhají změně teploty. Pro výpočet velikosti lineární dilatace použijeme součinitelvdilatacelineární materiálu.
Příklady lineární tepelné roztažnosti
Deformace vlakových kolejí kvůli velké tepelné amplitudě během denních a nočních cyklů. Z tohoto důvodu se používá dilatační spára, malý prostor mezi dvěma po sobě následujícími tyčemi.
Měděné dráty používané při přenosu elektrického proudu na póly jsou vždy větší než vzdálenost mezi póly. Pokud by tomu tak nebylo, v chladných dnech by tyto vodiče utrpěly negativní odchylky v jejich délce a mohly by utrpět prasknutí
povrchní dilatace
Dilatacemělký pevných látek je změna v oblasti těla, která je v pevném stavu v důsledku zvýšení jeho teploty. Výpočet povrchové roztažnosti tělesa závisí na jeho součinitelvdilatacemělký.
Příklady povrchové tepelné roztažnosti
Mezi dlaždicemi používanými v obytných podlahách a chodnících je ponechán malý volný prostor, který je obsazen injektážní maltou, porézním materiálem schopným absorbovat část expanze, kterou tyto části utrpěly keramika.
Je běžné vidět mechaniky, jak zahřívají matici připevněnou ke šroubu, aby ji odstranili, protože zahřívání způsobuje dilataci matice, což usnadňuje její vyjmutí.
volumetrická dilatace
volumetrická dilatacejedná se o expanzi objemu těla zvýšením jeho teploty. Objemová expanze se vypočítá z součinitelvdilataceobjemový z těla.
Příklady objemové tepelné roztažnosti
Šrouby používané v trupech letadel mohou být před závitem umístěny při velmi nízkých teplotách. Po navlékání závitů zvyšuje teplota šroubu své rozměry, takže je téměř nemožné jej později odstranit.
Koeficient tepelné roztažnosti
Zatímco některé materiály musí pro své expanzi podstoupit obrovské teplotní výkyvy viditelné, ostatní potřebují, aby se jejich teplota lišila o několik stupňů, aby rozdíly v jejich rozměry.
Fyzikální vlastnost, která určuje snadnost nebo obtížnost materiálu, jehož rozměry se mění změnou teploty, se nazývá koeficient tepelné roztažnosti.
S nárůstem teploty začnou molekuly těla zabírat větší prostor.
Dívej setaky: Kalorimetrie
Každý materiál má svůj vlastní koeficient tepelné roztažnosti, který může být tří odlišných typů: koeficient dilatacelineární, mělký a objemový. Pro výpočet expanze, kterou těleso utrpělo, použijeme pouze jeden z těchto koeficientů, určený podle tvaru představovaného tělesem.
Navzdory tomu, že trpí povrchovou a objemovou dilatací, protáhlá tělesa, která mají lineární symetrii, jako např kabely a vodiče, podléhají expanzi v jejich délce mnohem větší, než expanzi v jejich oblasti nebo objem.
Koeficienty roztažnosti lineární, mělký a objemový jsou označeny řeckými písmeny α, β, a γ, a jeho měrná jednotka je ºC-1.
Účinek tepelné roztažnosti pevných látek má velký komerční a technologický význam. Například pozemní stavitelství používá materiály, které jsou často vystaveny velkým a někdy prudkým změnám teploty. V tomto případě je nezbytné znát koeficienty roztažnosti každého materiálu používaného v civilních stavbách, aby se zabránilo vzniku trhlin a jiných strukturálních vad.
Vztah mezi koeficienty roztažnosti pevných látek
Těla s různou symetrií vyrobená ze stejného materiálu procházejí různými formami expanze. Například železná tyč prochází lineární expanzí, zatímco list stejného materiálu prochází povrchovou expanzí. Je to proto, že koeficient povrchové roztažnosti je dvojnásobný než koeficient roztažnosti lineární, zatímco objemový koeficient roztažnosti je třikrát větší než koeficient roztažnosti lineární. Hodinky:
Nepřestávejte... Po reklamě je toho víc;)
α – koeficient lineární roztažnosti
β – koeficient povrchové roztažnosti
γ – koeficient objemové roztažnosti
Tepelná dilatace v mostech
Účinky tepelné roztažnosti jsou zvláště důležité u konstrukcí, které nemohou deformovat nebo prasknout jejich strukturu, jako jsou mosty. Proto se u tohoto typu konstrukce používá několik dilatačních spár.
