Σε θερμοδυναμικές μελέτες είδαμε ότι η θερμική διαστολή δεν είναι τίποτα άλλο από την αύξηση των διαστάσεων ενός σώματος όταν υπάρχει αύξηση της θερμοκρασίας. Μπορούμε να πούμε ότι αυτό συμβαίνει με όλα σχεδόν τα υλικά σε στερεή, υγρή ή αέρια κατάσταση. Με βάση τη γραμμική διαστολή, όπου μπορούμε να υπολογίσουμε την αύξηση του μεγέθους ενός σώματος σε μία μόνο διάσταση, θα δούμε πώς να υπολογίσουμε το επιφανειακή διαστολή, δηλαδή την αύξηση της επιφάνειάς του όταν το σώμα θερμαίνεται.
Επιφανειακή διαστολή στερεών
Ας εξετάσουμε μια λαμαρίνα (εικόνα παραπάνω) της οποίας οι διαστάσεις, σε θερμοκρασία T0, είναι: πλάτος L0 και ύψος L0. Επομένως, η περιοχή σας είναι: Α0 = Λ02. Τώρα, αν θερμάνουμε αυτή την πλάκα σε θερμοκρασία Τ, μεγαλύτερη από την αρχική θερμοκρασία, θα το δούμε η πλάκα θα επεκταθεί, έχοντας μεγαλύτερη επιφάνεια (Α) από την αρχική περιοχή, όπως φαίνεται στο σχήμα παρακάτω.
Σύμφωνα με το παραπάνω σχήμα, βλέπουμε ότι η μεταλλική πλάκα, αφού θερμάνθηκε, αυξήθηκαν οι διαστάσεις της, δηλαδή αυξήθηκε το εμβαδόν της. Προκειμένου να υπολογιστεί η αύξηση του εμβαδού (ΔA = A – A
0), όταν η λαμαρίνα υποβάλλεται σε διακύμανση θερμοκρασίας (ΔT = T – T0), χρησιμοποιούμε μια εξίσωση παρόμοια με την εξίσωση που παρέχει γραμμική επέκταση, οπότε έχουμε:ΔA=A0 .β .ΔT ή A=A0 (1+ β. ΔT)
Οπου Ο0 είναι η αρχική περιοχή της πλάκας, β είναι ο συντελεστής επιφανειακής διαστολής του φύλλου και ΔT είναι η διακύμανση της θερμοκρασίας της λαμαρίνας. Πρέπει να το θυμόμαστε αυτό β = 2.α. Στο SI οι μονάδες είναι m², K-1 και Κ. Είναι σημαντικό να θυμόμαστε ότι, αν και το Kelvin είναι η εγκεκριμένη μονάδα SI, οι °C είναι πιο συνηθισμένοι-1 και τους °C.
Του Domitiano Marques
Πτυχιούχος Φυσικής
Πηγή: Σχολείο Βραζιλίας - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/dilatacao-superficial-dos-solidos.htm
