ErweiterungThermal- es ist ein physikalisches Phänomen, das durch eine Erhöhung der Körpertemperatur entsteht. Wenn ein Körper einer Quelle von. ausgesetzt ist Hitze, Ihre Temperatur es kann Variationen unterliegen, die die Bewegung der Moleküle erhöhen, die um einen größeren Raum schwingen.
Diese mikroskopische Variation in der Schwingung von Molekülen kann im makroskopischen Maßstab wahrgenommen werden, wie wenn ein Eisenstab bleibt etwas größer als Folge der Erwärmung.
lineare Dilatation
Erweiterunglinear von Festkörpern ist das physikalische Phänomen, das auftritt, wenn linear geformte Körper, die sich im festen Zustand befinden, wie Drähte, Kabel, Nadeln, Stangen, Rohre, einer Temperaturänderung unterliegen. Um die Größe der linearen Dilatation zu berechnen, verwenden wir die KoeffizientimErweiterunglinear des Materials.
Beispiele für lineare Wärmeausdehnung
Verwerfungen von Bahngleisen aufgrund der großen thermischen Amplitude im Tag- und Nachtzyklus. Aufgrund dieses Effekts verwendet der Kompensator einen kleinen Zwischenraum zwischen zwei aufeinanderfolgenden Stäben.
Die Kupferdrähte, die bei der Übertragung von elektrischem Strom auf Masten verwendet werden, sind immer größer als der Abstand zwischen den Polen. Wenn dies nicht der Fall wäre, würden diese Leiter an kalten Tagen negative Längenänderungen erleiden und könnten reißen
oberflächliche Erweiterung
Erweiterungflach von Festkörpern ist die Flächenänderung eines Körpers, der sich aufgrund einer Temperaturerhöhung im festen Zustand befindet. Die Berechnung der Oberflächenausdehnung eines Festkörpers hängt von seiner KoeffizientimErweiterungflach.
Beispiele für thermische Oberflächenausdehnung
Zwischen den Fliesenbrettern, die in Wohnböden und Gehwegen verwendet werden, bleibt ein kleiner Freiraum, die vom Mörtel eingenommen wird, einem porösen Material, das einen Teil der von den Teilen erlittenen Ausdehnung aufnehmen kann Keramik.
Es ist üblich, dass Mechaniker eine an einer Schraube befestigte Mutter erhitzen, um sie zu entfernen, da sich die Mutter durch die Erwärmung ausdehnt, was ihr Entfernen erleichtert.
volumetrische Dilatation
volumetrische Dilatationes ist die Ausdehnung des Körpervolumens durch Erhöhung seiner Temperatur. Die Volumenausdehnung berechnet sich aus KoeffizientimErweiterungvolumetrische vom Körper.
Beispiele für volumetrische Wärmeausdehnung
Schrauben, die in Flugzeugrümpfen verwendet werden, können bei sehr niedrigen Temperaturen eingesetzt werden, bevor sie eingeschraubt werden. Nach dem Einfädeln erweitert die Temperaturerhöhung der Schraube ihre Dimensionen, sodass sie später kaum noch entfernt werden kann.
Wärmeausdehnungskoeffizient
Während einige Materialien großen Temperaturschwankungen ausgesetzt sind, damit sie sich ausdehnen, spürbar, bei anderen muss die Temperatur um einige Grad variiert werden, damit Unterschiede in ihrer Maße.
Die physikalische Eigenschaft, die die Leichtigkeit oder Schwierigkeit des Materials bestimmt, seine Abmessungen durch eine Temperaturänderung zu ändern, wird als bezeichnet Wärmeausdehnungskoeffizient.
Mit steigender Temperatur beginnen die Moleküle eines Körpers, einen größeren Raum einzunehmen.
Aussehenebenfalls: Kalorimetrie
Jedes Material hat seinen eigenen Wärmeausdehnungskoeffizienten, der von drei verschiedenen Typen sein kann: Koeffizient von Erweiterunglinear, flach und volumetrische. Um die Ausdehnung eines Körpers zu berechnen, verwenden wir nur einen dieser Koeffizienten, der gemäß der vom Körper präsentierten Form bestimmt wird.
Trotz leidender Oberflächen- und Volumendilatation können längliche Körper mit linearer Symmetrie, wie z Kabel und Leitungen, in ihrer Länge einer Ausdehnung unterliegen, die viel größer ist als die Ausdehnung in ihrem Bereich oder Volumen.
Die Ausdehnungskoeffizienten linear, flach und volumetrische werden jeweils mit den griechischen Buchstaben bezeichnet α, β, und γ, und seine Maßeinheit ist ºC-1.
Der Einfluss der Wärmeausdehnung von Feststoffen ist von großer wirtschaftlicher und technologischer Bedeutung. Im Hochbau werden beispielsweise Materialien verwendet, die oft großen und teilweise starken Temperaturschwankungen ausgesetzt sind. In diesem Fall ist es wichtig, die Ausdehnungskoeffizienten jedes im Tiefbau verwendeten Materials zu kennen, um das Auftreten von Rissen und anderen strukturellen Mängeln zu vermeiden.
Zusammenhang zwischen Ausdehnungskoeffizienten von Feststoffen
Körper mit unterschiedlichen Symmetrien aus dem gleichen Material erfahren unterschiedliche Ausdehnungsformen. Ein Eisenstab beispielsweise erfährt eine Längenausdehnung, während ein Blech aus dem gleichen Material eine Oberflächenausdehnung erfährt. Dies liegt daran, dass der Oberflächenausdehnungskoeffizient das Doppelte des Ausdehnungskoeffizienten ist linear, wobei der Volumenausdehnungskoeffizient dreimal größer ist als der Ausdehnungskoeffizient linear. Uhr:
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α – linearer Ausdehnungskoeffizient
β – Oberflächenausdehnungskoeffizient
γ – Volumenausdehnungskoeffizient
Wärmedehnung in Brücken
Die Auswirkungen der Wärmeausdehnung sind besonders wichtig bei Konstruktionen, die ihre Struktur nicht verformen oder brechen können, wie z. B. Brücken. Deshalb werden bei dieser Bauart mehrere Kompensatoren verwendet.
Das Bild unten zeigt die Dehnungsfuge einer Brücke. Uhr:
Dehnungsfugen verringern die Rissgefahr durch die Ausdehnung des Betons in den Brücken.
Formeln für die Wärmeausdehnung
Sehen Sie sich unten die Formeln an, die zur Berechnung der linearen, oberflächlichen und volumetrischen Ausdehnung von Feststoffen verwendet werden.
Lineare Dilatationsformel
Die lineare Dilatationsformel kann auf zwei Arten dargestellt werden: eine zur Berechnung der endgültigen Körpergröße und eine andere zur Berechnung der während der Dilatation erlittenen Längenänderung:
L – Endlänge
L0 – Anfangslänge
T - Temperaturschwankungen
L – Längenvariation
Oberflächendilatationsformel
Wie die Längenausdehnungsformel kann auch die Flächenausdehnungsformel auf zwei verschiedene Arten geschrieben werden:
so – Endbereich
so0 – Anfangsbereich
T - Temperaturschwankungen
S - Bereichsvariation
Volumetrische Expansionsformel
Schließlich haben wir die Ausdrücke, die es uns ermöglichen, das Endvolumen eines Körpers oder seine volumetrische Variation zu berechnen:
V - Endvolumen
V0 – Anfangsvolumen
T - Temperaturschwankungen
V – Lautstärkevariation
Zusammenfassung
Wenn ein Festkörper erhitzt wird, beginnen seine Moleküle breiter zu schwingen und nehmen mehr Platz ein. Je nach Erwärmungs- und Ausdehnungskoeffizient des Materials kann der Effekt mit bloßem Auge beobachtet werden.
Die Oberflächen- und Volumenausdehnungskoeffizienten des gleichen homogenen Materials (aus einer einzigen Substanz hergestellt) betragen das Doppelte bzw. das Dreifache des linearen Ausdehnungskoeffizienten.
Jeder Körper durchläuft gleichzeitig alle drei Arten der Dilatation, jedoch ist eine von ihnen bedeutender als die anderen, da sie durch die Form des Körpers privilegierter ist.
Übungen zur thermischen Ausdehnung
Ein 2,0 m langer Eisenstab mit linearem Ausdehnungskoeffizienten von α=1.2.10-5 °C-1 es hat Zimmertemperatur (25ºC). Dieser Körper wird dann einer Wärmequelle ausgesetzt und erreicht am Ende seiner Erwärmung eine Temperatur von 100 °C.
Bestimmen:
a) die Ausdehnung, die die Stange erlitten hat.
b) die endgültige Länge der Stange.
c) die Oberflächen- und Volumenausdehnungskoeffizienten des Materials, aus dem dieser Stab besteht.
Auflösung
a) Um die Dehnung des Stabes zu berechnen, müssen wir uns daran erinnern, dass seine Form linear ist, also ist dies die wichtigste Form der Dehnung, die er erleidet. Mit der linearen Dilatationsformel erhalten wir:
Nach obigem Ergebnis würde dieser Stab eine Dehnung von 1,8 mm in seiner Länge erfahren.
b) Die endgültige Länge des Balkens ist leicht zu finden, da wir die Dehnung, die er dadurch erleidet, bereits kennen. Seine endgültige Länge wird 2.0018 m² (2 Meter und 1,8 mm)
c) Die Oberflächen- und Volumenausdehnungskoeffizienten sind Vielfache des linearen Ausdehnungskoeffizienten. Ihre Werte sind jeweils 2,4.10-5 °C-1und 3,6.10-5 °C-1.
Von mir. Rafael Helerbrock
Bestimmen Sie den Modul des Oberflächenausdehnungskoeffizienten eines 5,0 m langen homogenen Stahlträgers, der bei Erwärmung auf 50 °C eine Längenausdehnung von 5,10. aufweist-3 m.
Wissen, dass ein festes und homogenes Material einen konstanten volumetrischen Ausdehnungskoeffizienten von 1,2.10. hat-5 °C-1, bestimmen Sie den Oberflächenausdehnungskoeffizienten dieses Materials und überprüfen Sie die richtige Alternative:
