Διαστολήθερμικός Είναι ένα φυσικό φαινόμενο που προκύπτει από την αύξηση της θερμοκρασίας ενός σώματος. Όταν ένα σώμα εκτίθεται σε κάποια πηγή θερμότητα, τα δικα σου θερμοκρασία Μπορεί να υποστεί παραλλαγές, αυξάνοντας την ανάδευση των μορίων, τα οποία κυμαίνονται γύρω από ένα μεγαλύτερο χώρο.
Αυτή η μικροσκοπική διακύμανση στη δόνηση των μορίων μπορεί να γίνει αντιληπτή σε μακροσκοπική κλίμακα, όπως όταν μια ράβδος σιδήρου παραμένει ελαφρώς μεγαλύτερο ως αποτέλεσμα της θέρμανσης.
γραμμική διαστολή
Διαστολήγραμμικός των στερεών είναι το φυσικό φαινόμενο που συμβαίνει όταν τα γραμμικά σχήματα σώματα που βρίσκονται σε στερεά κατάσταση, όπως σύρματα, καλώδια, βελόνες, ράβδοι, σωλήνες, υφίστανται διακύμανση της θερμοκρασίας. Για τον υπολογισμό του μεγέθους της γραμμικής διαστολής, χρησιμοποιούμε το συντελεστήςσεδιαστολήγραμμικός υλικού.
Παραδείγματα γραμμικής θερμικής διαστολής
Στρέβλωση των σιδηροδρομικών γραμμών λόγω του μεγάλου θερμικού πλάτους κατά τη διάρκεια των κύκλων ημέρας και νύχτας. Λόγω αυτού του αποτελέσματος, χρησιμοποιείται ο σύνδεσμος διαστολής, ένας μικρός χώρος μεταξύ δύο διαδοχικών ράβδων.
Τα σύρματα χαλκού που χρησιμοποιούνται στη μετάδοση ηλεκτρικού ρεύματος στους πόλους είναι πάντα μεγαλύτερα από την απόσταση μεταξύ των πόλων. Εάν δεν ήταν, τις κρύες μέρες, αυτοί οι αγωγοί θα είχαν αρνητικές διακυμάνσεις στο μήκος τους και ενδέχεται να υποστούν ρήξεις
επιφανειακή διαστολή
Διαστολήαβαθής των στερεών είναι η διακύμανση στην περιοχή ενός σώματος που βρίσκεται σε στερεά κατάσταση λόγω της αύξησης της θερμοκρασίας του. Ο υπολογισμός της επιφανειακής διαστολής ενός στερεού εξαρτάται από αυτό συντελεστήςσεδιαστολήαβαθής.
Παραδείγματα θερμικής διαστολής επιφανείας
Μεταξύ των πλακιδίων πλακιδίων, που χρησιμοποιούνται σε δάπεδα κατοικιών και πεζοδρόμια, απομένει ένας μικρός ελεύθερος χώρος, που καταλαμβάνεται από το ρευστοκονίαμα, ένα πορώδες υλικό ικανό να απορροφά μέρος της διαστολής που υφίστανται τα μέρη κεραμικά.
Είναι σύνηθες να βλέπουμε οι μηχανικοί να θερμαίνουν ένα παξιμάδι συνδεδεμένο σε ένα μπουλόνι για να το αφαιρέσουν, καθώς η θέρμανση προκαλεί τη διαστολή του παξιμαδιού, διευκολύνοντας την αφαίρεσή του.
ογκομετρική διαστολή
ογκομετρική διαστολήείναι η επέκταση του όγκου του σώματος αυξάνοντας τη θερμοκρασία του. Η ογκομετρική επέκταση υπολογίζεται από το συντελεστήςσεδιαστολήογκομετρικοό του σώματος.
Παραδείγματα ογκομετρικής θερμικής διαστολής
Οι βίδες που χρησιμοποιούνται σε ατράκτους αεροσκαφών μπορούν να τοποθετηθούν σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες πριν από το σπείρωμα. Μετά το σπείρωμα, η αύξηση της θερμοκρασίας της βίδας επεκτείνει τις διαστάσεις της, καθιστώντας σχεδόν αδύνατη την αφαίρεσή της αργότερα.
Συντελεστής θερμικής διαστολής
Ενώ ορισμένα υλικά πρέπει να υποστούν τεράστιες διακυμάνσεις της θερμοκρασίας για να γίνει η επέκτασή τους αξιοσημείωτο, άλλοι πρέπει να έχουν τη θερμοκρασία τους ποικίλλει κατά μερικούς βαθμούς έτσι ώστε οι διαφορές τους διαστάσεις.
Η φυσική ιδιότητα που καθορίζει την ευκολία ή τη δυσκολία του υλικού που αλλάζει τις διαστάσεις του από μια μεταβολή θερμοκρασίας ονομάζεται συντελεστής θερμικής διαστολής.
Με την αύξηση της θερμοκρασίας, τα μόρια ενός σώματος αρχίζουν να καταλαμβάνουν μεγαλύτερο χώρο.
Κοίταεπίσης: Θερμιδομετρία
Κάθε υλικό έχει τον δικό του συντελεστή θερμικής διαστολής, ο οποίος μπορεί να είναι τριών διαφορετικών τύπων: συντελεστής διαστολήγραμμικός, αβαθής και ογκομετρικοό. Για τον υπολογισμό της διαστολής που υφίσταται ένα σώμα, χρησιμοποιούμε μόνο έναν από αυτούς τους συντελεστές, προσδιοριζόμενους σύμφωνα με το σχήμα που παρουσιάζεται από το σώμα.
Παρά την ταλαιπωρημένη επιφανειακή και ογκομετρική διαστολή, επιμήκη σώματα που έχουν γραμμική συμμετρία, όπως καλώδια και σύρματα, υπόκεινται σε επέκταση στο μήκος τους πολύ μεγαλύτερο από την επέκταση στην περιοχή τους ή Ενταση ΗΧΟΥ.
Οι συντελεστές επέκτασης γραμμικός, αβαθής και ογκομετρικοό συμβολίζονται, αντίστοιχα, με τα ελληνικά γράμματα α, β, και γ, και η μονάδα μέτρησης είναι ºC-1.
Η επίδραση της θερμικής διαστολής στερεών έχει μεγάλη εμπορική και τεχνολογική σημασία. Η κατασκευή κτιρίων, για παράδειγμα, χρησιμοποιεί υλικά που συχνά εκτίθενται σε μεγάλες και μερικές φορές έντονες διακυμάνσεις της θερμοκρασίας. Σε αυτήν την περίπτωση, είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε τους συντελεστές διαστολής κάθε υλικού που χρησιμοποιείται στην πολιτική κατασκευή, προκειμένου να αποφευχθεί η εμφάνιση ρωγμών και άλλων δομικών ελαττωμάτων.
Σχέση μεταξύ συντελεστών διαστολής στερεών
Τα σώματα με διαφορετικές συμμετρίες από το ίδιο υλικό υφίστανται διαφορετικές μορφές επέκτασης. Μια σιδερένια ράβδος, για παράδειγμα, υφίσταται γραμμική διαστολή, ενώ ένα φύλλο του ίδιου υλικού υφίσταται επιφανειακή επέκταση. Αυτό συμβαίνει επειδή ο συντελεστής επέκτασης επιφάνειας είναι διπλάσιος από τον συντελεστή επέκτασης γραμμική, ενώ ο συντελεστής ογκομετρικής διαστολής είναι τρεις φορές μεγαλύτερος από τον συντελεστή διαστολής γραμμικός. Παρακολουθώ:
Μην σταματάς τώρα... Υπάρχουν περισσότερα μετά τη διαφήμιση.)
α – γραμμικός συντελεστής επέκτασης
β – συντελεστής επέκτασης επιφάνειας
γ – ογκομετρικός συντελεστής διαστολής
Θερμική διαστολή σε γέφυρες
Τα αποτελέσματα της θερμικής διαστολής είναι ιδιαίτερα σημαντικά σε κατασκευές που δεν μπορούν να παραμορφώσουν ή να σπάσουν τη δομή τους, όπως γέφυρες. Γι 'αυτό, σε αυτόν τον τύπο κατασκευής, χρησιμοποιούνται αρκετοί αρμοί διαστολής.
Η παρακάτω εικόνα δείχνει την άρθρωση διαστολής μιας γέφυρας. Παρακολουθώ:
Οι αρμοί διαστολής μειώνουν τις πιθανότητες ρωγμών ως αποτέλεσμα της διαστολής του σκυροδέματος στις γέφυρες.
Τύποι θερμικής διαστολής
Ελέγξτε παρακάτω τους τύπους που χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό της γραμμικής, επιφανειακής και ογκομετρικής διαστολής στερεών.
Τύπος γραμμικής διαστολής
Ο τύπος γραμμικής διαστολής μπορεί να παρουσιαστεί με δύο τρόπους: ένας για τον υπολογισμό του τελικού μεγέθους σώματος και ένας άλλος για τον υπολογισμό της διακύμανσης μήκους που υπέστη κατά τη διάρκεια της διαστολής:
μεγάλο - τελικό μήκος
μεγάλο0 - αρχικό μήκος
ΔΤ - διακύμανση θερμοκρασίας
ΔL - παραλλαγή μήκους
Τύπος διαστολής επιφάνειας
Όπως και ο τύπος γραμμικής επέκτασης, ο τύπος επιφανειακής επέκτασης μπορεί επίσης να γραφτεί με δύο διαφορετικούς τρόπους:
μικρό - τελική περιοχή
μικρό0 - αρχική περιοχή
ΔΤ - διακύμανση θερμοκρασίας
S - παραλλαγή περιοχής
Ογκομετρική φόρμουλα διαστολής
Τέλος, έχουμε τις εκφράσεις που μας επιτρέπουν να υπολογίσουμε τον τελικό όγκο ενός σώματος ή την ογκομετρική του παραλλαγή:
Β - Τελικός τόμος
Β0 - αρχικός τόμος
ΔΤ - διακύμανση θερμοκρασίας
ΔV - διακύμανση όγκου
Περίληψη
Όταν ένα στερεό θερμαίνεται, τα μόρια του αρχίζουν να δονούνται ευρύτερα, καταλαμβάνοντας περισσότερο χώρο. Ανάλογα με τον συντελεστή θέρμανσης και διαστολής του υλικού, το αποτέλεσμα μπορεί να παρατηρηθεί με γυμνό μάτι.
Οι επιφανειακοί και ογκομετρικοί συντελεστές διαστολής του ίδιου ομοιογενούς υλικού (φτιαγμένοι από μία μόνο ουσία) είναι, αντίστοιχα, διπλοί και τριπλασιασμοί του γραμμικού συντελεστή διαστολής.
Κάθε σώμα υφίσταται ταυτόχρονα και τους τρεις τύπους διαστολής, ωστόσο, ένας από αυτούς είναι πιο σημαντικός από τους άλλους, καθώς είναι πιο προνομιακός από το σχήμα του σώματος.
Ασκήσεις θερμικής διαστολής
Μπάρα σιδήρου μήκους 2,0 m, του οποίου ο συντελεστής γραμμικής διαστολής είναι α = 1.2.10-5 ° C-1 είναι σε θερμοκρασία δωματίου (25ºC). Στη συνέχεια, αυτό το σώμα εκτίθεται σε πηγή θερμότητας, φτάνοντας, στο τέλος της θέρμανσής του, σε θερμοκρασία 100 ° C.
Καθορίσει:
α) την επέκταση που υπέστη η μπάρα.
β) το τελικό μήκος της ράβδου.
γ) τους συντελεστές επιφανείας και ογκομετρικής διαστολής του υλικού από το οποίο κατασκευάζεται αυτή η ράβδος.
Ανάλυση
α) Για να υπολογίσουμε την επέκταση που υπέστη η ράβδος, πρέπει να θυμόμαστε ότι το σχήμα της είναι γραμμικό, επομένως αυτή είναι η πιο σημαντική μορφή επέκτασης που υπέστη. Χρησιμοποιώντας τον τύπο γραμμικής διαστολής, θα έχουμε:
Σύμφωνα με το παραπάνω αποτέλεσμα, αυτή η ράβδος θα υποστεί επέκταση 1,8 mm στο μήκος της.
β) Το τελικό μήκος της ράβδου μπορεί να βρεθεί εύκολα, καθώς γνωρίζουμε ήδη την επέκταση που υπέστη. Το τελικό του μήκος θα είναι 2,0018 μ (2 μέτρα και 1,8 mm)
γ) Οι επιφανειακοί και ογκομετρικοί συντελεστές διαστολής είναι πολλαπλάσιοι του γραμμικού συντελεστή διαστολής. Οι τιμές τους είναι, αντίστοιχα, 2,4.10-5 ° C-1και 3,6.10-5 ° C-1.
Από εμένα, Rafael Helerbrock
Προσδιορίστε το συντελεστή του συντελεστή επέκτασης επιφανείας μιας ομοιογενούς χάλυβα δέσμης μήκους 5,0 m, η οποία, όταν θερμαίνεται στους 50 ° C, έχει γραμμική επέκταση 5,10-3 Μ.
Γνωρίζοντας ότι ένα στερεό και ομοιογενές υλικό έχει σταθερό ογκομετρικό συντελεστή διαστολής ίσο με 1.2.10-5 ° C-1, προσδιορίστε τον συντελεστή επέκτασης επιφάνειας αυτού του υλικού και ελέγξτε τη σωστή εναλλακτική λύση:
