Amikor egy test növekedése hőfok, az azt alkotó molekulák energiát kapnak és izgatottá válnak, ami megnöveli a tárgy méreteit. Ez a jelenség néven ismert hőtágulás. Hasonlóképpen, amikor a testet lehűtik, csökken az energiája, és a molekuláris keverés is, ami a méretének csökkenését okozza, amelyet összehúzódás termikus.
A hőtágulás háromféleképpen osztályozható: lineáris, sekély és térfogat-.
lineáris hőtágulás
amikor az hőmérsékletváltozás egy test két pont, a lineáris hőtágulás, amely többek között a rúd hosszának, a gömb sugarának, a kocka vagy a négyzet átlójának variációja lehet.
Példaként vegyünk egy L hosszúságú vasrudat0 a kezdeti T hőmérséklettelén. A hőmérsékletének T-ra emelésévelf , a hossza L-re növekszik. Nézz a képre:
A hőmérséklet-emelkedés által okozott lineáris hőtágulást bemutató diagram
A hőmérséklet-változás (ΔT) a végső és a kezdeti hőmérséklet közötti különbség:
ΔT = Tf - Tén
Az ezen hőmérséklet-változás által előállított lineáris hőtágulás (ΔL) az L véghossz és a kezdeti L hossz közötti különbség0:
Δ L = L - L0
Ez a rúd által elszenvedett tágulás arányos a hőmérsékletváltozással és a rúd kezdeti hosszával, ezért kiszámítható a A lineáris termikus tágulás törvénye a következő képlettel:
Δ L = α. L0. Δ T
Az α arányossági állandót nevezzük lineáris hőtágulási együttható a rudat alkotó anyagból. Mértékegysége a reciprok Celsius-fok, amelyet ° C képvisel -1. Ez a mennyiség minden anyagtípusra más-más értéket vesz fel, ami a lineáris hőtágulást képviseli az egyes hosszegységeknél és a hőmérséklet-változások egységeinél.
Néhány anyag lineáris hőtágulási együtthatójának értékeit lásd a következő táblázatban:
Anyag |
Együttható (10-6 ° C -1) |
Vezet |
27 |
Alumínium |
25 |
Ezüst |
20 |
Szilícium |
2,6 |
Acél |
14 |
Arany |
15 |
A lineáris hőtágulás grafikus ábrázolása
Lineáris hőtágulást kaphatunk a hőmérséklet és a hőmérséklet függvényében:
A hosszúság és a lineáris hőtágulás hőmérsékletének grafikonja
Összekapcsolhatjuk a φ szöget a lineáris hőtágulás törvényével, mivel:
Δ L = α. L0. Δ T
és
ΔL = α. L0
Δ T
lévén az egyenes vonalú szögegyüttható amely a hőmérséklet és a hőmérséklet változását jelöli, azt az alábbiak adják meg:
tg φ = ΔL
Δ T
hamar:
tg φ = α. L0
A vonal nem haladhat át a 0 ponton, mivel a kezdeti hossz nem lehet egyenlő nullával.
A lineáris hőtágulás egyik következménye megfigyelhető a mérnöki munkákban, például a tágulási hézagok (a címben látható ábra), amelyek a vonat vágányain vagy a járdákon léteznek. Egyszerűen csak egy kis üres hely marad az építkezés egyes részeiben a A hőmérséklet-változások, például tűz esetén, vagy akár természetes változások, nem károsítják a konstrukciók. Ha ezek a tágulási hézagok nem léteznének, a hőmérséklet bármilyen emelkedése a beton vagy a vasalat hajlítását vagy törését okozhatja.
Írta: Mariane Mendes
Fizikából végzett
Forrás: Brazil iskola - https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-dilatacao-termica-linear.htm
