Εσείς υγρά μπορεί να υποφέρει θερμική διαστολή, καθώς και στερεά, όταν θερμαίνονται. Η διαστολή υγρών συμβαίνει όταν η θερμοκρασία τους αυξάνεται, έτσι ώστε τα μόρια του να αναδεύονται περισσότερο. Για να προσδιορίσουμε τη διαστολή του όγκου ενός υγρού, πρέπει να το γνωρίζουμε ογκομετρικός συντελεστής διαστολής, αλλά και η διαστολή που υπέστη το δοχείο που περιέχει αυτό το υγρό.
Η διαστολή των υγρών καλείται ογκομετρική διαστολή. Σε αυτόν τον τύπο διαστολής, όλες οι διαστάσεις ενός σώματος ή υγρό, όπως υγρά και αέρια, υφίστανται σημαντικές αυξήσεις ως απόκριση σε αύξηση της θερμοκρασίας. Αυτό το φαινόμενο προκύπτει λόγω της θερμικής ανάδευσης των μορίων του σώματος: όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία, τόσο μεγαλύτερο είναι το πλάτος της ανάδευσης αυτών των μορίων, τα οποία αρχίζουν να κινούνται σε μεγαλύτερο χώρο.
Μην σταματάς τώρα... Υπάρχουν περισσότερα μετά τη διαφήμιση.)
Κοίταεπίσης: Βασικές έννοιες της υδροστατικής
Ογκομετρική φόρμουλα διαστολής
Μπορούμε να υπολογίσουμε την ογκομετρική διαστολή που υφίσταται ένα υγρό χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο τύπο:
ΔV - διακύμανση όγκου (m³)
Β0- αρχικός όγκος (m³)
γ - συντελεστής ογκομετρικής διαστολής (° C)-1)
ΔΤ - διακύμανση θερμοκρασίας (° C)
Ο τύπος που φαίνεται παραπάνω μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό της αύξησης του όγκου (ΔV) υγρού λόγω διακύμανσης της θερμοκρασίας του (ΔΤ). Με κάποιους αλγεβρικούς χειρισμούς, είναι δυνατό να γράψουμε τον ίδιο τύπο όπως παραπάνω σε μια μορφή που μας επιτρέπει να υπολογίσουμε άμεσα τον τελικό όγκο ενός υγρού μετά τη θέρμανσή του, δείτε:
Β - τελικός όγκος υγρού
Σημειώστε ότι, και στους δύο τύπους, είναι απαραίτητο να γνωρίζετε πόσο σταθερή γ, γνωστός ως ογκομετρικός συντελεστής διαστολής. Αυτό το μέγεθος, μετρούμενο σε ºC-1(Διαβάζει: 1 στους βαθμούς Κελσίου), μας δίνει πόσο μεγάλη είναι η επέκταση κάποιας ουσίας, για κάθε 1 ° C μεταβολής της θερμοκρασίας της.
Ογκομετρικός συντελεστής διαστολής
Ο συντελεστής ογκομετρικής διαστολής είναι α φυσική ιδιοκτησία που μετρά πόσο μεγάλη είναι η αλλαγή του όγκου ενός σώματος για μια δεδομένη αλλαγή στη θερμοκρασία του. Αυτή η ποσότητα δεν είναι σταθερή και η τιμή της μπορεί να θεωρηθεί σταθερή μόνο για ορισμένα εύρη θερμοκρασίας. Δείτε μερικά τυπικές τιμές των συντελεστών διαστολής ορισμένων ουσιών σε υγρή κατάσταση, σε θερμοκρασία 20 ° C:
Ουσία |
Ογκομετρικός συντελεστής διαστολής (° C-1) |
Νερό |
1,3.10-4 |
Ερμής |
1,8.10-4 |
Εθυλική αλκοόλη |
11,2.10-4 |
Ακετόνη |
14,9.10-4 |
Γλυκερίνη |
4,9.10-4 |
Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, ο συντελεστής ογκομετρικής διαστολής έχει εξάρτηση με την θερμοκρασία, δηλαδή, η μονάδα σας ενδέχεται να κυμαίνεται κατά τη διάρκεια της προθέρμανσης ή της ψύξης. Επομένως, για να κάνουμε τους υπολογισμούς, χρησιμοποιούμε τους συντελεστές επέκτασης που βρίσκονται εντός των ορίων θερμοκρασίας, όπου το γράφημα του V x T έχει τη μορφή γραμμικός. Παρακολουθώ:
Μεταξύ θερμοκρασιών T1 και Τ2, ο συντελεστής επέκτασης είναι σταθερός.
Προφανής διαστολή υγρών
Η φαινομενική διαστολή των υγρών καθορίζεται από τον όγκο του υγρού που είναι ξεχειλίζει εάν ένα δοχείο είναι εντελώς γεμάτο από αυτό το υγρό θερμός. Ωστόσο, εάν το δοχείο εμφανίζει διακύμανση όγκου ίση με την ογκομετρική διακύμανση που υπέστη το υγρό, κανένα υγρό δεν πρέπει να υπερχειλίσει.
Ο όγκος του υγρού που υπερχειλίζεται στο σχήμα αντιστοιχεί στην φαινομενική διαστολή.
Φαινομενικοί τύποι διαστολής
Για να υπολογίσουμε τον όγκο του υγρού που ξεχειλίζει από τη φιάλη, πρέπει να χρησιμοποιήσουμε τον τύπο της φαινομενικής διαστολής, σημειώστε:
ΔVαπ - φαινομενική διαστολή (m³)
Β0 — αρχικός όγκος υγρού (m³)
γαπ - φαινόμενος ογκομετρικός συντελεστής διαστολής (° C-1)
ΔΤ - διακύμανση θερμοκρασίας (° C)
Στον παραπάνω τύπο, ΔVαπ αντιστοιχεί στον όγκο υπερχείλισης υγρού, ενώ γαπ είναι ο φαινόμενος συντελεστής επέκτασης. Για να μάθουμε πώς να υπολογίσουμε τον φαινόμενο συντελεστή διαστολής, πρέπει να λάβουμε υπόψη την επέκταση που υπέστη η φιάλη (ΔVφά) που περιείχε το υγρό. Για να το κάνουμε αυτό, θα χρησιμοποιήσουμε τον ακόλουθο τύπο:
ΔVφά - επέκταση φιάλης (m³)
Β0- αρχικός όγκος της φιάλης (m³)
γφά - συντελεστής ογκομετρικής διαστολής της φιάλης (° C)-1)
ΔΤ - διακύμανση θερμοκρασίας (° C)
Στην προηγούμενη έκφραση, γφά αναφέρεται στον συντελεστή ογκομετρικής διαστολής του δοχείου που περιέχει το υγρό, και ΔVφά μετρά ποια ήταν η διαστολή αυτού του μπουκαλιού. Έτσι, η πραγματική διαστολή που υπέστη το υγρό (ΔVΡ) μπορεί να υπολογιστεί ως το άθροισμα της φαινομενικής διαστολής με τη διαστολή του φιαλιδίου, σημειώστε:
ΔVΡ- πραγματική διαστολή υγρού
ΔVαπ - φαινόμενη διαστολή υγρού
ΔVΡ - πραγματική διαστολή του φιαλιδίου
Μετά από μερικούς αλγεβρικούς χειρισμούς με τους τύπους που παρουσιάζονται, είναι δυνατόν να επιτευχθεί το ακόλουθο αποτέλεσμα:
γ - πραγματικός συντελεστής διαστολής υγρού (° C-1)
γφά - συντελεστής ογκομετρικής διαστολής της φιάλης (° C)-1)
γαπ - φαινόμενος ογκομετρικός συντελεστής διαστολής (° C-1)
Η παραπάνω σχέση δείχνει ότι ο πραγματικός συντελεστής διαστολής του υγρού μπορεί να βρεθεί χρησιμοποιώντας το άθροισμα ανάμεσα σε φαινόμενοι συντελεστές διαστολής είναι το συντελεστής διαστολής φιάλης.
ανώμαλη διαστολή του νερού
Το νερό έχει ανώμαλη συμπεριφορά σχετικά με τη θερμική διαστολή μεταξύ των θερμοκρασιών 0 ° C και 4 ° C, κατανοήστε: θέρμανση του νερού από 0 ° C έως 4 ° C, σας μειώνεται ο όγκος, αντί να αυξάνεται. Για το λόγο αυτό, σε υγρή κατάσταση, το πυκνότητα του νερού έχει το δικό σας υψηλότερη τιμή για τη θερμοκρασία 4 ° C. Τα παρακάτω γραφήματα βοηθούν στην κατανόηση της συμπεριφοράς της πυκνότητας και του όγκου του νερού σε συνάρτηση με τη θερμοκρασία του, σημειώστε:
Σε θερμοκρασία 4 ° C, η πυκνότητα του νερού είναι η υψηλότερη.
Ως αποτέλεσμα αυτής της συμπεριφοράς, τα αναψυκτικά ή τα μπουκάλια νερό εκρήγνυνται όταν αφήνονται στην κατάψυξη για πολύ καιρό. Όταν το νερό φτάσει τη θερμοκρασία 4 ° C, ο όγκος του καταλαμβάνεται ελάχιστα από υγρό νερό, εάν συνεχιστεί η ψύξη, ο όγκος του νερού θα αυξηθεί αντί να μειωθεί. όταν φτάσει το νερό 0 ° C, ο όγκος του νερού θα έχει αυξηθεί πολύ, ενώ το δοχείο του θα έχει μειώσει τις δικές του μετρήσεις, προκαλώντας το Διακοπή.
Μπουκάλια γεμάτα με νερό που πηγαίνουν στον καταψύκτη μπορεί να σκάσουν όταν φτάσουν τους 0 ° C.
Μια άλλη συνέπεια αυτής της ανώμαλης συμπεριφοράς του νερού είναι η χωρίς πάγωμα των πυθμένων του ποταμού σε πολύ κρύες περιοχές. Όταν η θερμοκρασία του νερού πλησιάζει τους 0 ° C, η πυκνότητά του μειώνεται και στη συνέχεια το κρύο νερό αυξάνεται, λόγω του πλευστότητα. Καθώς ανεβαίνει, το κρύο νερό παγώνει, σχηματίζοντας ένα στρώμα πάγου πάνω από τα ποτάμια. καθώς ο πάγος είναι καλός θερμικός μονωτής, ο πυθμένας των ποταμών παραμένει περίπου στους 4 ºC, επειδή, σε αυτήν τη θερμοκρασία, η πυκνότητά του είναι μέγιστη και τείνει να παραμείνει στον πυθμένα των ποταμών.
Ο λόγος πίσω από την ανώμαλη συμπεριφορά του νερού έχει μοριακή προέλευση: μεταξύ 0 ° C και 4 ° C, η ηλεκτρική έλξη μεταξύ του Τα μόρια νερού ξεπερνούν τη θερμική ανάδευση, λόγω της ύπαρξης δεσμών υδρογόνου που υπάρχουν μεταξύ των μορίων νερού. Νερό.
Κοίταεπίσης: Πώς συμβαίνει η ανώμαλη διαστολή νερού;
λύσεις ασκήσεις
1) Προσδιορίστε τον ογκομετρικό συντελεστή διαστολής ενός τμήματος υγρού 1 m³ που υφίσταται διαστολή 0,05 m³ όταν θερμαίνεται από 25 ° C έως 225 ° C.
Ανάλυση:
Ας υπολογίσουμε τον συντελεστή διαστολής του εν λόγω υγρού χρησιμοποιώντας τον τύπο ογκομετρικής διαστολής:
Εφαρμόζοντας τα δεδομένα που παρέχονται από τη δήλωση στον προηγούμενο τύπο, θα κάνουμε τον ακόλουθο υπολογισμό:
2) Γυάλινη φιάλη, του οποίου ο ογκομετρικός συντελεστής διαστολής είναι 27,10-6 ° C-1, έχει θερμική χωρητικότητα 1000 ml, σε θερμοκρασία 20 ºC, και είναι πλήρως γεμάτη με άγνωστο υγρό. Όταν θερμαίνουμε τη συσκευή στους 120 ºC, 50 ml υγρού ξεχειλίζουν από το δοχείο. Προσδιορίστε τους φαινομενικούς συντελεστές επέκτασης. ο πραγματικός συντελεστής διαστολής του υγρού · και η διαστολή που υπέστη το γυάλινο φιαλίδιο.
Ανάλυση:
Ας υπολογίσουμε τον φαινόμενο συντελεστή επέκτασης, για αυτό, θα χρησιμοποιήσουμε τον ακόλουθο τύπο:
Χρησιμοποιώντας τα δεδομένα άσκησης, θα κάνουμε τον ακόλουθο υπολογισμό:
Στη συνέχεια, θα υπολογίσουμε τον πραγματικό συντελεστή διαστολής του υγρού. Για να γίνει αυτό, πρέπει να υπολογίσουμε ποια ήταν η διαστολή που υπέστη το γυάλινο μπουκάλι:
Αντικαθιστώντας τα δεδομένα που παρέχονται από τη δήλωση άσκησης, πρέπει να λύσουμε τον ακόλουθο υπολογισμό:
Με τον παραπάνω υπολογισμό, προσδιορίσαμε ποια ήταν η επέκταση που υπέστη η γυάλινη φιάλη. Έτσι, για να βρείτε την πραγματική διαστολή του υγρού, απλώς προσθέστε τον όγκο της φαινομενικής διαστολής στον όγκο της διαστολής της φιάλης:
Το αποτέλεσμα που προέκυψε στην παραπάνω απάντηση δείχνει ότι το υγρό μέσα στη φιάλη υπέστη πραγματική διαστολή 52,7 ml. Τέλος, ας υπολογίσουμε τον πραγματικό συντελεστή διαστολής του υγρού:
Χρησιμοποιώντας τον παραπάνω τύπο, υπολογίζουμε τον πραγματικό συντελεστή διαστολής νερού ίσο με:
Επομένως, ο συντελεστής θερμικής διαστολής αυτού του υγρού είναι 5.27.10-4 ° C-1.
Από εμένα, Rafael Helerbrock
