מהי התרחבות תרמית לינארית?

כאשר לגוף יש עלייה ב טֶמפֶּרָטוּרָההמולקולות המרכיבות אותו מקבלות אנרגיה ונסערות וגורמות לעלייה במימדי האובייקט. תופעה זו ידועה בשם התפשטות תרמית. באופן דומה, כשגוף מקורר, האנרגיה שלו פוחתת וכך גם התסיסה המולקולרית, מה שגורם לירידה בממדיו, המכונה צִמצוּם תֶרמִי.

ה התפשטות תרמית ניתן לסווג בשלוש דרכים: לינארי, רָדוּד ו נפחי.

התרחבות תרמית לינארית

כאשר וריאציה בטמפרטורה של גוף לשנות את המרחק בין שתי נקודות, ה- התרחבות תרמית לינארית, שיכולה להיות וריאציה באורך הבר, ברדיוס של כדור, באלכסון של קוביה או בריבוע, בין היתר.

לדוגמה, שקול מוט ברזל באורך L₀ עם טמפרטורה ראשונית T_אני. על ידי העלאת הטמפרטורה שלך ל- T_f , האורך יגדל ל- L. תסתכל על התמונה:

תרשים המציג התרחבות תרמית לינארית הנגרמת על ידי עליית הטמפרטורה

וריאציית הטמפרטורה (ΔT) היא ההבדל בין הטמפרטורה הסופית לתחילתית:

ΔT = T_f ת_אני

ההתרחבות התרמית הליניארית (ΔL) המיוצרת על ידי וריאציית טמפרטורה זו היא ההבדל בין האורך הסופי L והאורך הראשוני L₀:

Δ L = L - L₀

התרחבות זו שסובל מהבר הינה פרופורציונאלית לוואריאת הטמפרטורה ולאורך הראשוני של הבר, כך שניתן לחשב אותה גם עם חוק התרחבות תרמית לינארית לפי הנוסחה:

Δ L = α. ל₀. Δ T

קבוע המידתיות α נקרא מקדם התפשטות תרמית ליניארית של החומר שמרכיב את הבר. יחידת המדידה שלה היא התואר ההדדי צלזיוס, המיוצג על ידי ºC ^-1. כמות זו מניחה ערך שונה לכל סוג חומר, המייצג את ההתרחבות התרמית הליניארית לכל יחידת אורך ולכל יחידת וריאציה בטמפרטורה.

ראו בטבלה הבאה את ערכי מקדם ההתרחבות התרמית הליניארית של חומרים מסוימים:

חומר	מקדם (10^-6מעלות צלזיוס ^-1)
עוֹפֶרֶת	27
אֲלוּמִינְיוּם	25
כסף	20
סִילִיקוֹן	2,6
פְּלָדָה	14
זהב	15

ייצוג גרפי של התרחבות תרמית לינארית

אנו יכולים להשיג התרחבות תרמית לינארית מגרף של אורך לעומת טמפרטורה:

גרף אורך לעומת טמפרטורה של התפשטות תרמית לינארית 

אנו יכולים לקשר את הזווית φ לחוק ההתפשטות התרמית הליניארית, מכיוון ש:

Δ L = α. ל₀. Δ T

ו

Δל = α. ל₀
Δ T

להיות ה מקדם זוויתי ישר המייצג את השונות באורך עם הטמפרטורה, הוא ניתן על ידי:

tg φ = Δל
Δ T

בקרוב:

tg φ = α. ל₀

הקו אינו יכול לעבור בנקודה 0, מכיוון שהאורך הראשוני לא יכול להיות שווה לאפס.

אחת ההשלכות של התפשטות תרמית לינארית ניתן לראות בעבודות הנדסיות, למשל, מפרקי התפשטות (איור בכותרת) הקיימים על פסי רכבת או מדרכות. הם פשוט שטח ריק קטן שנותר בחלקי הבנייה להרחבה שנגרמה על ידי שינויי טמפרטורה, כמו במקרה של שריפה או אפילו שינויים טבעיים, אינם פוגעים במבנה השטח בניינים. אם חיבורי התפשטות אלה לא היו קיימים, כל עליית טמפרטורה עלולה לגרום לבטון או לחומרה להתכופף או להישבר.

מאת מריאן מנדס
בוגר פיזיקה

מָקוֹר: בית ספר ברזיל - https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-dilatacao-termica-linear.htm