Tágulástermikus a test hőmérsékletének emelkedéséből fakadó fizikai jelenség. Amikor egy test valamilyen forrásnak van kitéve hő, a te hőfok változásokon eshet át, fokozva a nagyobb tér körül oszcilláló molekulák keverését.
A molekulák rezgésének ez a mikroszkopikus változása makroszkopikus skálán látható, mint amikor egy vasrúd marad kissé nagyobb a hevítés eredményeként.
lineáris tágulás
Táguláslineáris A szilárd anyagok fizikai fizikai jelenség, amely akkor fordul elő, amikor a szilárd állapotban lévő lineáris alakú testek, mint például huzalok, kábelek, tűk, rudak, csövek hőmérséklet-változáson mennek keresztül. A lineáris dilatáció nagyságának kiszámításához a együtthatóban bentáguláslineáris anyagból.
Példák lineáris hőtágulásra
A vonatpályák vetemedése a nappali és éjszakai ciklusok nagy hőamplitúdója miatt. Ennek a hatásnak a következtében a tágulási hézagot használják, egy kis helyet két egymást követő rúd között.
A pólusokon az elektromos áram továbbításához használt rézhuzalok mindig nagyobbak, mint a pólusok közötti távolság. Ha nem lennének, hideg napokon ezek a vezetők negatív eltéréseket szenvednének hosszukban, és megrepedhetnek
felületes tágulás
Tágulássekély a szilárd anyagok értéke a test tartományának változása, amely szilárd állapotban van a hőmérsékletének növekedése miatt. A szilárd anyag felületi tágulásának kiszámítása attól függ együtthatóban bentágulássekély.
Példák a felületi hőtágulásra
A lakópadlókban és járdákban használt cseréptáblák között egy kis szabad hely marad, amelyet a habarcs foglal el, porózus anyag, amely képes elnyelni az alkatrészek által elszenvedett tágulás egy részét kerámia.
Gyakran előfordul, hogy a mechanika egy csavarhoz rögzített anyát melegít, annak eltávolítása érdekében, mivel a melegítés miatt az anya kitágul, megkönnyítve annak eltávolítását.
térfogati tágulás
térfogati tágulásez egy test térfogatának tágulása a hőmérsékletének növelésével. A térfogat-tágulást a együtthatóban bentágulástérfogat- a test.
Példák térfogati hőtágulásra
A repülőgéptörzsekben használt csavarokat nagyon alacsony hőmérsékleten lehet elhelyezni, mielőtt azokat menettel ellátnák. Menetezés után a csavar hőmérsékletének növekedése kiterjeszti méreteit, így később szinte lehetetlen leszerelni.
Hőtágulási együttható
Míg egyes anyagoknak hatalmas hőmérséklet-változásokon kell átesniük, hogy tágulásuk legyen észrevehető, mások hőmérsékletét néhány fokkal változtatni kell, hogy a hőmérsékletük eltérjen méretek.
Azt a fizikai tulajdonságot nevezzük, amely meghatározza az anyag könnyűségét vagy nehézségét, ha méretei hőmérsékletváltozással megváltoznak hőtágulási együttható.
A hőmérséklet növekedésével a test molekulái nagyobb helyet foglalnak el.
Nézis: Kalorimetria
Mindegyik anyagnak megvan a maga hőtágulási együtthatója, amely három különféle típusú lehet: táguláslineáris, sekély és térfogat. A test által elszenvedett tágulás kiszámításához ezen együtthatók közül csak egyet használunk, amelyet a test által bemutatott alaknak megfelelően határozunk meg.
A felületi és térfogati tágulás szenvedése ellenére hosszúkás testek, amelyek lineáris szimmetriával rendelkeznek, mint pl kábelek és huzalok hossza sokkal nagyobb, mint a területük tágulása vagy hangerő.
A tágulási együtthatók lineáris, sekély és térfogat- görög betűkkel jelöljük α, β, és γ, és mértékegysége ºC-1.
A szilárd anyagok hőtágulásának hatása nagy kereskedelmi és technológiai jelentőségű. Az épületépítésnél például olyan anyagokat használnak, amelyek gyakran ki vannak téve a hőmérséklet nagy és néha éles változásainak. Ebben az esetben elengedhetetlen a polgári építkezés során használt egyes anyagok tágulási együtthatóinak ismerete a repedések és egyéb szerkezeti hibák megjelenésének elkerülése érdekében.
A szilárd anyagok tágulási együtthatói közötti kapcsolat
Az azonos anyagból készült, különböző szimmetriájú testek különböző tágulási formákon mennek keresztül. Például egy vasrúd lineáris táguláson megy keresztül, míg egy ugyanabból az anyagból álló lemez felületi táguláson megy keresztül. A felületi tágulási együttható ugyanis kétszerese a tágulási együtthatónak lineáris, míg a térfogati tágulási együttható háromszor nagyobb, mint a tágulási együttható lineáris. Néz:
Ne álljon meg most... A reklám után még több van;)
α – lineáris tágulási együttható
β – felületi tágulási együttható
γ – térfogati tágulási együttható
Hő dilatáció hidakban
A hőtágulás hatásai különösen fontosak olyan szerkezetekben, amelyek nem képesek deformálni vagy megrepedni a szerkezetüket, például hidakon. Ezért ebben a típusú konstrukcióban több tágulási hézagot használnak.
Az alábbi képen egy híd tágulási kötése látható. Néz:
A dilatációs kötések csökkentik a repedések esélyét a hidak betonjának tágulása következtében.
Hőtágulási képletek
Ellenőrizze az alábbiakban a szilárd anyagok lineáris, felületes és térfogati kiterjedésének kiszámításához használt képleteket.
Lineáris dilatációs képlet
A lineáris dilatációs képlet kétféleképpen mutatható be: az egyik a test végleges méretének kiszámításához, a másik pedig a dilatáció során elszenvedett hosszváltozás kiszámításához:
L - végső hossz
L0 - kezdeti hossz
ΔT - hőmérséklet-változás
ΔL - hosszváltozás
Felületi dilatációs képlet
A lineáris tágulási képlethez hasonlóan a felület tágulási képlete is kétféle módon írható:
s - végső terület
s0 - kezdeti terület
ΔT - hőmérséklet-változás
S - területváltozás
Térfogat-tágulási képlet
Végül vannak olyan kifejezéseink, amelyek lehetővé teszik számunkra a test végső térfogatának vagy annak volumetrikus variációjának kiszámítását:
V - Végső kötet
V0 - kezdeti kötet
ΔT - hőmérséklet-változás
ΔV - térfogatváltozás
Összegzés
Amikor egy szilárd anyagot felmelegítenek, molekulái szélesebb körben vibrálni kezdenek, több helyet foglalnak el. Az anyag hevítési és tágulási együtthatójától függően szabad szemmel figyelhető meg a hatás.
Ugyanazon homogén anyag (egyetlen anyagból készült) felületi és térfogat-tágulási együtthatója a lineáris tágulási együttható duplája, illetve hármasa.
Minden test egyidejűleg átesik mindhárom típusú dilatáción, azonban egyikük jelentősebb, mint a többi, mivel a test alakja előnyt élvez.
Gyakorlatok a hőtágulásra
2,0 m hosszú vasrúd, amelynek lineáris tágulási együtthatója α = 1,2,10-5 ° C-1 szobahőmérsékleten (25ºC) van. Ezt a testet ezután hőforrásnak teszik ki, melegedésének végén 100 ° C-os hőmérsékletet ér el.
Határozza meg:
a) a sáv által elszenvedett terjeszkedés.
b) a rúd végső hossza.
c) az anyag felületi és térfogati tágulási együtthatói, amelyekből ez a rúd készül.
Felbontás
a) A rúd által elszenvedett tágulás kiszámításához emlékeznünk kell arra, hogy alakja lineáris, tehát ez a tágulás legfontosabb formája. A lineáris dilatációs képlet segítségével:
A fenti eredmény szerint ennek a rúdnak 1,8 mm-es tágulása lenne.
b) A rúd véghossza könnyen megtalálható, mivel már ismerjük az általa elszenvedett tágulást. Végső hossza lesz 2,0018 m (2 méter és 1,8 mm)
c) A felületi és a térfogati tágulási együtthatók a lineáris tágulási együttható többszörösei. Értékeik, ill. 2,4.10-5 ° C-1és 3,6.10-5 ° C-1.
Általam. Rafael Helerbrock
Határozza meg egy 5,0 m hosszú homogén acélgerenda felületi tágulási együtthatójának modulusát, amelynek 50 ° C-ra melegítve 5,10 lineáris tágulása van-3 m.
Annak ismeretében, hogy egy szilárd és homogén anyag állandó térfogat-tágulási együtthatója egyenlő 1,2.10-vel-5 ° C-1, határozza meg ennek az anyagnak a felületi tágulási együtthatóját, és ellenőrizze a megfelelő alternatívát:
