Du væsker kan lide varmeudvidelsesåvel som faste stoffer, når de opvarmes. Ekspansionen af væsker sker, når deres temperatur øges, så dets molekyler er mere ophidsede. For at bestemme udvidelsen af en væskes volumen skal vi kende dens volumetrisk ekspansionskoefficient, men også den udvidelse, som lider af beholder der indeholder denne væske.
Den udvidelse, der lider af væsker, kaldes volumetrisk udvidelse. I denne type udvidelse skal alle dimensioner af et legeme eller væske, ligesom væsker og gasser, gennemgår betydelige stigninger som reaktion på en stigning i temperaturen. Dette fænomen opstår på grund af den termiske omrøring af kroppens molekyler: jo højere temperaturen er, jo større er amplituden af omrøringen af disse molekyler, som begynder at bevæge sig i et større rum.
Stop ikke nu... Der er mere efter reklamen;)
Seogså: Grundlæggende koncepter for hydrostatik
Formel for volumetrisk ekspansion
Vi kan beregne den volumetriske ekspansion af en væske ved hjælp af følgende formel:
AV - volumenvariation (m³)
V0- startvolumen (m³)
γ - volumetrisk ekspansionskoefficient (° C-1)
AT - temperaturvariation (° C)
Formlen vist ovenfor kan bruges til at beregne volumenforøgelsen (AV) af en væske på grund af en variation i dens temperatur (AT). Med nogle algebraiske manipulationer er det muligt at skrive den samme formel som ovenfor i et format, der giver os mulighed for direkte at beregne det endelige volumen af en væske efter opvarmning, se:
V - endelig væskevolumen
Bemærk, at det i begge formler er nødvendigt at vide, hvor meget konstant γ, kendt som volumetrisk ekspansionskoefficient. Denne størrelse målt i ºC-1(Det lyder: 1 på grader Celsius), det giver os, hvor stor udvidelsen af et eller andet stof er for hver 1 ° C ændring i dets temperatur.
Volumetrisk ekspansionskoefficient
Den volumetriske ekspansionskoefficient er a fysisk ejendom som måler hvor stor en krops volumenændring er for en given ændring i dens temperatur. Denne mængde er ikke konstant, og dens værdi kan kun betragtes som konstant i nogle temperaturområder. Tjek nogle typiske værdier af ekspansionskoefficienterne for nogle stoffer i flydende tilstand ved en temperatur på 20 ° C:
Stof |
Volumetrisk ekspansionskoefficient (° C-1) |
Vand |
1,3.10-4 |
Kviksølv |
1,8.10-4 |
Ætanol |
11,2.10-4 |
Aceton |
14,9.10-4 |
Glycerin |
4,9.10-4 |
Som nævnt ovenfor har den volumetriske ekspansionskoefficient afhængighed med temperatur, det vil sige, at dit modul kan svinge under opvarmning eller nedkøling. For at foretage beregningerne bruger vi derfor ekspansionskoefficienterne inden for temperaturområdet, hvor grafen for V x T har formatet lineær. Holde øje:
Mellem temperaturerne T1 og T2, er ekspansionskoefficienten konstant.
Tilsyneladende udvidelse af væsker
Den tilsyneladende udvidelse af væsker bestemmes af det væskevolumen, der er overløb hvis en beholder er fuld af denne væske opvarmet. Hvis beholderen imidlertid oplever en volumenvariation svarende til den volumetriske variation, som væsken lider under, bør ingen væske løbe over.
Mængden af væske, der overløber i figuren, svarer til den tilsyneladende ekspansion.
Tilsyneladende udvidelsesformler
For at beregne det væskevolumen, der flyder over fra flasken, skal vi bruge formlen for tilsyneladende udvidelse, bemærk:
AVap - tilsyneladende udvidelse (m³)
V0 — indledende væskevolumen (m³)
γap - tilsyneladende volumetrisk ekspansionskoefficient (° C-1)
AT - temperaturvariation (° C)
I formlen ovenfor, AVap svarer til volumen væske, der er overløb, mens γap er den tilsyneladende ekspansionskoefficient. For at vide, hvordan man beregner den tilsyneladende ekspansionskoefficient, skal vi tage højde for den ekspansion, som kolben har lidt (AVF) der indeholdt væsken. For at gøre dette bruger vi følgende formel:
AVF - flaskeekspansion (m³)
V0- flaskens indledende volumen (m³)
γF - koefficient for volumetrisk ekspansion af kolben (° C-1)
AT - temperaturvariation (° C)
I det foregående udtryk, γF henviser til koefficienten for volumetrisk ekspansion af beholderen, der indeholder væsken, og AVF måler, hvad der var udvidelsen af den flaske. Den faktiske udvidelse, som væsken har lidt (AVR) kan beregnes som summen af den tilsyneladende udvidelse med hætteglasudvidelsen, bemærk:
AVR- faktisk væskeudvidelse
AVap - tilsyneladende væskedilatation
AVR - faktisk udvidelse af hætteglasset
Efter nogle algebraiske manipulationer med de præsenterede formler er det muligt at nå følgende resultat:
γ - reel væskeekspansionskoefficient (° C-1)
γF - koefficient for volumetrisk ekspansion af kolben (° C-1)
γap - tilsyneladende volumetrisk ekspansionskoefficient (° C-1)
Ovenstående forhold indikerer, at den faktiske ekspansionskoefficient for væsken kan findes ved hjælp af sum imellem tilsyneladende udvidelseskoefficienter Det er kolbe ekspansionskoefficient.
uregelmæssig udvidelse af vand
Vandet har en uregelmæssig adfærd vedrørende den termiske udvidelse mellem temperaturerne på 0 ° C og 4 ° C, forstå: opvarmning af vandet fra 0 ° C til 4 ° C, din lydstyrken falderi stedet for at øge. Af denne grund i flydende tilstand massefylde af vandet har din højeste værdi for temperaturen på 4 ° C. Graferne nedenfor hjælper med at forstå opførslen af tæthed og volumen af vand som en funktion af dets temperatur, bemærk:
Ved en temperatur på 4 ° C er tætheden af vand den højeste.
Som et resultat af denne adfærd brister læskedrikke eller flasker vand, når de efterlades i fryseren for længe. Når vandet når temperaturen på 4 ° C, dets volumen optages minimalt af flydende vand. Hvis køling fortsætter, vil vandmængden stige i stedet for at falde. når vandet når 0 ° C, vandmængden vil være steget meget, mens beholderen har reduceret sine egne målinger og forårsaget dens pause.
Flasker fyldt med vand, der går til fryseren, kan sprænge, når de når 0 ° C.
En anden konsekvens af denne unormale opførsel af vand er ingen frysning af flodbunden i meget kolde områder. Når vandtemperaturen nærmer sig 0 ºC, falder dens densitet, og derefter stiger det kolde vand på grund af opdrift. Når det stiger op, fryser det kolde vand og danner et islag over floderne. da is er en god termisk isolator, forbliver flodbunden ved ca. 4 ºC, fordi dens densitet ved denne temperatur er maksimal og har tendens til at forblive i bunden af floderne.
Årsagen til vandets unormale opførsel har en molekylær oprindelse: mellem 0 ° C og 4 ° C, den elektriske tiltrækning mellem vandmolekyler overvinder termisk omrøring på grund af eksistensen af hydrogenbindinger til stede mellem vandmolekylerne. Vand.
Seogså: Hvordan opstår uregelmæssig vandudvidelse?
løste øvelser
1) Bestem den volumetriske ekspansionskoefficient for en 1 m³ portion væske, der gennemgår en 0,05 m³ ekspansion, når den opvarmes fra 25 ° C til 225 ° C.
Løsning:
Lad os beregne ekspansionskoefficienten for den pågældende væske ved hjælp af den volumetriske ekspansionsformel:
Anvendelse af data leveret af erklæringen til den foregående formel foretager vi følgende beregning:
2) En glaskolbe, hvis volumetriske ekspansionskoefficient er 27.10-6 ° C-1, har en termisk kapacitet på 1000 ml, ved en temperatur på 20 ºC og er fuldstændigt fyldt med en ukendt væske. Når vi opvarmes sættet til 120 ºC, flyder 50 ml væske ud af beholderen. Bestem de tilsyneladende ekspansionskoefficienter; væskens faktiske ekspansionskoefficient; og den udvidelse, som glashætteglasset har lidt.
Løsning:
Lad os beregne den tilsyneladende ekspansionskoefficient, for det bruger vi følgende formel:
Ved hjælp af træningsdataene foretager vi følgende beregning:
Dernæst beregner vi væskens faktiske ekspansionskoefficient. For at gøre det skal vi beregne, hvad var den udvidelse, som glasflasken led:
Udskiftning af data leveret af øvelseserklæringen skal vi løse følgende beregning:
Med beregningen ovenfor bestemte vi, hvad udvidelsen led af glaskolben. For at finde den reelle udvidelse af væsken skal du blot tilføje volumen af den tilsyneladende udvidelse til volumenet af kolbeens udvidelse:
Resultatet opnået i svaret ovenfor indikerer, at væsken inde i hætteglasset gennemgik en faktisk ekspansion på 52,7 ml. Lad os endelig beregne væskens reelle ekspansionskoefficient:
Ved hjælp af ovenstående formel beregner vi den reelle vandudvidelseskoefficient svarende til:
Derfor er koefficienten for termisk ekspansion af denne væske 5.27.10-4 ° C-1.
Af mig Rafael Helerbrock
