Ön folyadékok szenvedhet hőtágulás, valamint szilárd anyagok, ha melegítik. A folyadékok tágulása akkor következik be, amikor hőmérsékletük megnő növekszik, így molekulái izgatottabbak. A folyadék térfogatának tágulásának meghatározásához ismernünk kell annak folyadékát térfogati tágulási együttható, hanem a tartály amely ezt a folyadékot tartalmazza.
A folyadékok által elszenvedett tágulást ún térfogati tágulás. Az ilyen típusú dilatációban a test minden dimenziója ill folyadékA folyadékokhoz és gázokhoz hasonlóan a hőmérséklet-emelkedés hatására jelentős növekedésen mennek keresztül. Ez a jelenség a test molekuláinak termikus keverése miatt merül fel: minél magasabb a hőmérséklet, annál nagyobb a keverés amplitúdója e molekuláknak, amelyek nagyobb térben mozogni kezdenek.
Nézis: A hidrostatika alapfogalmai
Térfogat-tágulási képlet
A folyadék által elszenvedett térfogat-tágulást a következő képlettel számíthatjuk ki:
ΔV - térfogatváltozás (m³)
V0- kezdeti térfogat (m³)
γ - térfogat-tágulási együttható (° C-1)
ΔT - hőmérséklet-változás (° C)
A fenti képlet felhasználható a térfogat növekedésének kiszámítására (ΔV) folyadék hőmérsékletének változása miatt (ΔT). Néhány algebrai manipulációval meg lehet írni a fenti képletet olyan formátumban, amely lehetővé teszi számunkra a folyadék végső térfogatának közvetlen kiszámítását melegítés után, lásd:
V - a folyadék végső térfogata
Ne feledje, hogy mindkét képletben tudni kell, hogy mennyi a állandó γ, ismert, mint térfogati tágulási együttható. Ez a nagyság, ºC-ban mérve-1(Ez így olvasható: 1 Celsius-fokon), ez megadja nekünk, hogy milyen nagy az egyes anyagok tágulása, minden hőmérsékleti változás 1 ° C-on.
Térfogati tágulási együttható
A térfogati tágulási együttható a fizikai tulajdonság amely méri, hogy a test térfogatváltozása mekkora a hőmérséklet adott változásához. Ez a mennyiség nem állandó, és értéke csak néhány hőmérsékleti tartományban tekinthető állandónak. Nézz meg néhányat tipikus értékek egyes folyékony állapotú anyagok tágulási együtthatóinak 20 ° C hőmérsékleten:
Anyag |
Térfogati tágulási együttható (° C-1) |
Víz |
1,3.10-4 |
Higany |
1,8.10-4 |
Etilalkohol |
11,2.10-4 |
Aceton |
14,9.10-4 |
Glicerin |
4,9.10-4 |
Amint fentebb említettük, a térfogati tágulási együtthatóval megvan függőség a... val hőfok, vagyis a modul bemelegítés vagy lehűlés közben ingadozhat. Ezért a számításokhoz a hőmérséklet-tartományon belüli tágulási együtthatókat használjuk, ahol V x T grafikonjának formátuma lineáris. Néz:
T hőmérsékletek között1 és T2, a tágulási együttható állandó.
Folyadékok látszólagos tágulása
A folyadékok látszólagos tágulását a folyadék térfogata határozza meg túlcsordult ha egy edény teljesen tele van ezzel a folyadékkal fűtött. Ha azonban a tartály térfogatváltozása megegyezik a folyadék térfogat-változásával, egyetlen folyadék sem szabad túlfolyni.
Az ábrán túlfolyó folyadék térfogata megfelel a látszólagos tágulásnak.
Látszólagos tágulási képletek
A palackból kiáramló folyadék térfogatának kiszámításához a látszólagos tágulás képletét kell használnunk, vegye figyelembe:
ΔVap - látszólagos tágulás (m³)
V0 — kezdeti folyadéktérfogat (m³)
γap - látszólagos térfogat-tágulási együttható (° C-1)
ΔT - hőmérséklet-változás (° C)
A fenti képletben ΔVap megfelel a túlfolyó folyadék térfogatának, míg γap a látszólagos tágulási együttható. A látszólagos tágulási együttható kiszámításának ismeretéhez figyelembe kell vennünk a lombik tágulását (ΔVF), amely a folyadékot tartalmazta. Ehhez a következő képletet fogjuk használni:
ΔVF - palackbővítés (m³)
V0- a palack kezdeti térfogata (m³)
γF - a lombik térfogat-tágulási együtthatója (° C)-1)
ΔT - hőmérséklet-változás (° C)
Az előző kifejezésben γF - a folyadékot tartalmazó tartály térfogati tágulási együtthatójára vonatkozik, és - ΔVF méri, mi volt az a palack tágulata. Így a folyadék által elszenvedett tényleges terjeszkedés (ΔVR) kiszámítható az üveg tágulásával járó látszólagos tágulás összegeként, megjegyzés:
ΔVR— Tényleges folyadék tágulás
ΔVap - látszólagos folyadék tágulás
ΔVR - az injekciós üveg tényleges kitágulása
A bemutatott képletekkel végzett algebrai manipulációk után a következő eredmény érhető el:
γ - valós folyadéktágulási együttható (° C-1)
γF - a lombik térfogat-tágulási együtthatója (° C)-1)
γap - látszólagos térfogat-tágulási együttható (° C-1)
A fenti összefüggés azt jelzi, hogy a folyadék tényleges tágulási együtthatója a összeg között látszólagos tágulási együtthatók ez a a lombik tágulási együtthatója.
