Laajentuminenlämpö se on fyysinen ilmiö, joka johtuu kehon lämpötilan noususta. Kun ruumis altistuu jollekin lähteelle lämpöä, sinun lämpötila se voi käydä vaihteluissa, mikä lisää molekyylien sekoitusta, joka värähtelee suuremman tilan ympärillä.
Tämä mikroskooppinen vaihtelu molekyylien värähtelyssä voidaan havaita makroskooppisessa mittakaavassa, kuten kun rautapalkki pysyy hieman suurempi lämmityksen seurauksena.
lineaarinen dilataatio
Laajentuminenlineaarinen kiintoaine on fysikaalinen ilmiö, joka tapahtuu, kun kiinteässä tilassa olevat lineaarisen muotoiset kappaleet, kuten johdot, kaapelit, neulat, tangot, putket, vaihtelevat lämpötilassa. Lineaarisen dilatation suuruuden laskemiseksi käytämme kerroinsisäänlaajentuminenlineaarinen materiaalia.
Esimerkkejä lineaarisesta lämpölaajenemisesta
Junaradan vääntyminen johtuen suuresta lämpöamplitudista päivällä ja yöllä. Tämän vaikutuksen vuoksi käytetään laajennusliitosta, joka on pieni tila kahden peräkkäisen tangon välillä.
Kuparilangat, joita käytetään sähkövirran siirtämiseen napoihin, ovat aina suurempia kuin napojen välinen etäisyys. Jos niitä ei olisi, kylminä päivinä nämä johtimet kärsivät pituudeltaan negatiivisista vaihteluista ja saattavat kärsiä repeämiä
pinnallinen laajentuminen
Laajentuminenmatala kiintoaine on kiinteässä tilassa olevan ruumiin alueen vaihtelu lämpötilan nousun vuoksi. Kiinteän aineen pintalaajennuksen laskeminen riippuu sen pinta-alasta kerroinsisäänlaajentuminenmatala.
Esimerkkejä pinnan lämpölaajenemisesta
Asuntolattioissa ja jalkakäytävissä käytettävien laattalevyjen väliin jää pieni vapaa tila, joka on laastin käytössä, huokoinen materiaali, joka pystyy absorboimaan osan osien kärsimästä laajenemisesta keramiikka.
On yleistä nähdä mekaniikan lämmittävän pulttiin kiinnitettyä mutteria sen poistamiseksi, koska lämmitys saa mutterin laajenemaan helpottaen sen poistamista.
tilavuuslaajennus
tilavuuslaajennusse on kehon tilavuuden laajeneminen lisäämällä sen lämpötilaa. Tilavuuslaajeneminen lasketaan kerroinsisäänlaajentuminentilavuus kehosta.
Esimerkkejä tilavuuden lämpölaajenemisesta
Lentokoneen rungoissa käytettävät ruuvit voidaan sijoittaa hyvin mataliin lämpötiloihin ennen niiden kierteittämistä. Kierroksen jälkeen ruuvin lämpötilan nousu laajentaa mittojaan, jolloin sen poistaminen myöhemmin on melkein mahdotonta.
Lämpölaajenemiskerroin
Vaikka joillekin materiaaleille on tapahduttava suuria lämpötilavaihteluita, jotta niiden laajenemisesta tulee havaittavissa, toisten lämpötilan on vaihdeltava muutamalla asteella, jotta niiden lämpötilaeroissa olisi eroja mitat.
Fysikaalista ominaisuutta, joka määrittää materiaalin helppouden tai vaikeuden, jonka mitat muuttuvat lämpötilan vaihteluilla, kutsutaan lämpölaajenemiskerroin.
Lämpötilan nousun myötä ruumiin molekyylit alkavat viedä suuremman tilan.
Katsomyös: Kalorimetria
Jokaisella materiaalilla on oma lämpölaajenemiskerroin, joka voi olla kolmea erilaista tyyppiä: kerroin laajentuminenlineaarinen, matala ja tilavuus. Rungon kärsimän laajenemisen laskemiseen käytämme vain yhtä näistä kertoimista, jotka määritetään ruumiin esittämän muodon mukaan.
Huolimatta kärsivästä pinta- ja tilavuuslaajenemisesta, pitkänomaiset kappaleet, joilla on lineaarinen symmetria, kuten kaapelit ja johdot voivat laajentua pituudeltaan paljon enemmän kuin niiden alueella tai äänenvoimakkuus.
Laajennuskertoimet lineaarinen, matala ja tilavuus on merkitty vastaavasti kreikkalaisilla kirjaimilla α, βja γ, ja sen mittayksikkö on ºC-1.
Kiintoaineiden lämpölaajenemisella on suuri kaupallinen ja tekninen merkitys. Esimerkiksi talonrakentamisessa käytetään materiaaleja, jotka altistuvat usein suurille ja joskus teräville lämpötilan vaihteluille. Tässä tapauksessa on välttämätöntä tietää jokaisen siviilirakentamisessa käytetyn materiaalin laajenemiskertoimet halkeamien ja muiden rakenteellisten vikojen välttämiseksi.
