ठोसों का ऊष्मीय फैलाव: सारांश, सूत्र और अभ्यास

फैलावथर्मल यह एक भौतिक घटना है जो शरीर के तापमान में वृद्धि से उत्पन्न होती है। जब कोई शरीर के किसी स्रोत के संपर्क में आता है तपिश, तो आप का तापमान यह अणुओं के आंदोलन को बढ़ाकर, विविधताओं से गुजर सकता है, जो एक बड़े स्थान के चारों ओर घूमते हैं।

अणुओं के कंपन में इस सूक्ष्म भिन्नता को मैक्रोस्कोपिक पैमाने पर माना जा सकता है, जैसे कि जब एक लोहे की पट्टी रहती है थोड़ा बड़ा हीटिंग के परिणामस्वरूप।

रैखिक फैलाव

फैलावरैखिक ठोस पदार्थों की भौतिक घटना है जो तब होती है जब रैखिक आकार के शरीर जो ठोस अवस्था में होते हैं, जैसे कि तार, केबल, सुई, बार, पाइप, तापमान में भिन्नता से गुजरते हैं। रैखिक फैलाव के परिमाण की गणना करने के लिए, हम उपयोग करते हैं गुणकमेंफैलावरैखिक सामग्री का।

रैखिक थर्मल विस्तार के उदाहरण

• दिन और रात के चक्रों के दौरान बड़े तापीय आयाम के कारण ट्रेन की पटरियों का विकृत होना। इस प्रभाव के कारण, विस्तार संयुक्त का उपयोग किया जाता है, दो लगातार सलाखों के बीच एक छोटी सी जगह।

• खंभों पर विद्युत धारा के संचरण में प्रयुक्त तांबे के तार हमेशा ध्रुवों के बीच की दूरी से अधिक होते हैं। यदि वे नहीं होते, तो ठंड के दिनों में, इन कंडक्टरों को उनकी लंबाई में नकारात्मक बदलाव का सामना करना पड़ता, और टूटना हो सकता है

सतही फैलाव

फैलावउथला ठोस पदार्थों का एक शरीर के क्षेत्र में भिन्नता है जो उसके तापमान में वृद्धि के कारण ठोस अवस्था में है। किसी ठोस के पृष्ठीय प्रसार की गणना उस पर निर्भर करती है गुणकमेंफैलावउथला.

सतह थर्मल विस्तार के उदाहरण

• आवासीय फर्श और फुटपाथों में उपयोग किए जाने वाले टाइल बोर्डों के बीच, एक छोटी सी खाली जगह छोड़ी जाती है, जो ग्राउट द्वारा कब्जा कर लिया गया है, एक झरझरा सामग्री जो भागों के विस्तार के हिस्से को अवशोषित करने में सक्षम है चीनी मिट्टी की चीज़ें

• यांत्रिकी इसे हटाने के लिए बोल्ट से जुड़े नट को गर्म करते हुए देखना आम बात है, क्योंकि हीटिंग के कारण अखरोट फैल जाता है, जिससे इसे हटाने में आसानी होती है।

बड़ा फैलाव

बड़ा फैलावयह अपने तापमान को बढ़ाकर शरीर के आयतन का विस्तार है। वॉल्यूमेट्रिक विस्तार की गणना से की जाती है गुणकमेंफैलावबड़ा शरीर का।

वॉल्यूमेट्रिक थर्मल विस्तार के उदाहरण

• विमान के फ्यूजलेज में इस्तेमाल होने वाले स्क्रू को थ्रेडेड होने से पहले बहुत कम तापमान पर रखा जा सकता है। थ्रेडिंग के बाद, स्क्रू तापमान में वृद्धि से इसके आयामों का विस्तार होता है, जिससे बाद में इसे हटाना लगभग असंभव हो जाता है।

थर्मल विस्तार गुणांक

जबकि कुछ सामग्रियों को उनके विस्तार के लिए तापमान में भारी बदलाव से गुजरना पड़ता है ध्यान देने योग्य, दूसरों को अपने तापमान को कुछ डिग्री से अलग करने की आवश्यकता होती है ताकि उनके अंतर में अंतर हो आयाम।

वह भौतिक गुण जो तापमान परिवर्तन द्वारा उसके आयामों को बदलने वाली सामग्री की आसानी या कठिनाई को निर्धारित करता है, कहलाता है थर्मल विस्तार गुणांक.

