Toi liquides peut souffrir dilatation thermique, ainsi que les solides, lorsqu'ils sont chauffés. La dilatation des liquides se produit lorsque leur température augmente, de sorte que ses molécules sont plus agitées. Pour déterminer la dilatation du volume d'un liquide, nous devons connaître son coefficient de dilatation volumétrique, mais aussi la dilatation subie par le récipient qui contient ce liquide.
La dilatation subie par les liquides est appelée dilatation volumétrique. Dans ce type de dilatation, toutes les dimensions d'un corps ou fluide, comme les liquides et les gaz, subissent des augmentations significatives en réponse à une augmentation de la température. Ce phénomène survient à cause de l'agitation thermique des molécules du corps: plus la température est élevée, plus l'amplitude de l'agitation de ces molécules est grande, qui commencent à se déplacer dans un espace plus grand.
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Formule d'expansion volumétrique
On peut calculer la dilatation volumétrique subie par un liquide à l'aide de la formule suivante :
V — variation de volume (m³)
V0— volume initial (m³)
γ — coefficient de dilatation volumétrique (°C-1)
T — variation de température (°C)
La formule ci-dessus peut être utilisée pour calculer l'augmentation de volume (V) d'un liquide due à une variation de sa température (T). Avec quelques manipulations algébriques, il est possible d'écrire la même formule que ci-dessus dans un format qui nous permet de calculer directement le volume final d'un liquide après l'avoir chauffé, voir :
V — volume de liquide final
A noter que, dans les deux formules, il est nécessaire de savoir combien le constante, connu comme coefficient de dilatation volumétrique. Cette grandeur, mesurée en ºC-1(Il se lit comme suit: 1 en degrés Celsius), cela nous donne la grandeur de l'expansion d'une substance, pour chaque 1°C de changement de sa température.
Coefficient de dilatation volumétrique
Le coefficient de dilatation volumétrique est un propriété physique qui mesure l'ampleur du changement de volume d'un corps pour un changement donné de sa température. Cette quantité n'est pas constante et sa valeur ne peut être considérée comme constante que pour certaines plages de température. Découvrez quelques Les valeurs typiques des coefficients de dilatation de certaines substances à l'état liquide, à une température de 20 °C :
Substance |
Coefficient de dilatation volumétrique (°C-1) |
L'eau |
1,3.10-4 |
Mercure |
1,8.10-4 |
Alcool éthylique |
11,2.10-4 |
Acétone |
14,9.10-4 |
glycérine |
4,9.10-4 |
Comme indiqué ci-dessus, le coefficient de dilatation volumétrique a dépendance avec le Température, c'est-à-dire que votre module peut fluctuer pendant le préchauffage ou le refroidissement. Par conséquent, pour effectuer les calculs, nous utilisons les coefficients de dilatation qui se trouvent dans les plages de température, où le graphique de V x T a le format linéaire. Regarder:
Entre les températures T1 et T2, le coefficient de dilatation est constant.
Dilatation apparente des liquides
L'expansion apparente des liquides est déterminée par le volume de liquide qui est débordé si un récipient complètement rempli de ce liquide est chauffé. Cependant, si le récipient subit une variation de volume égale à la variation de volume subie par le liquide, aucun liquide ne doit déborder.
Le volume de liquide débordé sur la figure correspond à la dilatation apparente.
Formules de dilatation apparente
Afin de calculer le volume de liquide qui déborde du flacon, il faut utiliser la formule de la dilatation apparente, notez :
Vap — dilatation apparente (m³)
V0 — volume de liquide initial (m³)
γap — coefficient de dilatation volumétrique apparent (°C-1)
T — variation de température (°C)
Dans la formule ci-dessus, Vap correspond au volume de liquide débordé, tandis que γap est le coefficient de dilatation apparent. Afin de savoir calculer le coefficient de dilatation apparent, il faut prendre en compte la dilatation subie par le ballon (VF) qui contenait le liquide. Pour ce faire, nous utiliserons la formule suivante :
VF — expansion bouteille (m³)
V0— volume initial de la bouteille (m³)
γF — coefficient de dilatation volumétrique du ballon (°C-1)
T — variation de température (°C)
Dans l'expression précédente, γF désigne le coefficient de dilatation volumétrique du récipient contenant le liquide, et VF mesure quelle était la dilatation de cette bouteille. Ainsi, la dilatation réelle subie par le liquide (VR) peut être calculé comme la somme de la dilatation apparente avec la dilatation du flacon, note :
VR—dilatation liquide réelle
Vap — dilatation liquide apparente
VR — dilatation réelle du flacon
Après quelques manipulations algébriques avec les formules présentées, il est possible d'atteindre le résultat suivant :
γ — coefficient de dilatation du liquide réel (°C-1)
γF — coefficient de dilatation volumétrique du ballon (°C-1)
γap — coefficient de dilatation volumétrique apparent (°C-1)
La relation ci-dessus indique que le coefficient de dilatation réel du liquide peut être trouvé en utilisant le somme entre le coefficients de dilatation apparents C'est le coefficient de dilatation du ballon.
dilatation anormale de l'eau
L'eau a un comportement anormal concernant la dilatation thermique entre les températures de 0°C et 4°C, comprenez: chauffer l'eau de 0°C à 4°C, votre le volume diminue, au lieu d'augmenter. Pour cette raison, à l'état liquide, le densité de l'eau a votre valeur la plus élevée pour la température de 4°C. Les graphiques ci-dessous permettent de comprendre le comportement de la densité et du volume de l'eau en fonction de sa température, notez :
A une température de 4°C, la densité de l'eau est la plus élevée.
En raison de ce comportement, les boissons gazeuses ou les bouteilles d'eau éclatent lorsqu'elles sont laissées trop longtemps au congélateur. Lorsque l'eau atteint la température de 4°C, son volume est peu occupé par de l'eau liquide, si le refroidissement se poursuit, le volume d'eau augmentera au lieu de diminuer. quand l'eau atteint 0°C, le volume d'eau aura fortement augmenté, tandis que son récipient aura réduit ses propres mesures, provoquant sa Pause.
Les bouteilles remplies d'eau qui vont au congélateur peuvent éclater lorsqu'elles atteignent 0°C.
Une autre conséquence de ce comportement anormal de l'eau est la pas de gel du fond des rivières dans les régions très froides. Lorsque la température de l'eau approche de 0 ºC, sa densité diminue, puis l'eau froide monte, en raison de la flottabilité. En montant, l'eau froide gèle, formant une couche de glace sur les rivières. comme la glace est une bonne isolant thermique, le fond des rivières reste à environ 4 ºC, car, à cette température, sa densité est maximale et tend à rester au fond des rivières.
La raison du comportement anormal de l'eau a une origine moléculaire: entre 0 °C et 4 °C, l'attraction électrique entre le les molécules d'eau surmontent l'agitation thermique, en raison de l'existence de liaisons hydrogène présentes entre les molécules d'eau. L'eau.
Voirégalement: Comment se produit une expansion anormale de l'eau?
exercices résolus
1) Déterminer le coefficient de dilatation volumétrique d'une portion de 1 m³ de liquide qui subit une dilatation de 0,05 m³ lorsqu'elle est chauffée de 25°C à 225°C.
Résolution:
Calculons le coefficient de dilatation du liquide en question en utilisant la formule de dilatation volumétrique :
En appliquant les données fournies par l'instruction à la formule précédente, nous effectuerons le calcul suivant :
2) Un flacon en verre, dont le coefficient de dilatation volumétrique est de 27,10-6 °C-1, a une capacité thermique de 1000 ml, à une température de 20 ºC, et est complètement rempli d'un liquide inconnu. Lorsque nous chauffons l'ensemble à 120 ºC, 50 ml de liquide débordent du récipient. Déterminer les coefficients de dilatation apparents; le coefficient de dilatation réel du liquide; et la dilatation subie par le flacon en verre.
Résolution:
Calculons le coefficient de dilatation apparent, pour cela, nous utiliserons la formule suivante :
En utilisant les données de l'exercice, nous effectuerons le calcul suivant :
Ensuite, nous allons calculer le coefficient de dilatation réel du liquide. Pour cela, il faut calculer quelle a été la dilatation subie par la bouteille en verre :
En remplaçant les données fournies par l'énoncé de l'exercice, nous devons résoudre le calcul suivant :
Avec le calcul ci-dessus, nous avons déterminé quelle était la dilatation subie par le flacon en verre. Ainsi, pour trouver la dilatation réelle du liquide, il suffit d'ajouter le volume de la dilatation apparente au volume de la dilatation du ballon :
Le résultat obtenu dans la réponse ci-dessus indique que le liquide à l'intérieur de la bouteille a subi une expansion réelle de 52,7 ml. Enfin, calculons le coefficient de dilatation réel du liquide :
En utilisant la formule ci-dessus, nous calculons le coefficient de dilatation de l'eau réel égal à:
Par conséquent, le coefficient de dilatation thermique de ce liquide est de 5.27.10-4 °C-1.
Par moi Rafael Helerbrock
La source: École du Brésil - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/dilatacao-liquidos.htm