Sinä nesteitä voi kärsiä lämpölaajeneminensekä kiinteät aineet kuumennettaessa. Nesteiden laajeneminen tapahtuu niiden lämpötilan noustessa kasvaa, niin että sen molekyylit ovat levottomampia. Nesteen tilavuuden laajentumisen määrittämiseksi meidän on tiedettävä sen määrä tilavuuslaajenemiskerroin, mutta myös laajentuminen kärsi astiaan joka sisältää tämän nesteen.
Nesteiden kärsimää laajenemista kutsutaan tilavuuslaajennus. Tämän tyyppisessä laajennuksessa kaikki rungon tai nestettäkuten nesteet ja kaasut, lisääntyvät merkittävästi lämpötilan nousun seurauksena. Tämä ilmiö syntyy kehon molekyylien termisen sekoituksen takia: mitä korkeampi lämpötila, sitä suurempi on näiden molekyylien sekoituksen amplitudi, jotka alkavat liikkua suuremmassa tilassa.
Katsomyös: Hydrostatiikan peruskäsitteet
Tilavuuslaajenemiskaava
Voimme laskea nesteen tilavuuslaajenemisen seuraavan kaavan avulla:
ΔV - tilavuuden vaihtelu (m³)
V0- alkutilavuus (m³)
γ - tilavuuslaajenemiskerroin (° C-1)
ΔT - lämpötilan vaihtelu (° C)
Edellä esitettyä kaavaa voidaan käyttää tilavuuden kasvun laskemiseen (ΔV) nesteen lämpötilan vaihtelun vuoksi (ΔT). Joillakin algebrallisilla manipulaatioilla on mahdollista kirjoittaa sama kaava kuin yllä muodossa, joka antaa meille mahdollisuuden laskea suoraan nesteen lopullinen tilavuus sen kuumentamisen jälkeen, katso:
V - lopullinen nestemäärä
Huomaa, että molemmissa kaavoissa on tiedettävä, kuinka paljon vakio y, tunnetaan tilavuuslaajenemiskerroin. Tämä suuruus ºC: ssa mitattuna-1(Se lukee: 1 celsiusasteella), se antaa meille kuinka suuri on jonkin aineen laajeneminen jokaista 1 ° C lämpötilan muutosta kohti.
Tilavuuslaajenemiskerroin
Tilavuuslaajenemiskerroin on a fyysinen omaisuus mittaa kuinka suuri ruumiin tilavuuden muutos on tietylle lämpötilan muutokselle. Tämä määrä ei ole vakio, ja sen arvoa voidaan pitää vakiona vain joillakin lämpötila-alueilla. Katso joitain tyypilliset arvot joidenkin nestemäisten aineiden laajenemiskertoimista 20 ° C: n lämpötilassa:
Aine |
Tilavuuslaajenemiskerroin (° C-1) |
Vesi |
1,3.10-4 |
Elohopea |
1,8.10-4 |
Etyylialkoholi |
11,2.10-4 |
Asetoni |
14,9.10-4 |
Glyseriini |
4,9.10-4 |
Kuten edellä todettiin, tilavuuslaajenemiskertoimella on riippuvuus kanssa lämpötila, ts. moduulisi voi vaihdella lämpenemisen tai jäähdytyksen aikana. Siksi laskelmien tekemiseen käytetään laajenemiskertoimia, jotka ovat lämpötila-alueiden sisällä, missä V x T: n kuvaajalla on muoto lineaarinen. Katsella:
Lämpötilojen T välillä1 ja T2, laajenemiskerroin on vakio.
Nesteiden ilmeinen laajeneminen
Nesteiden näennäinen laajeneminen määräytyy nesteen tilavuuden mukaan täynnä jos astia on täynnä tätä nestettä lämmitetty. Jos säiliössä esiintyy kuitenkin tilavuuden vaihtelu, joka on yhtä suuri kuin nesteen kärsimä tilavuusvaihtelu, mikään neste ei saa vuotaa yli.
Kuvassa ylivuotoisen nesteen määrä vastaa näennäistä laajenemista.
Ilmeiset laajennuskaavat
Pullosta vuotavan nesteen määrän laskemiseksi meidän on käytettävä näennäisen laajenemisen kaavaa, huomio:
ΔVap - näennäinen laajentuminen (m³)
V0 — nesteen alkutilavuus (m³)
γap - näennäinen tilavuuslaajenemiskerroin (° C-1)
ΔT - lämpötilan vaihtelu (° C)
Yllä olevassa kaavassa ΔVap vastaa ylivuotoisen nesteen määrää, kun taas γap on näennäinen laajenemiskerroin. Näennäisen laajenemiskertoimen laskemiseksi meidän on otettava huomioon pullon kärsimä laajeneminen (ΔVF), joka sisälsi nestettä. Tätä varten käytämme seuraavaa kaavaa:
ΔVF - pullon laajennus (m³)
V0- pullon alkutilavuus (m³)
γF - pullon tilavuuslaajenemiskerroin (° C)-1)
ΔT - lämpötilan vaihtelu (° C)
Edellisessä lausekkeessa γF viittaa nestettä sisältävän säiliön tilavuuslaajenemiskertoimeen ja ΔVF mittaa pullon laajenemisen. Näin ollen nesteen todellinen laajeneminen (ΔVR) voidaan laskea näennäislaajennuksen summana injektiopullon dilataatiolla, huomio:
ΔVR—Nesteen todellinen laajentuminen
ΔVap - näennäinen nesteen laajeneminen
ΔVR - injektiopullon todellinen laajentuminen
Muutaman algebrallisen käsittelyn jälkeen esitetyillä kaavoilla on mahdollista saavuttaa seuraava tulos:
γ - todellinen nesteen laajenemiskerroin (° C-1)
γF - pullon tilavuuslaajenemiskerroin (° C)-1)
γap - näennäinen tilavuuslaajenemiskerroin (° C-1)
Yllä oleva suhde osoittaa, että nesteen todellinen laajenemiskerroin voidaan löytää käyttämällä summa välissä näennäiset laajentumiskertoimet se on pullon laajenemiskerroin.
veden epänormaali laajentuminen
Vedessä on epänormaali käyttäytyminen lämpötilan välisen lämpölaajenemisen osalta 0 ° C ja 4 ° C, ymmärrä: veden lämmittäminen 0 ° C: sta 4 ° C: seen, sinun äänenvoimakkuus vähenee, sen sijaan, että lisäisit. Tästä syystä nestemäisessä tilassa tiheys vedestä on sinun korkein arvo lämpötilan 4 ° C. Alla olevat kaaviot auttavat ymmärtämään veden tiheyden ja tilavuuden käyttäytymistä sen lämpötilan funktiona, huomaa:
4 ° C: n lämpötilassa veden tiheys on suurin.
Tämän käyttäytymisen seurauksena virvoitusjuomat tai vesipullot räjähtävät, kun ne jätetään pakastimeen liian kauan. Kun vesi saavuttaa lämpötilan 4 ° Cnestemäinen vesi vie sen tilavuuden minimaalisesti, jos jäähdytys jatkuu, veden määrä kasvaa sen sijaan, että vähenisi. kun vesi saavuttaa 0 ° C, veden määrä on kasvanut huomattavasti, kun taas sen säiliö on vähentänyt omia mittauksiaan aiheuttaen sen tauko.
Pakastimeen menevät vedellä täytetyt pullot voivat räjähtää, kun ne ovat 0 ° C.
Toinen seuraus tämän veden epänormaalista käytöstä on ei joen pohjan jäätymistä hyvin kylmillä alueilla. Kun veden lämpötila lähestyy 0 ºC, sen tiheys pienenee ja sitten kylmä vesi nousee kelluvuus. Nousussa kylmä vesi jäätyy muodostaen kerroksen jäätä jokien yli. koska jää on hyvä lämpöeristin, jokien pohja pysyy noin 4 ºC: ssa, koska tässä lämpötilassa sen tiheys on suurin ja yleensä pysyy jokien pohjassa.
Veden epänormaalin käyttäytymisen taustalla on molekyylinen alkuperä: 0 ° C - 4 ° C, sähköinen vetovoima veden välillä vesimolekyylit voittavat termisen sekoituksen vesimolekyylien välillä olevien vetysidosten vuoksi. Vesi.
Katsomyös: Kuinka epänormaali veden laajeneminen tapahtuu?
ratkaisi harjoituksia
1) Määritä tilavuuslaajenemiskerroin 1 m3: n nestemäärälle, joka laajenee 0,05 m³ kuumennettaessa 25 ° C: sta 225 ° C: seen.
Resoluutio:
Lasketaan kyseessä olevan nesteen laajenemiskerroin tilavuuslaajenemiskaavan avulla:
Soveltamalla lauseen antamia tietoja edelliseen kaavaan teemme seuraavan laskelman:
2) Lasipullo, jonka tilavuuslaajenemiskerroin on 27,10-6 ° C-1, jonka lämpökapasiteetti on 1 000 ml, lämpötilassa 20 ºC, ja se on kokonaan täytetty tuntemattomalla nesteellä. Kun lämmitämme laitteen lämpötilaan 120 ºC, astiasta valuu 50 ml nestettä. Määritä näennäinen laajenemiskerroin; nesteen todellinen laajenemiskerroin; ja lasipullon kärsimä laajeneminen.
Resoluutio:
Lasketaan näennäinen laajenemiskerroin, jota varten käytämme seuraavaa kaavaa:
Käyttämällä harjoitustietoja teemme seuraavan laskelman:
Seuraavaksi laskemme nesteen todellisen laajenemiskertoimen. Tätä varten meidän on laskettava, mikä oli lasipullon laajentuminen:
Korvaamalla harjoitusselvityksen antamat tiedot meidän on ratkaistava seuraava laskelma:
Yllä olevan laskelman avulla määritimme, mikä oli lasipullon laajeneminen. Siten nesteen todellisen laajenemisen löytämiseksi lisää vain näennäisen dilataation tilavuus pullon laajenemisen tilavuuteen:
Edellä esitetyssä vastauksessa saatu tulos osoittaa, että pullon sisällä oleva neste todellisuudessa laajeni 52,7 ml. Lasketaan lopuksi nesteen todellinen laajenemiskerroin:
Edellä olevaa kaavaa käyttämällä lasketaan todellinen veden laajenemiskerroin, joka on:
Siksi tämän nesteen lämpölaajenemiskerroin on 5,27,10-4 ° C-1.
Minun luona. Rafael Helerbrock
Lähde: Brasilian koulu - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/dilatacao-liquidos.htm