Pelebaranpanas itu adalah fenomena fisik yang timbul dari peningkatan suhu tubuh. Ketika tubuh terkena beberapa sumber panas, kamu suhu itu dapat mengalami variasi, meningkatkan agitasi molekul, yang berosilasi di sekitar ruang yang lebih besar.
Variasi mikroskopis dalam getaran molekul dapat dirasakan pada skala makroskopik, seperti ketika batang besi tetap sedikit lebih besar akibat pemanasan.
dilatasi linier
Pelebaranlinier benda padat adalah fenomena fisik yang terjadi ketika benda berbentuk linier yang berada dalam keadaan padat, seperti kabel, kabel, jarum, batang, pipa, mengalami variasi suhu. Untuk menghitung besarnya dilatasi linier, kita menggunakan koefisiendipelebaranlinier dari bahan.
Contoh ekspansi termal linier
Pembengkokan rel kereta api karena amplitudo termal yang besar selama siklus siang dan malam. Karena efek ini, sambungan ekspansi digunakan, ruang kecil di antara dua batang yang berurutan.
Kabel tembaga yang digunakan dalam transmisi arus listrik pada kutub selalu lebih besar dari jarak antar kutub. Jika tidak, pada hari yang dingin, konduktor ini akan mengalami variasi negatif dalam panjangnya, dan mungkin akan pecah
pelebaran superfisial
Pelebarandangkal dari padatan adalah variasi luas benda yang berada dalam keadaan padat karena peningkatan suhunya. Perhitungan pemuaian permukaan benda padat bergantung pada koefisiendipelebarandangkal.
Contoh ekspansi termal permukaan
Di antara papan ubin, yang digunakan di lantai perumahan dan trotoar, tersisa sedikit ruang kosong, yang ditempati oleh nat, bahan berpori yang mampu menyerap sebagian dari pemuaian yang diderita oleh bagian-bagian tersebut keramik.
Adalah umum untuk melihat mekanik memanaskan mur yang terpasang pada baut untuk melepaskannya, karena pemanasan menyebabkan mur melebar, memfasilitasi pelepasannya.
pelebaran volumetrik
pelebaran volumetrikitu adalah ekspansi volume tubuh dengan meningkatkan suhunya. Ekspansi volumetrik dihitung dari koefisiendipelebaranvolumetrik dari tubuh.
Contoh ekspansi termal volumetrik
Sekrup yang digunakan di badan pesawat dapat ditempatkan pada suhu yang sangat rendah sebelum diulir. Setelah threading, peningkatan suhu sekrup memperluas dimensinya, sehingga hampir tidak mungkin untuk melepasnya nanti.
Koefisien ekspansi termal
Sementara beberapa bahan harus mengalami variasi suhu yang sangat besar untuk ekspansi mereka menjadi terlihat, yang lain perlu memiliki suhu yang bervariasi beberapa derajat sehingga perbedaan dalam ukuran.
Sifat fisis yang menentukan kemudahan atau kesulitan bahan yang dimensinya diubah oleh variasi suhu disebut koefisien ekspansi termal.
Dengan peningkatan suhu, molekul-molekul tubuh mulai menempati ruang yang lebih besar.
Lihatjuga: Kalorimetri
Setiap bahan memiliki koefisien muai panasnya sendiri, yang dapat terdiri dari tiga jenis yang berbeda: koefisien pelebaranlinier, dangkal dan volumetrik. Untuk menghitung pemuaian yang dialami oleh suatu benda, kita hanya menggunakan salah satu dari koefisien ini, yang ditentukan menurut bentuk yang disajikan oleh benda tersebut.
Meskipun menderita pelebaran permukaan dan volumetrik, benda memanjang yang memiliki simetri linier, seperti kabel dan kawat, panjangnya dapat mengalami pemuaian jauh lebih besar daripada pemuaian luasnya atau volume.
Koefisien ekspansi linier, dangkal dan volumetrik masing-masing dilambangkan dengan huruf Yunani α, β, dan γ, dan satuan ukurannya adalah C-1.
Efek ekspansi termal padatan sangat penting secara komersial dan teknologi. Konstruksi bangunan, misalnya, menggunakan material yang sering terkena variasi suhu yang besar dan terkadang tajam. Dalam hal ini, penting untuk mengetahui koefisien muai dari masing-masing material yang digunakan dalam konstruksi sipil untuk menghindari munculnya retakan dan cacat struktural lainnya.
Hubungan antara koefisien muai zat padat
Benda dengan simetri berbeda yang terbuat dari bahan yang sama mengalami bentuk pemuaian yang berbeda. Sebatang besi, misalnya, mengalami pemuaian linier, sedangkan lembaran dari bahan yang sama mengalami pemuaian permukaan. Ini karena koefisien muai permukaan adalah dua kali koefisien muai linier, sedangkan koefisien muai volumetrik tiga kali lebih besar dari koefisien muai linier. Menonton:
Jangan berhenti sekarang... Ada lagi setelah iklan ;)
α – koefisien ekspansi linier
β – koefisien ekspansi permukaan
γ – koefisien ekspansi volumetrik
Dilatasi termal di jembatan
Efek ekspansi termal sangat penting dalam konstruksi yang tidak dapat merusak atau meretakkan strukturnya, seperti jembatan. Oleh karena itu, pada konstruksi jenis ini digunakan beberapa sambungan ekspansi.
Gambar di bawah ini menunjukkan sambungan ekspansi jembatan. Menonton:
Sambungan ekspansi mengurangi kemungkinan retak akibat ekspansi beton di jembatan.
Rumus ekspansi termal
Periksa di bawah rumus yang digunakan untuk menghitung ekspansi linear, superfisial dan volumetrik padatan.
Rumus dilatasi linier
Rumus dilatasi linier dapat disajikan dalam dua cara: satu untuk menghitung ukuran tubuh akhir dan lainnya untuk menghitung variasi panjang yang diderita selama pelebaran:
L - panjang akhir
L0 - panjang awal
T - variasi suhu
L – variasi panjang
Rumus pelebaran permukaan
Seperti rumus pemuaian linier, rumus pemuaian permukaan juga dapat ditulis dalam dua cara berbeda:
s – daerah akhir
s0 – daerah awal
T - variasi suhu
S - variasi daerah
Rumus ekspansi volumetrik
Akhirnya, kami memiliki ekspresi yang memungkinkan kami menghitung volume akhir benda atau variasi volumetriknya:
V - Volume Akhir
V0 – volume awal
T - variasi suhu
V – variasi volume
Ringkasan
Ketika padatan dipanaskan, molekulnya mulai bergetar lebih luas, mengambil lebih banyak ruang. Tergantung pada koefisien pemanasan dan ekspansi material, efeknya dapat diamati dengan mata telanjang.
Koefisien ekspansi permukaan dan volumetrik dari bahan homogen yang sama (terbuat dari zat tunggal), masing-masing, dua kali lipat dan tiga kali lipat koefisien ekspansi linier.
Setiap tubuh mengalami ketiga jenis pelebaran secara bersamaan, namun salah satunya lebih signifikan daripada yang lain, karena lebih diprioritaskan oleh bentuk tubuh.
Latihan tentang ekspansi termal
Sebuah batang besi panjangnya 2,0 m yang koefisien muainya linier adalah α=1,2.10-5 °C-1 pada suhu kamar (25ºC). Tubuh ini kemudian terkena sumber panas, mencapai, pada akhir pemanasannya, suhu 100 ° C.
Menentukan:
a) pemuaian yang dialami batang.
b) panjang akhir batang.
c) koefisien ekspansi permukaan dan volumetrik dari bahan dari mana batang ini dibuat.
Resolusi
a) Untuk menghitung pemuaian yang dialami batang, perlu diingat bahwa bentuknya linier, jadi ini adalah bentuk pemuaian terpenting yang dialami batang. Dengan menggunakan rumus dilatasi linier, kita akan mendapatkan:
Menurut hasil di atas, batang ini akan mengalami pemuaian sepanjang 1,8 mm.
b) Panjang akhir batang dapat dengan mudah ditemukan, karena kita telah mengetahui pemuaian yang dialaminya. Panjang akhirnya adalah 2.0018 m (2 meter dan 1,8 mm)
c) Koefisien muai permukaan dan volumetrik adalah kelipatan dari koefisien muai linier. Nilai-nilai mereka masing-masing, 2,4.10-5 °C-1dan 3,6.10-5 °C-1.
Oleh Saya. Rafael Helerbrock
Tentukan modulus koefisien muai permukaan balok baja homogen sepanjang 5,0 m yang bila dipanaskan hingga 50 °C, memiliki muai linier sebesar 5,10-3 m.
Mengetahui bahwa bahan padat dan homogen memiliki koefisien muai volumetrik konstan sebesar 1,2,10-5 °C-1, tentukan koefisien ekspansi permukaan bahan ini dan periksa alternatif yang benar:
