Sie Flüssigkeiten kann leiden Wärmeausdehnung, sowie Feststoffe, wenn sie erhitzt werden. Die Ausdehnung von Flüssigkeiten tritt auf, wenn ihre Temperatur steigt, so dass seine Moleküle mehr bewegt werden. Um die Volumenausdehnung einer Flüssigkeit zu bestimmen, müssen wir ihre Volumenausdehnungskoeffizient, aber auch die Dilatation, die durch die Container das diese Flüssigkeit enthält.
Die Dilatation, die Flüssigkeiten erleiden, heißt volumetrische Dilatation. Bei dieser Art der Dilatation werden alle Dimensionen eines Körpers bzw Flüssigkeit, wie Flüssigkeiten und Gase, als Reaktion auf eine Temperaturerhöhung deutlich ansteigen. Dieses Phänomen entsteht durch die thermische Bewegung der Moleküle des Körpers: Je höher die Temperatur, desto größer die Amplitude der Bewegung dieser Moleküle, die sich in einem größeren Raum zu bewegen beginnen.
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Aussehenebenfalls: Grundbegriffe der Hydrostatik
Volumetrische Expansionsformel
Wir können die Volumenausdehnung einer Flüssigkeit mit der folgenden Formel berechnen:
V — Volumenvariation (m³)
V0— Anfangsvolumen (m³)
γ — Volumenausdehnungskoeffizient (°C-1)
T — Temperaturschwankung (°C)
Mit der oben gezeigten Formel kann die Volumenzunahme berechnet werden (V) einer Flüssigkeit aufgrund einer Temperaturänderung (T). Mit einigen algebraischen Manipulationen ist es möglich, die gleiche Formel wie oben in einem Format zu schreiben, das es uns ermöglicht, das Endvolumen einer Flüssigkeit nach dem Erhitzen direkt zu berechnen, siehe:
V — endgültiges Flüssigkeitsvolumen
Beachten Sie, dass es in beiden Formeln notwendig ist zu wissen, wie viel konstant, bekannt als Volumenausdehnungskoeffizient. Diese Größe, gemessen in ºC-1(Es lautet: 1 auf Grad Celsius), es gibt uns an, wie groß die Ausdehnung einer Substanz pro 1 °C Temperaturänderung ist.
Volumenausdehnungskoeffizient
Der Volumenausdehnungskoeffizient ist a physikalische Eigenschaft die misst, wie groß die Volumenänderung eines Körpers bei einer gegebenen Temperaturänderung ist. Diese Größe ist nicht konstant und ihr Wert kann nur für einige Temperaturbereiche als konstant angesehen werden. Schauen Sie sich einige an typische Werte der Ausdehnungskoeffizienten einiger Stoffe im flüssigen Zustand bei einer Temperatur von 20 °C:
Substanz |
Volumenausdehnungskoeffizient (°C-1) |
Wasser |
1,3.10-4 |
Merkur |
1,8.10-4 |
Ethylalkohol |
11,2.10-4 |
Aceton |
14,9.10-4 |
Glycerin |
4,9.10-4 |
Wie oben erwähnt, hat der Volumenausdehnungskoeffizient Abhängigkeit mit dem Temperatur, das heißt, Ihr Modul kann während des Aufwärmens oder Abkühlens schwanken. Daher verwenden wir für die Berechnungen die Ausdehnungskoeffizienten, die innerhalb der Temperaturbereiche liegen, in denen der Graph von V x T das Format. hat linear. Uhr:
Zwischen den Temperaturen T1 und T2, der Ausdehnungskoeffizient ist konstant.
Scheinbare Ausdehnung von Flüssigkeiten
Die scheinbare Ausdehnung von Flüssigkeiten wird durch das Flüssigkeitsvolumen bestimmt, das übergelaufen wenn ein Behälter komplett mit dieser Flüssigkeit gefüllt ist erhitzt. Erfährt der Behälter jedoch eine Volumenschwankung gleich der Volumenschwankung, die die Flüssigkeit erleidet, sollte keine Flüssigkeit überlaufen.
Das in der Figur übergelaufene Flüssigkeitsvolumen entspricht der scheinbaren Ausdehnung.
Scheinbare Dilatationsformeln
Um das Flüssigkeitsvolumen zu berechnen, das die Flasche überläuft, müssen wir die Formel der scheinbaren Dilatation verwenden, beachten Sie:
Vap — scheinbare Dilatation (m³)
V0 — anfängliches Flüssigkeitsvolumen (m³)
γap — scheinbarer Volumenausdehnungskoeffizient (°C-1)
T — Temperaturschwankung (°C)
In der obigen Formel gilt Vap entspricht der übergelaufenen Flüssigkeitsmenge, während γap ist der scheinbare Ausdehnungskoeffizient. Um den scheinbaren Ausdehnungskoeffizienten berechnen zu können, müssen wir die Ausdehnung des Kolbens berücksichtigen (VF), das die Flüssigkeit enthielt. Dazu verwenden wir die folgende Formel:
VF — Flaschenausdehnung (m³)
V0— Anfangsvolumen der Flasche (m³)
γF — Volumenausdehnungskoeffizient des Kolbens (°C-1)
T — Temperaturschwankung (°C)
Im vorherigen Ausdruck γF bezieht sich auf den volumetrischen Ausdehnungskoeffizienten des Behälters, der die Flüssigkeit enthält, und VF misst die Ausdehnung dieser Flasche. Somit ist die tatsächliche Ausdehnung der Flüssigkeit (VR) kann als Summe der scheinbaren Dilatation mit der Fläschchendilatation berechnet werden, beachten Sie:
VR—tatsächliche Flüssigkeitsdilatation
Vap — scheinbare Flüssigkeitsausdehnung
VR — tatsächliche Dilatation des Fläschchens
Nach einigen algebraischen Manipulationen mit den vorgestellten Formeln ist es möglich, das folgende Ergebnis zu erreichen:
γ — realer Flüssigkeitsausdehnungskoeffizient (°C-1)
γF — Volumenausdehnungskoeffizient des Kolbens (°C-1)
γap — scheinbarer Volumenausdehnungskoeffizient (°C-1)
Die obige Beziehung weist darauf hin, dass der tatsächliche Ausdehnungskoeffizient der Flüssigkeit mit dem Summe zwischen den scheinbare Dilatationskoeffizienten es ist das Ausdehnungskoeffizient des Kolbens.
anomale Ausdehnung des Wassers
Das Wasser hat a anormales Verhalten bezüglich der Wärmeausdehnung zwischen den Temperaturen von 0°C und 4°C, verstanden: Erhitzen des Wassers von 0°C auf 4°C, Ihr Lautstärke nimmt ab, statt zu erhöhen. Aus diesem Grund ist im flüssigen Zustand die Dichte des Wassers hat dein Höchster Wert für die Temperatur von 4°C. Die folgenden Grafiken helfen, das Verhalten der Dichte und des Volumens von Wasser in Abhängigkeit von seiner Temperatur zu verstehen. Beachten Sie:
Bei einer Temperatur von 4°C ist die Dichte von Wasser am höchsten.
Als Folge dieses Verhaltens platzen Softdrinks oder Wasserflaschen, wenn sie zu lange im Gefrierschrank stehen. Wenn das Wasser die Temperatur von. erreicht 4°C, sein Volumen wird minimal von flüssigem Wasser eingenommen, wenn die Kühlung fortgesetzt wird, nimmt das Wasservolumen zu statt ab. wenn das Wasser erreicht 0°C, hat das Wasservolumen stark zugenommen, während sein Behälter seine eigenen Messungen reduziert hat, was zu seiner Unterbrechung.
Mit Wasser gefüllte Flaschen, die ins Gefrierfach gehen, können bei 0°C platzen.
Eine weitere Folge dieses anomalen Verhaltens von Wasser ist die kein Einfrieren von Flussböden in sehr kalten Regionen. Wenn sich die Wassertemperatur 0 °C nähert, nimmt seine Dichte ab und dann steigt das kalte Wasser aufgrund der Auftrieb. Beim Aufstieg gefriert das kalte Wasser und bildet eine Eisschicht über den Flüssen. denn Eis ist gut Wärmeisolator, bleibt der Grund der Flüsse bei etwa 4 ºC, weil bei dieser Temperatur seine Dichte maximal ist und tendenziell auf dem Grund der Flüsse verbleibt.
Der Grund für das anomale Verhalten von Wasser hat einen molekularen Ursprung: Zwischen 0 °C und 4 °C ist die elektrische Anziehung zwischen den Wassermoleküle überwinden die thermische Bewegung aufgrund der Existenz von Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Wassermolekülen. Wasser.
Aussehenebenfalls: Wie kommt es zu einer anomalen Wasserausdehnung?
gelöste Übungen
1) Bestimmen Sie den volumetrischen Ausdehnungskoeffizienten einer Flüssigkeitsmenge von 1 m³, die beim Erhitzen von 25 °C auf 225°C eine Ausdehnung von 0,05 m³ erfährt.
Auflösung:
Berechnen wir den Ausdehnungskoeffizienten der betreffenden Flüssigkeit mit der volumetrischen Ausdehnungsformel:
Wenden wir die von der Anweisung bereitgestellten Daten auf die vorherige Formel an, führen wir die folgende Berechnung durch:
2) Ein Glaskolben, dessen Volumenausdehnungskoeffizient 27,10. beträgt-6 °C-1, hat eine Wärmekapazität von 1000 ml, bei einer Temperatur von 20 ºC und ist vollständig mit einer unbekannten Flüssigkeit gefüllt. Wenn wir das Set auf 120 ºC erhitzen, laufen 50 ml Flüssigkeit aus dem Behälter über. Bestimmen Sie die scheinbaren Ausdehnungskoeffizienten; der tatsächliche Ausdehnungskoeffizient der Flüssigkeit; und die Ausdehnung, die das Glasfläschchen erlitt.
Auflösung:
Berechnen wir den scheinbaren Ausdehnungskoeffizienten, dafür verwenden wir die folgende Formel:
Anhand der Übungsdaten werden wir die folgende Berechnung durchführen:
Als nächstes berechnen wir den tatsächlichen Ausdehnungskoeffizienten der Flüssigkeit. Dazu müssen wir berechnen, wie groß die Dilatation der Glasflasche war:
Ersetzen der Daten aus der Übungsanweisung müssen wir die folgende Rechnung lösen:
Mit der obigen Berechnung haben wir die Ausdehnung des Glasfläschchens ermittelt. Um also die tatsächliche Ausdehnung der Flüssigkeit zu ermitteln, addieren Sie einfach das Volumen der scheinbaren Dilatation zum Volumen der Dilatation des Kolbens:
Das in der obigen Antwort erhaltene Ergebnis zeigt, dass die Flüssigkeit in der Durchstechflasche eine tatsächliche Ausdehnung von 52,7 ml erfahren hat. Zum Schluss berechnen wir den realen Ausdehnungskoeffizienten der Flüssigkeit:
Mit der obigen Formel berechnen wir den realen Wasserausdehnungskoeffizienten gleich:
Daher beträgt der Wärmeausdehnungskoeffizient dieser Flüssigkeit 5,27,10-4 °C-1.
Von mir. Rafael Helerbrock
