Når en krop har en stigning i temperatur, molekylerne, der udgør det, modtager energi og bliver urolige og forårsager en forøgelse af objektets dimensioner. Dette fænomen er kendt som varmeudvidelse. Når et legeme afkøles, aftager dets energi ligeledes molekylær agitation, hvilket medfører en reduktion i dets dimensioner, som er kendt som sammentrækning termisk.
DET varmeudvidelse kan klassificeres på tre måder: lineær, overfladisk og volumetrisk.
lineær termisk udvidelse
når temperaturvariation af et legeme for at ændre afstanden mellem to punkter, lineær termisk ekspansion, som kan være en variation i længden af en søjle, radius af en kugle, diagonal af en terning eller en firkant, blandt andre.
Som et eksempel kan du overveje en jernstang med længden L0 med starttemperatur Tjeg. Ved at hæve din temperatur til Tf , forlænges længden til L. Se på billedet:
Diagram, der viser lineær termisk ekspansion forårsaget af temperaturstigning
Temperaturvariationen (ΔT) er forskellen mellem den endelige og den indledende temperatur:
AT = Tf - Tjeg
Den lineære termiske ekspansion (AL) produceret af denne temperaturvariation er forskellen mellem den endelige længde L og den indledende længde L0:
Δ L = L - L0
Denne udvidelse, som stangen lider, er proportional med temperaturvariationen og stangens indledende længde, så den kan også beregnes med Lov om lineær termisk dilatation ved formlen:
AL = α. L0. Δ T
Proportionalitetskonstanten α kaldes lineær termisk ekspansionskoefficient af det materiale, der udgør stangen. Dens måleenhed er den gensidige grad Celsius, der er repræsenteret af ºC -1. Denne mængde antager en forskellig værdi for hver type materiale, der repræsenterer den lineære termiske ekspansion for hver længdeenhed og for hver enhed af temperaturvariation.
Stop ikke nu... Der er mere efter reklamen;)
Se følgende tabel for værdierne for koefficienten for lineær termisk ekspansion af nogle stoffer:
Stof |
Koefficient (10-6 ° C -1) |
At føre |
27 |
Aluminium |
25 |
Sølv |
20 |
Silicium |
2,6 |
Stål |
14 |
Guld |
15 |
Grafisk repræsentation af lineær termisk ekspansion
Vi kan opnå lineær termisk ekspansion fra en graf over længde versus temperatur:
Graf over længde versus temperatur for lineær termisk ekspansion
Vi kan relatere vinklen φ med loven om lineær termisk ekspansion, da:
AL = α. L0. Δ T
og
ΔL = α. L0
Δ T
at være lige linie vinkelkoefficient som repræsenterer variationen i længde med temperatur, den er givet ved:
tg φ = ΔL
Δ T
snart:
tg φ = α. L0
Linjen kan ikke passere gennem punkt 0, da den indledende længde ikke kan være lig med nul.
En af konsekvenserne af lineær termisk ekspansion kan ses i ingeniørarbejder, for eksempel ekspansionsfuger (figur i titlen), der findes på togspor eller fortove. De er simpelthen et lille tomt sted tilbage i dele af konstruktionen til ekspansion forårsaget af temperaturvariationer, f.eks. i tilfælde af brand eller endda naturlige variationer, beskadiger ikke strukturen på bygninger. Hvis disse ekspansionsfuger ikke eksisterede, kan temperaturstigning medføre, at betonen eller hardware bøjes eller knækker.
Af Mariane Mendes
Uddannet i fysik
Vil du henvise til denne tekst i et skole- eller akademisk arbejde? Se:
TEIXEIRA, Mariane Mendes. "Hvad er lineær termisk ekspansion?"; Brasilien skole. Tilgængelig i: https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-dilatacao-termica-linear.htm. Adgang til 28. juni 2021.