Obrázek níže ukazuje dilatační spoj mostu. Hodinky:
Dilatační spáry snižují pravděpodobnost praskání v důsledku roztažení betonu v mostech.
Vzorce tepelné roztažnosti
Níže zkontrolujte vzorce používané k výpočtu lineárních, povrchových a objemových expanzí pevných látek.
Lineární dilatační vzorec
Lineární dilatační vzorec lze prezentovat dvěma způsoby: jedním pro výpočet konečné velikosti těla a druhým pro výpočet délkových variací, které se vyskytly během dilatace:
L - konečná délka
L0 - počáteční délka
ΔT - kolísání teploty
ΔL - variace délky
Vzorec pro dilataci povrchu
Stejně jako vzorec lineární expanze lze i vzorec povrchové expanze psát dvěma různými způsoby:
s - konečná plocha
s0 - počáteční plocha
ΔT - kolísání teploty
S - variace oblasti
Vzorec objemové expanze
Nakonec máme výrazy, které nám umožňují vypočítat konečný objem tělesa nebo jeho objemovou variantu:
PROTI - Konečný objem
PROTI0 - počáteční objem
ΔT - kolísání teploty
ΔV - objemová variace
souhrn
Když je pevná látka zahřátá, její molekuly začnou vibrovat více a zabírají více místa. V závislosti na koeficientu ohřevu a roztažnosti materiálu lze účinek pozorovat pouhým okem.
Koeficienty povrchové a objemové roztažnosti stejného homogenního materiálu (vyrobeného z jedné látky) jsou dvojnásobkem a trojnásobkem koeficientu lineární roztažnosti.
Každé tělo prochází všemi třemi typy dilatace současně, ale jeden z nich je významnější než ostatní, protože je více privilegovaný tvarem těla.
Cvičení na tepelnou roztažnost
2,0 m dlouhá železná tyč, jejíž koeficient lineární roztažnosti je α = 1,2.10-5 ° C-1 je při pokojové teplotě (25 ° C). Toto těleso je poté vystaveno zdroji tepla a na konci zahřívání dosáhne teploty 100 ° C.
Určit:
a) expanze, kterou bar utrpěl.
b) konečná délka tyče.
c) koeficienty povrchové a objemové roztažnosti materiálu, ze kterého je tato tyč vyrobena.
Řešení
a) Pro výpočet expanze, kterou tyč utrpěla, si musíme pamatovat, že její tvar je lineární, takže se jedná o nejdůležitější formu expanze, kterou utrpěla. Pomocí vzorce lineární dilatace budeme mít:
Podle výše uvedeného výsledku by tato lišta prošla roztažením své délky o 1,8 mm.
b) Konečnou délku lišty lze snadno zjistit, protože již známe expanzi, kterou utrpěla. Jeho konečná délka bude 2,0018 m (2 metry a 1,8 mm)
c) Koeficienty povrchové a objemové roztažnosti jsou násobky koeficientu lineární roztažnosti. Jejich hodnoty jsou 2,4.10-5 ° C-1a 3,6.10-5 ° C-1.
Podle mě. Rafael Helerbrock
Určete modul koeficientu povrchové roztažnosti 5,0 m dlouhého homogenního ocelového nosníku, který má při zahřátí na 50 ° C lineární roztažnost 5,10-3 m.
S vědomím, že pevný a homogenní materiál má konstantní objemový expanzní koeficient rovný 1.2.10-5 ° C-1, určete koeficient povrchové roztažnosti tohoto materiálu a zkontrolujte správnou alternativu:
