Vas tekućine može patiti toplinsko širenje, kao i krute tvari, kada se zagrijavaju. Do širenja tekućina dolazi kada im temperatura povećava, tako da su njegove molekule uzburkanije. Da bismo odredili volumensko širenje tekućine, moramo znati njezino koeficijent volumetrijskog širenja, ali i širenje pretrpjelo kontejner koja sadrži ovu tekućinu.
Zove se širenje koje trpe tekućine volumetrijsko širenje. U ovoj vrsti širenja sve dimenzije tijela odn tekućina, poput tekućina i plinova, podvrgavaju se značajnim porastima kao odgovor na povišenje temperature. Ova pojava nastaje zbog toplinskog uznemirivanja tjelesnih molekula: što je temperatura viša, veća je amplituda uznemirenosti tih molekula koje se počinju kretati u većem prostoru.
Izgledtakođer: Osnovni pojmovi hidrostatike
Formula volumetrijskog širenja
Zapreminsko širenje koje pretrpi tekućina možemo izračunati pomoću sljedeće formule:
ΔV - varijacija volumena (m³)
V0- početni volumen (m³)
γ - koeficijent volumetrijskog širenja (° C-1)
ΔT - varijacija temperature (° C)
Gore prikazana formula može se koristiti za izračunavanje povećanja volumena (ΔV) tekućine zbog promjene temperature (ΔT). Uz neke algebarske manipulacije, moguće je napisati istu formulu kao gore u formatu koji nam omogućuje izravno izračunavanje konačnog volumena tekućine nakon zagrijavanja, vidi:
V - konačni volumen tekućine
Imajte na umu da je u obje formule potrebno znati koliki je konstanta γ, poznat kao koeficijent volumetrijskog širenja. Ova veličina, izmjerena u ºC-1(Čita: 1 na Celzijevim stupnjevima), daje nam koliko je veliko širenje neke tvari, za svakih 1 ° C promjene temperature.
Koeficijent volumetrijskog širenja
Koeficijent volumetrijskog širenja je a fizičko svojstvo koja mjeri kolika je promjena volumena tijela za datu promjenu njegove temperature. Ova veličina nije konstantna, a njezina se vrijednost može smatrati konstantnom samo za neka temperaturna područja. Pogledajte neke tipične vrijednosti koeficijenata širenja nekih tvari u tekućem stanju, na temperaturi od 20 ° C:
Tvar |
Koeficijent volumetrijskog širenja (° C-1) |
Voda |
1,3.10-4 |
Merkur |
1,8.10-4 |
Etil alkohol |
11,2.10-4 |
Aceton |
14,9.10-4 |
Glicerin |
4,9.10-4 |
Kao što je gore rečeno, koeficijent volumetrijskog širenja ima ovisnost s temperatura, to jest, vaš modul može varirati tijekom zagrijavanja ili hlađenja. Stoga se za izračun koristimo koeficijenti širenja koji su unutar temperaturnih područja, gdje graf V x T ima format linearno. Gledati:
Između temperatura T1 i T2, koeficijent širenja je konstantan.
Prividno širenje tekućina
Prividno širenje tekućina određuje se volumenom tekućine koja je preliven ako je posuda potpuno puna te tekućine grijani. Međutim, ako spremnik doživi varijaciju volumena jednaku volumetrijskoj varijaciji koju trpi tekućina, nijedna se tekućina ne smije prelijevati.
Količina tekućine pretočene na slici odgovara prividnom širenju.
Formule prividne dilatacije
Da bismo izračunali volumen tekućine koja prelijeva iz boce, moramo se poslužiti formulom prividne dilatacije, imajte na umu:
ΔVap - prividno širenje (m³)
V0 — početni volumen tekućine (m³)
γap - prividni koeficijent volumetrijskog širenja (° C-1)
ΔT - varijacija temperature (° C)
U gornjoj formuli, ΔVap odgovara volumenu pretočene tekućine, dok γap je prividni koeficijent širenja. Da bismo znali izračunati prividni koeficijent širenja, moramo uzeti u obzir širenje koje pretrpi tikvica (ΔVF) koja je sadržavala tekućinu. Da bismo to učinili, poslužit ćemo se sljedećom formulom:
ΔVF - ekspanzija tikvice (m³)
V0- početni volumen boce (m³)
γF - koeficijent volumetrijskog širenja tikvice (° C-1)
ΔT - varijacija temperature (° C)
U prethodnom izrazu, γF odnosi se na koeficijent volumetrijskog širenja spremnika u kojem se nalazi tekućina, i ΔVF mjeri kakvo je bilo širenje te boce. Dakle, stvarno širenje koje trpi tekućina (ΔVR) može se izračunati kao zbroj prividne dilatacije s dilatacijom bočice, napomena:
ΔVR- stvarno širenje tekućine
ΔVap - prividno širenje tekućine
ΔVR - stvarno širenje boce
Nakon nekih algebarskih manipulacija predstavljenim formulama, moguće je doći do sljedećeg rezultata:
γ - stvarni koeficijent širenja tekućine (° C-1)
γF - koeficijent volumetrijskog širenja tikvice (° C-1)
γap - prividni koeficijent volumetrijskog širenja (° C-1)
Gornji odnos pokazuje da se stvarni koeficijent širenja tekućine može pronaći pomoću iznos između prividni koeficijenti širenja to je koeficijent širenja tikvice.
anomalno širenje vode
Voda ima a anomalno ponašanje s obzirom na toplinsku ekspanziju između temperatura 0 ° C i 4 ° C, razumijemo: zagrijavanje vode od 0 ° C do 4 ° C, vaše volumen se smanjuje, umjesto da se povećava. Iz tog razloga, u tekućem stanju, gustoća vode ima vaše najviša vrijednost za temperaturu od 4 ° C. Grafikoni u nastavku pomažu razumjeti ponašanje gustoće i volumena vode u ovisnosti o njezinoj temperaturi, imajte na umu:
Na temperaturi od 4 ° C, gustoća vode je najveća.
Kao rezultat takvog ponašanja bezalkoholna pića ili boce s vodom pucaju ako se predugo ostave u zamrzivaču. Kad voda dosegne temperaturu od 4 ° C, njezin volumen minimalno zauzima tekuća voda, ako se hlađenje nastavi, količina vode će se povećavati, a ne smanjivati. kad voda dosegne 0 ° C, količina vode će se znatno povećati, dok će njezin spremnik smanjiti vlastita mjerenja, uzrokujući njezinu pauza.
Boce napunjene vodom koje idu u zamrzivač mogu puknuti kad dosegnu 0 ° C.
Sljedeća posljedica ovog anomalnog ponašanja vode je nema smrzavanja dna rijeke u vrlo hladnim krajevima. Kad se temperatura vode približi 0 ° C, njena gustoća opada, a zatim hladna voda raste zbog uzgon. Kako se uspinje, hladna voda se smrzava, stvarajući sloj leda nad rijekama. kao što je led dobro toplinski izolator, dno rijeka ostaje na približno 4 ° C, jer je pri ovoj temperaturi njegova gustoća maksimalna i nastoji ostati na dnu rijeka.
Razlog anomalnog ponašanja vode ima molekularno podrijetlo: između 0 ° C i 4 ° C, električna privlačnost između molekule vode prevladavaju toplinsko uznemirivanje zbog postojanja vodikovih veza prisutnih između molekula vode. Voda.
Izgledtakođer: Kako dolazi do anomalnog širenja vode?
riješene vježbe
1) Odredite volumetrijski koeficijent širenja dijela tekućine od 1 m³ koji prolazi 0,05 m³ širenja kada se zagrije s 25 ° C na 225 ° C.
Rješenje:
Izračunajmo koeficijent širenja predmetne tekućine pomoću formule volumetrijskog širenja:
Primjenjujući podatke dane izjavom na prethodnu formulu, izvršit ćemo sljedeći izračun:
2) Staklena tikvica, čiji je koeficijent volumetrijskog širenja 27,10-6 ° C-1, ima toplinski kapacitet od 1000 ml, na temperaturi od 20 ºC, i potpuno je ispunjen nepoznatom tekućinom. Kada zagrijavamo sklop na 120 ºC, 50 ml tekućine prelijeva se iz posude. Odrediti prividne koeficijente širenja; stvarni koeficijent širenja tekućine; i širenje koje je pretrpjela staklena bočica.
Razlučivost:
Izračunajmo prividni koeficijent širenja, za to ćemo upotrijebiti sljedeću formulu:
Koristeći podatke o vježbama, napravit ćemo sljedeći izračun:
Zatim ćemo izračunati stvarni koeficijent širenja tekućine. Da bismo to učinili, moramo izračunati kolika je dilatacija pretrpjela staklena boca:
Zamjenjujući podatke dane u izjavi o vježbi, moramo riješiti sljedeći izračun:
Gornjim izračunom utvrdili smo kolika je ekspanzija pretrpjela staklena bočica. Dakle, da biste pronašli stvarno širenje tekućine, samo dodajte volumen prividne dilatacije volumenu dilatacije tikvice:
Rezultati dobiveni u gornjem odgovoru pokazuju da je tekućina unutar bočice imala stvarno širenje od 52,7 ml. Na kraju, izračunajmo stvarni koeficijent širenja tekućine:
Koristeći gornju formulu, izračunavamo stvarni koeficijent širenja vode jednak:
Stoga je koeficijent toplinskog širenja ove tekućine 5.27.10-4 ° C-1.
Ja, Rafael Helerbrock
Izvor: Brazil škola - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/dilatacao-liquidos.htm