a víz rendellenes tágulata
A víznek van egy rendellenes viselkedés hőmérsékletek közötti hőtágulás tekintetében 0 ° C és 4 ° C, értsd: a vizet 0 ° C-ról 4 ° C-ra melegíted, a a hangerő csökken, ahelyett, hogy növelné. Emiatt folyékony állapotban a sűrűség a víz megvan legmagasabb érték hőmérsékletére 4 ° C. Az alábbi grafikonok segítenek megérteni a víz sűrűségének és térfogatának viselkedését a hőmérséklet függvényében, vegye figyelembe:
4 ° C hőmérsékleten a víz sűrűsége a legnagyobb.
Ennek a viselkedésnek az eredményeként az üdítők vagy a palackos víz felszakad, ha túl hosszú ideig a fagyasztóban hagyják őket. Amikor a víz eléri a hőmérsékletet 4 ° C, térfogatát a folyékony víz minimálisan foglalja el, ha a hűtés folytatódik, a víz mennyisége csökkenés helyett növekszik. amikor a víz eléri 0 ° C, a víz térfogata nagymértékben megnövekszik, míg a tartálya csökkenti saját méréseit, ami azt okozza szünet.
A fagyasztóba kerülő vízzel töltött palackok 0 ° C-os hőmérséklet elérésekor felrepedhetnek.
A víz ezen rendellenes viselkedésének másik következménye a nincs befagyva a folyó feneke nagyon hideg régiókban. Amikor a víz hőmérséklete megközelíti a 0 ° C-ot, annak sűrűsége csökken, majd a hideg víz emelkedik, a felhajtóerő. Felkelve a hideg víz megfagy, jégréteget képez a folyók felett. mivel a jég jó hőszigetelő, a folyók feneke körülbelül 4 ° C-on marad, mivel ezen a hőmérsékleten a sűrűsége maximális, és általában a folyók fenekén marad.
A víz rendellenes viselkedésének oka molekuláris eredetű: 0 ° C és 4 ° C között a a vízmolekulák leküzdik a termikus keverést, a vízmolekulák között jelenlévő hidrogénkötések miatt. Víz.
Nézis: Hogyan történik a rendellenes vízterjedés?
megoldott gyakorlatok
1) Határozza meg annak az 1 m³ folyadéknak a térfogat-tágulási együtthatóját, amely 0,05 m³ táguláson megy keresztül, amikor 25 ° C-ról 225 ° C-ra melegítik.
Felbontás:
Számítsuk ki a szóban forgó folyadék tágulási együtthatóját a térfogat-tágulási képlet segítségével:
Az utasítás által megadott adatokat az előző képletre alkalmazva a következő számítást hajtjuk végre:
2) Üveg lombik, amelynek térfogati tágulási együtthatója 27,10-6 ° C-1, amelynek hőtartalma 1000 ml, 20 ° C hőmérsékleten, és teljesen ismeretlen folyadékkal van feltöltve. Amikor a készüléket 120 ° C-ra melegítjük, 50 ml folyadék folyik ki a tartályból. Határozza meg a látszólagos tágulási együtthatókat; a folyadék tényleges tágulási együtthatója; és az üveges üveg által elszenvedett tágulás.
Felbontás:
Számítsuk ki a látszólagos tágulási együtthatót, ehhez a következő képletet fogjuk használni:
A gyakorlat adatait felhasználva a következő számítást hajtjuk végre:
Ezután kiszámítjuk a folyadék tényleges tágulási együtthatóját. Ehhez ki kell számolnunk, hogy mi volt az üvegpalack tágulata:
A gyakorló utasítás által megadott adatok cseréjével meg kell oldanunk a következő számítást:
A fenti számítással meghatároztuk, hogy mi volt az üvegpalack tágulása. Így a folyadék valódi tágulásának megtalálásához csak a látszólagos dilatáció térfogatát adjuk hozzá a lombik tágulási térfogatához:
A fenti válaszban kapott eredmény azt jelzi, hogy a palackban lévő folyadék tényleges tágulása 52,7 ml volt. Végül számítsuk ki a folyadék valós tágulási együtthatóját:
A fenti képlet segítségével kiszámítjuk a valós vízterjedési együtthatót, amely megegyezik:
Ezért ennek a folyadéknak a hőtágulási együtthatója 5.27.10-4 ° C-1.
Általam. Rafael Helerbrock
Forrás: Brazil iskola - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/dilatacao-liquidos.htm
