Laieneminesoojus see on füüsiline nähtus, mis tuleneb keha temperatuuri tõusust. Kui keha puutub kokku mõne allikaga kuumus, teie temperatuur see võib läbida variatsioone, suurendades molekulide segamist, mis võnkuvad suurema ruumi ümber.
Seda mikroskoopilist varieerumist molekulide vibratsioonis võib näha makroskoopilises skaalas, nagu siis, kui raudkang jääb veidi suurem kuumutamise tagajärjel.
lineaarne laienemine
Laieneminelineaarne tahke aine on füüsikaline nähtus, mis tekib siis, kui tahkes olekus sirgjoonelise kujuga kehad, nagu juhtmed, kaablid, nõelad, vardad, torud, varieeruvad temperatuuril. Lineaarse laienemise suuruse arvutamiseks kasutame koefitsientaastallaieneminelineaarne materjalist.
Lineaarse soojuspaisumise näited
Rongide rööbastee deformatsioon suure termilise amplituudi tõttu päevasel ja öisel tsüklil. Selle efekti tõttu kasutatakse paisumisvuuk, väike ruum kahe järjestikuse varda vahel.
Poldidel elektrivoolu edastamisel kasutatavad vasktraadid on alati suuremad kui pooluste vaheline kaugus. Kui nad seda ei oleks, kannataksid need juhid nende pikkuses negatiivseid erinevusi ja võivad puruneda
pindmine laienemine
Laieneminemadal tahkiste osakaal on keha temperatuuri tõusu tõttu tahkes olekus varieeruv keha pindala. Tahke aine pinna laienemise arvutamine sõltub selle tahkisest koefitsientaastallaieneminemadal.
Näited pinna soojuspaisumisest
Elamute põrandate ja kõnniteede plaatide vahel on väike vaba ruum, mille hõivab vuugisegu, poorne materjal, mis on võimeline neelama osa osade poolt kannatatud paisumisest keraamika.
On tavaline näha, kuidas mehaanikud kuumutavad poldi külge kinnitatud mutrit selle eemaldamiseks, kuna kuumutamine põhjustab mutri laienemist, hõlbustades selle eemaldamist.
mahuline laienemine
mahuline laieneminesee on keha mahu laienemine selle temperatuuri tõstmisega. Mahuline paisumine arvutatakse koefitsientaastallaieneminemahuline keha.
Mahulise soojuspaisumise näited
Lennukikeredes kasutatavad kruvid saab enne keermestamist asetada väga madalale temperatuurile. Pärast keermestamist laiendab kruvi temperatuuri tõus selle mõõtmeid, mistõttu on hiljem seda peaaegu võimatu eemaldada.
Soojuspaisumistegur
Ehkki mõned materjalid peavad nende paisumise saamiseks läbima suuri temperatuuri kõikumisi märgatav, peavad teised temperatuuri muutma mõne kraadi võrra, et nende temperatuurid oleksid erinevad mõõtmed.
Füüsikalist omadust, mis määrab materjali kerguse või raskuse, kui temperatuuri kõikumine muudab selle mõõtmeid soojuspaisumistegur.
Temperatuuri tõusuga hakkavad keha molekulid hõivama suuremat ruumi.
Vaataka: Kalorimeetria
Igal materjalil on oma soojuspaisumistegur, mis võib olla kolme erinevat tüüpi: koefitsient laieneminelineaarne, madal ja mahuline. Keha laienemise arvutamiseks kasutame neist koefitsientidest ainult ühte, mis on määratud keha esitatud kuju järgi.
Vaatamata kannatavale pinnale ja mahulisele laienemisele on piklikud kehad, millel on lineaarne sümmeetria, näiteks kaablid ja juhtmed, nende pikkus võib olla palju suurem kui nende piirkonnas helitugevus.
Paisumiskoefitsiendid lineaarne, madal ja mahuline tähistatakse vastavalt kreeka tähtedega α, βja γ, ja selle mõõtühik on ºC-1.
Tahkete ainete termilise paisumise efektil on suur kaubanduslik ja tehnoloogiline tähtsus. Näiteks hooneehituses kasutatakse materjale, mis on sageli kokku puutunud suurte ja mõnikord teravate temperatuurimuutustega. Sellisel juhul on oluline teada iga tsiviilehituses kasutatava materjali paisumiskoefitsiente, et vältida pragude ja muude konstruktsioonivigade tekkimist.
Tahkete paisumiskoefitsientide suhe
Samast materjalist erineva sümmeetriaga kehad laienevad erinevalt. Näiteks rauast varda laieneb lineaarselt, samas materjalist leht aga paisub. Seda seetõttu, et pinna paisumiskoefitsient on kaks korda suurem kui paisumiskoefitsient lineaarne, samas kui mahuline paisumiskoefitsient on kolm korda suurem kui paisumiskoefitsient lineaarne. Vaata:
Ärge lõpetage kohe... Peale reklaami on veel;)
α – lineaarne paisumistegur
β – pinna paisumistegur
γ – mahuline paisumiskoefitsient
Termiline laienemine sildades
Soojuspaisumise mõju on eriti oluline konstruktsioonides, mis ei suuda nende struktuuri deformeerida ega lõheneda, näiteks sillad. Sellepärast kasutatakse seda tüüpi konstruktsioonides mitut paisumisvuugi.
Alloleval pildil on silla paisumisvuuk. Vaata:
Paisumisvuugid vähendavad sildades betooni paisumise tagajärjel pragunemise võimalust.
Soojuspaisumisvalemid
Kontrollige allpool valemeid, mida kasutatakse tahkete ainete lineaarse, pindmise ja mahulise laienemise arvutamiseks.
Lineaarse laienemise valem
Lineaarse laienemise valemit saab esitada kahel viisil: üks keha lõpliku suuruse arvutamiseks ja teine laienemise käigus kantud pikkuse muutuste arvutamiseks:
L - lõplik pikkus
L0 - algpikkus
ΔT - temperatuuri kõikumine
ΔL - pikkuse variatsioon
Pinna laiendamise valem
Sarnaselt lineaarse laienemisvalemiga saab ka pinna laiendamise valemi kirjutada kahel erineval viisil:
s - lõplik ala
s0 - esialgne pindala
ΔT - temperatuuri kõikumine
S - piirkonna varieerumine
Mahupaisumisvalem
Lõpuks on meil avaldised, mis võimaldavad meil arvutada keha lõpliku mahu või selle mahulise variatsiooni:
V - Lõplik köide
V0 - esialgne maht
ΔT - temperatuuri kõikumine
ΔV - mahu muutus
Kokkuvõte
Tahke aine kuumutamisel hakkavad selle molekulid laiemalt vibreerima, võttes rohkem ruumi. Sõltuvalt materjali kuumenemis- ja paisumiskoefitsiendist saab efekti jälgida palja silmaga.
Sama homogeense materjali (valmistatud ühest ainest) pinna- ja mahupaisumiskoefitsiendid on vastavalt lineaarse paisumiskoefitsiendi topelt- ja kolmekordsed väärtused.
Iga keha läbib kõik kolm tüüpi laienemist üheaegselt, kuid üks neist on teistest olulisem, kuna keha kuju on selle eesõigustatud.
Harjutused soojuspaisumisel
2,0 m pikkune raudvarda, mille lineaarse laienemise koefitsient on α = 1,2,10-5 ° C-1 see on toatemperatuuril (25ºC). Seejärel puutub see keha kokku soojusallikaga, saavutades kuumutamise lõpuks temperatuuri 100 ° C.
Tehke kindlaks:
a) advokatuuri laienemine.
b) varda lõplik pikkus.
c) materjali, millest see varda on valmistatud, pinna- ja mahupaisumiskoefitsiendid.
Resolutsioon
a) Baari laienemise arvutamiseks peame meeles pidama, et selle kuju on lineaarne, seega on see kõige olulisem paisumisvorm, mida see kannab. Lineaarse laienemisvalemi abil saame:
Ülaltoodud tulemuse kohaselt laieneks selle varda pikkus 1,8 mm.
b) Lati lõpliku pikkuse on hõlpsasti leitav, kuna me teame juba selle laienemist. Selle lõplik pikkus saab olema 2,0018 m (2 meetrit ja 1,8 mm)
c) Pinna- ja mahupaisumiskoefitsiendid on lineaarse paisumiskoefitsiendi kordsed. Nende väärtused on vastavalt 2,4.10-5 ° C-1ja 3,6.10-5 ° C-1.
Minu poolt. Rafael Helerbrock
Määrake 5,0 m pikkuse homogeense terastala laienduskoefitsiendi moodul, mille kuumutamisel temperatuurini 50 ° C on lineaarne laienemine 5,10-3 m.
Teades, et tahke ja homogeense materjali konstantse mahupaisumistegur on võrdne 1,2.10-5 ° C-1, määrake selle materjali pinna laiendustegur ja kontrollige õiget alternatiivi:
