Vy kapaliny může trpět teplotní roztažnost, stejně jako pevné látky, při zahřátí. K expanzi kapalin dochází při jejich teplotě zvyšuje, takže jeho molekuly jsou více rozrušené. Abychom určili dilataci objemu kapaliny, musíme vědět její koeficient objemové roztažnosti, ale také dilatace, kterou utrpěl kontejner který obsahuje tuto kapalinu.
Dilatace kapalin se nazývá volumetrická dilatace. U tohoto typu dilatace jsou všechny rozměry těla nebo tekutina, podobně jako kapaliny a plyny, podléhají významnému nárůstu v reakci na zvýšení teploty. Tento jev vzniká kvůli tepelnému míchání molekul těla: čím vyšší je teplota, tím větší je amplituda míchání těchto molekul, které se začínají pohybovat ve větším prostoru.
Dívej setaky: Základní pojmy hydrostatiky
Vzorec objemové expanze
Můžeme vypočítat objemovou expanzi, kterou kapalina utrpěla, pomocí následujícího vzorce:
ΔV - objemová variace (m³)
PROTI0- počáteční objem (m³)
γ - koeficient objemové roztažnosti (° C-1)
ΔT - kolísání teploty (° C)
Výše uvedený vzorec lze použít k výpočtu zvýšení objemu (
ΔV) kapaliny v důsledku změny její teploty (ΔT). U některých algebraických manipulací je možné napsat stejný vzorec jako výše ve formátu, který nám umožňuje přímo vypočítat konečný objem kapaliny po jejím zahřátí, viz:
PROTI - konečný objem kapaliny
Všimněte si, že v obou vzorcích je nutné vědět, kolik konstantní γ, známý jako koeficient objemové roztažnosti. Tato velikost, měřená ve ° C-1(Zní: 1 na stupních Celsia), dává nám to, jak velká je expanze nějaké látky, při každém 1 ° C změny její teploty.
Koeficient objemové roztažnosti
Koeficient objemové roztažnosti je a fyzické vlastnosti který měří, jak velká je změna objemu těla pro danou změnu jeho teploty. Toto množství není konstantní a jeho hodnotu lze považovat za konstantní pouze pro některé teplotní rozsahy. Podívejte se na některé typické hodnoty koeficientů roztažnosti některých látek v kapalném stavu při teplotě 20 ° C:
Látka |
Koeficient objemové roztažnosti (° C-1) |
Voda |
1,3.10-4 |
Rtuť |
1,8.10-4 |
Ethylalkohol |
11,2.10-4 |
Aceton |
14,9.10-4 |
Glycerol |
4,9.10-4 |
Jak je uvedeno výše, má koeficient objemové roztažnosti závislost s teplota, to znamená, že váš modul může během zahřívání nebo ochlazování kolísat. Proto pro výpočet používáme koeficienty roztažnosti, které jsou v teplotních rozsazích, kde graf V x T má formát lineární. Hodinky:
Mezi teplotami T1 a T2, koeficient roztažnosti je konstantní.
Zdánlivé rozšíření tekutin
Zdánlivá expanze kapalin je určena objemem kapaliny, který je přetekl pokud je nádoba zcela plná této kapaliny vyhřívaný. Pokud však v nádobě dojde k objemové změně, která se rovná objemové změně, kterou kapalina utrpěla, žádná kapalina by neměla přetékat.
Objem přetékající kapaliny na obrázku odpovídá zjevné expanzi.
Zdánlivé dilatační vzorce
Abychom mohli vypočítat objem kapaliny, která přetéká z láhve, musíme použít vzorec zjevné dilatace, poznámka:
ΔVap - zdánlivá dilatace (m³)
PROTI0 — počáteční objem kapaliny (m³)
γap - zdánlivý koeficient objemové roztažnosti (° C-1)
ΔT - kolísání teploty (° C)
Ve výše uvedeném vzorci ΔVap odpovídá objemu přetékající kapaliny, zatímco γap je zdánlivý koeficient roztažnosti. Abychom věděli, jak vypočítat koeficient zdánlivé expanze, musíme vzít v úvahu expanzi, kterou banka utrpěla (ΔVF), který obsahoval kapalinu. K tomu použijeme následující vzorec:
ΔVF - expanze láhve (m³)
PROTI0- počáteční objem láhve (m³)
γF - koeficient objemové roztažnosti baňky (° C-1)
ΔT - kolísání teploty (° C)
V předchozím výrazu γF odkazuje na koeficient objemové roztažnosti nádoby obsahující kapalinu a ΔVF měří, jaká byla dilatace té láhve. Skutečná expanze, kterou kapalina utrpěla (ΔVR) lze vypočítat jako součet zdánlivé dilatace s dilatací lahvičky, poznámka:
ΔVR—Skutečná dilatace kapaliny
ΔVap - zjevné dilatace kapaliny
ΔVR - skutečná dilatace lahvičky
Po několika algebraických manipulacích s předloženými vzorci je možné dosáhnout následujícího výsledku:
γ - skutečný koeficient roztažnosti kapaliny (° C-1)
γF - koeficient objemové roztažnosti baňky (° C-1)
γap - zdánlivý koeficient objemové roztažnosti (° C-1)
Výše uvedený vztah naznačuje, že skutečný koeficient roztažnosti kapaliny lze zjistit pomocí součet mezi zdánlivé dilatační koeficienty to je koeficient expanze baňky.
anomální dilatace vody
Voda má anomální chování týkající se tepelné roztažnosti mezi teplotami 0 ° C a 4 ° C, rozumějte: ohřev vody z 0 ° C na 4 ° C, váš hlasitost klesá, místo aby rostl. Z tohoto důvodu v kapalném stavu hustota vody má vaše nejvyšší hodnota pro teplotu 4 ° C. Níže uvedené grafy pomáhají porozumět chování hustoty a objemu vody jako funkce její teploty, poznámka:
Při teplotě 4 ° C je hustota vody nejvyšší.
V důsledku tohoto chování praskly nealkoholické nápoje nebo lahve s vodou, pokud byly ponechány v mrazničce příliš dlouho. Když voda dosáhne teploty 4 ° C, jeho objem je minimálně obsazen kapalnou vodou, pokud chlazení pokračuje, objem vody se místo snížení zvýší. když voda dosáhne 0 ° C, objem vody se výrazně zvýší, zatímco její nádoba sníží vlastní měření, což způsobí její přestávka.
Lahve naplněné vodou, které jdou do mrazničky, se mohou roztrhat, když dosáhnou 0 ° C.
Dalším důsledkem tohoto anomálního chování vody je žádné zamrzání dna řek ve velmi chladných oblastech. Když se teplota vody přiblíží 0 ° C, její hustota se sníží a poté studená voda stoupne kvůli vztlak. Jak stoupá, studená voda zmrzne a vytváří nad řekami vrstvu ledu. protože led je dobrý tepelný izolátor, dno řek zůstává přibližně na 4 ° C, protože při této teplotě je jeho hustota maximální a má tendenci zůstat na dně řek.
Důvod anomálního chování vody má molekulární původ: mezi 0 ° C a 4 ° C, elektrická přitažlivost mezi molekuly vody překonávají tepelné míchání kvůli existenci vodíkových vazeb přítomných mezi molekulami vody. Voda.
Dívej setaky: Jak dochází k anomální expanzi vody?
vyřešená cvičení
1) Určete objemový koeficient roztažnosti 1 m³ části kapaliny, která při zahřátí z 25 ° C na 225 ° C prochází expanzí 0,05 m³.
Řešení:
Vypočítáme koeficient roztažnosti dané kapaliny pomocí vzorce objemové roztažnosti:
Použitím údajů poskytnutých výpisem na předchozí vzorec provedeme následující výpočet:
2) Skleněná baňka, jejíž koeficient objemové roztažnosti je 27,10-6 ° C-1, má tepelnou kapacitu 1 000 ml, při teplotě 20 ° C a je zcela naplněn neznámou kapalinou. Když zahřejte soupravu na 120 ° C, vytéká z nádoby 50 ml kapaliny. Určete zdánlivé koeficienty roztažnosti; skutečný koeficient roztažnosti kapaliny; a dilatace skleněné lahvičky.
Řešení:
Vypočítáme koeficient zdánlivé expanze, k tomu použijeme následující vzorec:
Pomocí údajů o cvičení provedeme následující výpočet:
Dále vypočítáme skutečný koeficient expanze kapaliny. Abychom to mohli udělat, musíme vypočítat, jakou expanzi utrpěla skleněná láhev:
Nahrazením údajů poskytnutých v prohlášení o cvičení musíme vyřešit následující výpočet:
Výše uvedeným výpočtem jsme určili, jakou expanzi utrpěla skleněná baňka. Chcete-li tedy zjistit skutečnou expanzi kapaliny, přidejte objem zjevné dilatace k objemu dilatace baňky:
Výsledek získaný v odpovědi výše naznačuje, že kapalina uvnitř lahve prošla skutečnou expanzí 52,7 ml. Nakonec vypočítáme skutečný koeficient expanze kapaliny:
Pomocí výše uvedeného vzorce vypočítáme skutečný koeficient expanze vody rovný:
Proto je koeficient tepelné roztažnosti této kapaliny 5,27.10-4 ° C-1.
Podle mě. Rafael Helerbrock
Zdroj: Brazilská škola - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/dilatacao-liquidos.htm