Udvidelseoverfladisk er navnet på det fænomen, hvor der er et stigning i arealet af alegeme forårsaget af en temperaturstigning. Denne type udvidelse forekommer i kroppe med overfladisk symmetri, såsom plader, bordplader, brædder, fliser osv.
Seogså: Kalorimetri
Overfladedilatationen afhænger af overfladeekspansionskoefficient. Denne koefficient, hvis enhed er ° C-1, er funktion af hver type materiale, men hold et forholdsmæssigt forhold til koefficienten for lineær ekspansion:
β - overfladeekspansionskoefficient (° C-1)
α - lineær ekspansionskoefficient (° C-1)
Vi kan forstå dette forhold, hvis vi ser, at der i overfladedilatation er to udvidelserlineær: en til længde og en anden til højde af kroppen. Det er vigtigt at understrege, at forholdet vist ovenfor kun gælder for kroppe dannet af rene stoffer og homogen.
Formel
Kontroller den formel, der bruges til at beregne modul af overfladedilatation - variationen i området, som en eller anden krop har lidt, når den opvarmes.
S - arealdilatation (m²)
s0- startareal (m²)
β - overfladeudvidelseskoefficient (° C-1)
AT —Temperaturvariation (° C)
Ud over denne måde kan vi beregne overfladedilatationen på en anden måde, så vi direkte kan finde det endelige område af kroppen, tjek:
s - endelig areal (m²)
Varmeudvidelse
Når det opvarmes, molekyler af kroppe har tendens til at vibrere ved højere hastigheder, hvilket gør makroskopiske dimensioner af kroppe kan være ændretomend minimalt. Det kaldes fænomenet, hvor en krop ændrer størrelse, når den opvarmes udvidelsetermisk.
På trods af at det er intuitivt, er det ikke sandt, at alle materialer udvides, når deres temperatur øges, der er materialer, der er til stede negative ekspansionskoefficienter (såsom vulkaniseret gummi), det vil sige, når disse materialer opvarmes, reduceres deres dimensioner.
Termisk ekspansion er opdelt i tre ekspansionsundertyper: lineær, overfladisk og volumetrisk. Disse typer af udvidelse forekommer sammen, men en af dem vil være mere signifikant end de andre i henhold til kroppens form.
For eksempel: på grund af sin form lider nålen mere udvidelselineær i forhold til andre former for udvidelse en metalplade lider igen mere udvidelseoverfladisk, på grund af dets format væsker og gasser, der optager pladsen i deres beholdere, har tendens til at udvide sig i alle retninger og derfor til stede udvidelsevolumetrisk.
Seogså:Hvad er entropi?
Udvidelse af væsker
Væsker kan gennemgå volumetrisk ekspansion, når de opvarmes. Men når man studerer denne type udvidelse, er det vigtigt, at vi overvejer volumetrisk udvidelse af containere hvor væsker opbevares.
I denne forstand taler man om tilsyneladende udvidelse - forskellen mellem den udvidelse, som væsken lider af, og dens beholder. Få adgang til vores artikel og lær alt om flydende dilatation.
Eksperiment
Der er eksperimenter, der kan udføres hurtigt og nemt for at visualisere fænomenet overfladisk udvidelse. Tjek nogle tilfælde:
Nødvendige materialer:
1 isoporbakke
1 mønt
1 lys
Tændstikker
1 tang
1 pen
1 saks
Metodologi:
Læg mønten på isoporbakken, og skits den med pennen. Skær det derefter ud. Tænd lyset, og hold mønten med tangen, og placer den lige over lysets flamme (være i nærværelse af en voksen for at udføre denne type eksperimenter).
Efter et par minutter skal du placere mønten på isoporbakken, og du vil bemærke, at den er krympet i størrelse efter smeltning af isopor. For at sammenligne størrelserne på de opvarmede og kolde mønter skal du placere hullet, der er produceret af den opvarmede mønt, og det stykke isopor, der blev skåret ud side om side.
Et andet interessant eksperiment er at have en kant og en metallisk kugle med en radius lidt større end kanten. Ved stuetemperatur vil kuglen ikke være i stand til at passere gennem kanten, men når vi opvarmer kanten, øges dens indre område på grund af termisk ekspansion, og kuglen vil være i stand til at passere gennem den:
En anden mulighed er at forsøge at åbne en gryde, hvor låget er fastgjort ved at opvarme det, hvilket får sit område til at udvides:
løste øvelser
Spørgsmål 1) En 0,05 m² rektangulær metalplade har en temperatur på 25 ° C, når den opvarmes af sollys, indtil dens temperatur når 75 ° C. Koefficienten for overfladeekspansion af det materiale, der udgør arket, er lig med 2.0.10-4 ºC-1, hvor meget vil variationen være i området på denne plade?
a) 0,0575 m²
b) 0,0505 m²
c) 1.500 m²
d) 0,750 m²
e) 0,550 m²
Skabelon: Brev B
Løsning:
For at finde det sidste areal af metalpladen bruger vi følgende overfladeekspansionsformel:
Vi indsætter i formlen de data, der blev leveret i øvelsen:
I henhold til dataene fra øvelsen vil dette metalplades endelige areal være 0,505 m², så det rigtige alternativ er bogstavet B.
Spørgsmål 2) Et givet materiale har en lineær ekspansionskoefficient på 1.5.10-5 ° C-1, er koefficienten for overfladeudvidelse af det samme materiale:
a) 0,50,10-5 ° C-1
b) 0,75,10-5 ° C-1
c) 3.0.10-5 ° C-1
d) 4.50.10-5 ° C-1
e) 0,40,10-5 ° C-1
Skabelon: Brev Ç
Løsning:
For at løse denne øvelse skal du bare huske, at to kroppe med forskellige symmetrier, men lavet af det samme rene stof, skal du holde følgende forhold mellem deres termiske ekspansionskoefficienter:
Derfor er det rigtige alternativ brevet Ç.
Spørgsmål 3) En 0,4 m² kort- og overfladeekspansionskoefficient svarende til 2.0.10-5 ° C-1 opvarmes fra 20 ° C til 200 ° C. Bestem den procentvise stigning i areal for denne plade.
a) 0,36%
b) 35%
c) 25%
d) 0,25%
e) 5%
Skabelon: Brev DET
Løsning:
Lad os først beregne modulet for den ekspansion, som pladen har lidt ved hjælp af overfladeekspansionsformlen:
Ved hjælp af dataene fra øvelsen bliver vi nødt til at foretage følgende beregning:
I denne opløsning beregner vi først, hvad den udvidelse, der led af plak. Dernæst lavede vi forholdet mellem det endelige område af pladen, som er summen af det oprindelige areal med udvidelsen af pladen, med det oprindelige areal af pladen. Efter at have multipliceret den opnåede værdi med 100, finder vi procentdelen af det nye areal i forhold til det forrige: 100.036, det vil sige: arealet af pladen steg med 0,36%.
Af mig Rafael Helerbrock
Kilde: Brasilien skole - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/dilatacao-superficial.htm