तापमान में वृद्धि के साथ, शरीर के अणु एक बड़े स्थान पर कब्जा करना शुरू कर देते हैं।

नज़रभी: उष्मामिति

प्रत्येक सामग्री का थर्मल विस्तार का अपना गुणांक होता है, जो तीन अलग-अलग प्रकार का हो सकता है: का गुणांक फैलावरैखिक, उथला तथा बड़ा किसी पिंड द्वारा किए गए विस्तार की गणना करने के लिए, हम इनमें से केवल एक गुणांक का उपयोग करते हैं, जो शरीर द्वारा प्रस्तुत आकार के अनुसार निर्धारित होता है।

पीड़ित सतह और वॉल्यूमेट्रिक फैलाव के बावजूद, लम्बी पिंड जिनमें रैखिक समरूपता होती है, जैसे केबल और तार, उनके क्षेत्र में विस्तार की तुलना में उनकी लंबाई में विस्तार के अधीन हैं या मात्रा।

विस्तार गुणांक रैखिक, उथला तथा बड़ा क्रमशः ग्रीक अक्षरों द्वारा निरूपित किया जाता है α, β, तथा γ, और इसकी माप की इकाई C. है^-1.

ठोसों के ऊष्मीय प्रसार का प्रभाव अत्यधिक वाणिज्यिक और तकनीकी महत्व का है। भवन निर्माण, उदाहरण के लिए, उन सामग्रियों का उपयोग करता है जो अक्सर बड़े और कभी-कभी तापमान में तेज बदलाव के संपर्क में आते हैं। इस मामले में, दरारें और अन्य संरचनात्मक दोषों की उपस्थिति से बचने के लिए सिविल निर्माण में उपयोग की जाने वाली प्रत्येक सामग्री के विस्तार गुणांक को जानना आवश्यक है।

ठोसों के प्रसार गुणांकों के बीच संबंध

एक ही सामग्री से बने विभिन्न समरूपता वाले निकाय विभिन्न प्रकार के विस्तार से गुजरते हैं। उदाहरण के लिए, एक लोहे की छड़ में रैखिक विस्तार होता है, जबकि उसी सामग्री की एक शीट सतह के विस्तार से गुजरती है। ऐसा इसलिए है क्योंकि सतह के विस्तार का गुणांक विस्तार के गुणांक से दोगुना है रैखिक, जबकि वॉल्यूमेट्रिक विस्तार गुणांक विस्तार गुणांक से तीन गुना अधिक है रैखिक। घड़ी:

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α – रैखिक विस्तार गुणांक
β – सतह विस्तार गुणांक
γ – बड़ा विस्तार गुणांक

पुलों में थर्मल फैलाव

थर्मल विस्तार के प्रभाव उन निर्माणों में विशेष रूप से महत्वपूर्ण हैं जो पुलों जैसे उनकी संरचना को विकृत या दरार नहीं कर सकते हैं। इसलिए, इस प्रकार के निर्माण में, कई विस्तार जोड़ों का उपयोग किया जाता है।

नीचे दी गई छवि एक पुल के विस्तार जोड़ को दिखाती है। घड़ी:

पुलों में कंक्रीट के विस्तार के परिणामस्वरूप विस्तार जोड़ों के टूटने की संभावना कम हो जाती है।

थर्मल विस्तार सूत्र

ठोसों के रैखिक, सतही और आयतन प्रसार की गणना करने के लिए उपयोग किए जाने वाले सूत्रों की जाँच करें।

रैखिक फैलाव सूत्र

रैखिक फैलाव सूत्र को दो तरीकों से प्रस्तुत किया जा सकता है: एक अंतिम शरीर के आकार की गणना करने के लिए और दूसरा फैलाव के दौरान हुई लंबाई भिन्नता की गणना करने के लिए:

ली - अंतिम लंबाई
ली₀ - प्रारंभिक लंबाई
टी - तापमान भिन्नता
एल - लंबाई भिन्नता

सतह फैलाव सूत्र

रैखिक विस्तार सूत्र की तरह, सतह विस्तार सूत्र को भी दो अलग-अलग तरीकों से लिखा जा सकता है:

रों - अंतिम क्षेत्र
रों₀ - प्रारंभिक क्षेत्र
टी - तापमान भिन्नता
एस - क्षेत्र भिन्नता

बड़ा विस्तार सूत्र

अंत में, हमारे पास ऐसे भाव हैं जो हमें किसी निकाय के अंतिम आयतन या उसके आयतन भिन्नता की गणना करने की अनुमति देते हैं:

वी - अंतिम मात्रा
वी₀ - प्रारंभिक मात्रा
टी - तापमान भिन्नता
वी - मात्रा भिन्नता

सारांश

• जब किसी ठोस को गर्म किया जाता है, तो उसके अणु अधिक व्यापक रूप से कंपन करने लगते हैं, और अधिक स्थान घेर लेते हैं। सामग्री के ताप और विस्तार गुणांक के आधार पर, प्रभाव को नग्न आंखों से देखा जा सकता है।

• एक ही सजातीय सामग्री (एक पदार्थ से बने) के सतह और वॉल्यूमेट्रिक विस्तार गुणांक क्रमशः रैखिक विस्तार गुणांक को दोगुना और तिगुना करते हैं।

• प्रत्येक शरीर तीनों प्रकार के फैलाव से एक साथ गुजरता है, हालांकि, उनमें से एक अन्य की तुलना में अधिक महत्वपूर्ण है, क्योंकि यह शरीर के आकार से अधिक विशेषाधिकार प्राप्त है।

थर्मल विस्तार पर व्यायाम

एक 2.0 मीटर लंबी लोहे की छड़ जिसका रैखिक विस्तार गुणांक है α=1.2.10^-5 डिग्री सेल्सियस^-1 यह कमरे के तापमान (25ºC) पर है। यह पिंड तब एक ऊष्मा स्रोत के संपर्क में आता है, जो इसके ताप के अंत में, 100 ° C के तापमान तक पहुँच जाता है।

निर्धारित करें:

a) बार द्वारा किया गया विस्तार।

बी) बार की अंतिम लंबाई।

सी) उस सामग्री की सतह और वॉल्यूमेट्रिक विस्तार गुणांक जिससे यह बार बनाया गया है।

संकल्प

ए) बार द्वारा झेले गए विस्तार की गणना करने के लिए, हमें यह याद रखना होगा कि इसका आकार रैखिक है, इसलिए यह विस्तार का सबसे महत्वपूर्ण रूप है। रैखिक फैलाव सूत्र का उपयोग करते हुए, हमारे पास होगा:

उपरोक्त परिणाम के अनुसार, इस बार की लंबाई में 1.8 मिमी का विस्तार होगा।

बी) बार की अंतिम लंबाई आसानी से पाई जा सकती है, क्योंकि हम पहले से ही जानते हैं कि इससे होने वाले विस्तार का सामना करना पड़ा है। इसकी अंतिम लंबाई होगी 2.0018 वर्ग मीटर (2 मीटर और 1.8 मिमी)

सी) सतह और वॉल्यूमेट्रिक विस्तार गुणांक रैखिक विस्तार गुणांक के गुणक हैं। उनके मूल्य क्रमशः हैं, 2,4.10^-5 डिग्री सेल्सियस^-1तथा 3,6.10^-5 डिग्री सेल्सियस^-1.
​​​मेरे द्वारा राफेल हेलरब्रॉक

5.0 मीटर लंबे सजातीय स्टील बीम के सतह विस्तार के गुणांक के मापांक का निर्धारण करें, जिसे 50 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करने पर 5.10 का रैखिक विस्तार होता है।^-3 म।

यह जानते हुए कि एक ठोस और सजातीय सामग्री में 1.2.10. के बराबर एक निरंतर वॉल्यूमेट्रिक विस्तार गुणांक होता है^-5 डिग्री सेल्सियस^-1, इस सामग्री के सतह विस्तार के गुणांक का निर्धारण करें और सही विकल्प की जांच करें: