Když má tělo nárůst teplota, molekuly, které ji tvoří, přijímají energii a míchají se, což způsobuje zvětšení rozměrů objektu. Tento jev je znám jako teplotní roztažnost. Podobně, když je tělo ochlazeno, jeho energie klesá, stejně jako molekulární míchání, což způsobuje zmenšení jeho rozměrů, které je známé jako kontrakce tepelný.
THE teplotní roztažnost lze klasifikovat třemi způsoby: lineární, mělký a objemový.
lineární tepelná dilatace
když kolísání teploty těla změnit vzdálenost mezi dvěma body, lineární tepelná roztažnost, což může být mimo jiné změna délky tyče, poloměru koule, úhlopříčky kostky nebo čtverce.
Jako příklad zvažte železnou tyč délky L0 s počáteční teplotou Ti. Zvýšením teploty na TF , délka se zvýší na L. Podívej se na obrázek:
Diagram ukazující lineární tepelnou roztažnost způsobenou nárůstem teploty
Kolísání teploty (ΔT) je rozdíl mezi konečnou a počáteční teplotou:
ΔT = TF - Ti
Lineární tepelná roztažnost (ΔL) produkovaná touto teplotní změnou je rozdíl mezi konečnou délkou L a počáteční délkou L0:
Δ L = L - L0
Tato expanze, kterou tyč utrpěla, je úměrná teplotním změnám a počáteční délce tyče, takže ji lze vypočítat také pomocí Zákon lineární tepelné dilatace podle vzorce:
Δ L = α. L0. Δ T
Konstanta proporcionality α se nazývá lineární koeficient tepelné roztažnosti materiálu, který tvoří tyč. Jeho měrnou jednotkou je vzájemný stupeň Celsia, představovaný ° C -1. Toto množství předpokládá jinou hodnotu pro každý typ materiálu, což představuje lineární tepelnou roztažnost pro každou jednotku délky a pro každou jednotku teplotní změny.
V následující tabulce jsou uvedeny hodnoty koeficientu lineární tepelné roztažnosti některých látek:
Látka |
Koeficient (10-6 ° C -1) |
Vést |
27 |
Hliník |
25 |
stříbrný |
20 |
Křemík |
2,6 |
Ocel |
14 |
Zlato |
15 |
Grafické znázornění lineární tepelné roztažnosti
Můžeme získat lineární tepelnou roztažnost z grafu délky v závislosti na teplotě:
Graf délky a teploty lineární tepelné roztažnosti
Můžeme vztahovat úhel φ se zákonem lineární tepelné roztažnosti, protože:
Δ L = α. L0. Δ T
a
ΔL = α. L0
Δ T
být přímkový úhlový koeficient což představuje změnu délky s teplotou, je dána vztahem:
tg φ = ΔL
Δ T
již brzy:
tg φ = α. L0
Čára nemůže projít bodem 0, protože počáteční délka se nemůže rovnat nule.
Jeden z důsledků lineární tepelné roztažnosti lze vidět v inženýrských stavbách, například dilatační spáry (obrázek v názvu), které existují na kolejích nebo chodnících. Jsou prostě malým prázdným prostorem ponechaným v částech konstrukce pro expanzi způsobenou teplotní výkyvy, například v případě požáru, nebo dokonce přirozené výkyvy, nepoškozují strukturu budovy. Pokud by tyto dilatační spáry neexistovaly, mohlo by jakékoli zvýšení teploty způsobit ohnutí nebo zlomení betonu nebo kování.
Mariane Mendes
Vystudoval fyziku
Zdroj: Brazilská škola - https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-dilatacao-termica-linear.htm