Kiinteiden aineiden laajenemiskertoimien suhde
Rungot, joilla on erilainen symmetria ja jotka on valmistettu samasta materiaalista, laajenevat eri tavoin. Esimerkiksi rautapalkki laajenee lineaarisesti, kun taas samasta materiaalista valmistettu levy pinta laajenee. Tämä johtuu siitä, että pintalaajennuskerroin on kaksinkertainen laajenemiskerroin lineaarinen, kun taas tilavuuslaajenemiskerroin on kolme kertaa suurempi kuin laajenemiskerroin lineaarinen. Katsella:
Älä lopeta nyt... Mainonnan jälkeen on enemmän;)
α – lineaarinen laajenemiskerroin
β – pinnan laajenemiskerroin
γ – tilavuuslaajenemiskerroin
Lämpölaajeneminen silloissa
Lämpölaajenemisen vaikutukset ovat erityisen tärkeitä rakenteissa, jotka eivät voi muodonmuutoksia tai halkeilla niiden rakennetta, kuten silloissa. Siksi tämän tyyppisessä rakenteessa käytetään useita laajennusliitoksia.
Alla olevassa kuvassa näkyy sillan paisuntasauma. Katsella:
Paisuntasaumat vähentävät halkeilumahdollisuuksia siltojen betonin paisumisen seurauksena.
Lämpölaajenemiskaavat
Tarkista alla kaavat, joita käytetään kiintoaineiden lineaarisen, pinnallisen ja tilavuuslaajenemisen laskemiseen.
Lineaarisen dilaation kaava
Lineaarinen dilatointikaava voidaan esittää kahdella tavalla: yksi lopullisen ruumiin koon laskemiseksi ja toinen laajentamisen aikana kärsineen pituuden vaihtelun laskemiseksi:
L - lopullinen pituus
L0 - alkupituus
ΔT - lämpötilan vaihtelu
ΔL - pituuden vaihtelu
Pintalaajennuksen kaava
Lineaarisen laajenemiskaavan tavoin pinnan laajenemiskaava voidaan kirjoittaa myös kahdella eri tavalla:
s - lopullinen alue
s0 - alkupinta-ala
ΔT - lämpötilan vaihtelu
S - alueen vaihtelu
Tilavuuslaajenemiskaava
Lopuksi meillä on lausekkeita, joiden avulla voimme laskea ruumiin lopullisen tilavuuden tai sen tilavuusvaihtelun:
V - Lopullinen määrä
V0 - alkutilavuus
ΔT - lämpötilan vaihtelu
ΔV - tilavuuden vaihtelu
Yhteenveto
Kun kiinteää ainetta kuumennetaan, sen molekyylit alkavat värisemään laajemmin viemällä enemmän tilaa. Materiaalin lämmitys- ja laajenemiskertoimesta riippuen vaikutus voidaan havaita paljaalla silmällä.
Saman homogeenisen (yhdestä aineesta valmistetun) materiaalin pinta- ja tilavuuslaajenemiskertoimet ovat vastaavasti kaksinkertaiset ja kolminkertaiset lineaarisen laajenemiskertoimen.
Jokainen keho käy läpi kaikki kolme tyyppistä laajenemista samanaikaisesti, mutta yksi niistä on merkittävämpi kuin muut, koska kehon muoto on etuoikeutettu.
Harjoitukset lämpölaajenemiselle
2,0 m pitkä rautapalkki, jonka lineaarisen laajenemiskerroin on α = 1,2,10-5 ° C-1 se on huoneenlämmössä (25ºC). Tämä kappale altistetaan sitten lämmönlähteelle saavuttaen lämmityksen lopussa 100 ° C: n lämpötilan.
Määritä:
a) tangon kärsimä laajennus.
b) tangon lopullinen pituus.
c) materiaalin, josta tämä tanko on valmistettu, pinta- ja tilavuuslaajenemiskertoimet.
Resoluutio
a) Palkin kärsimän laajennuksen laskemiseksi on muistettava, että sen muoto on lineaarinen, joten tämä on tärkein sen kärsimä laajenemismuoto. Lineaarisen dilaatiokaavan avulla meillä on:
Yllä olevan tuloksen mukaan tämän tangon pituuden laajeneminen olisi 1,8 mm.
b) Tangon lopullinen pituus voidaan helposti löytää, koska tiedämme jo sen kärsimän laajennuksen. Sen lopullinen pituus on 2,0018 m (2 metriä ja 1,8 mm)
c) Pinta- ja tilavuuslaajenemiskertoimet ovat kerrannaisia lineaariselle laajenemiskertoimelle. Niiden arvot ovat vastaavasti 2,4.10-5 ° C-1ja 3,6.10-5 ° C-1.
Minun luona. Rafael Helerbrock
Määritä 5,0 m pituisen homogeenisen teräspalkin pintalaajennuskertoimen moduuli, jonka 50 ° C: seen kuumennettuna lineaarinen laajeneminen on 5,10-3 m.
Tietäen, että kiinteällä ja homogeenisella materiaalilla on vakio tilavuuslaajenemiskerroin, joka on yhtä suuri kuin 1,2.10-5 ° C-1, määritä tämän materiaalin pintalaajennuskerroin ja tarkista oikea vaihtoehto:
