固体の熱膨張：要約、式、および演習

膨張熱の それは体温の上昇から生じる物理的現象です。 体が何らかのソースにさらされたとき 熱、 君の 温度 それは変化を受ける可能性があり、より大きな空間の周りで振動する分子の攪拌を増加させます。

分子の振動のこの微視的な変化は、鉄の棒がとどまっているときのように、巨視的なスケールで知覚することができます もうちょい大きい 加熱の結果として。

線形拡張

膨張線形 固体は、ワイヤー、ケーブル、針、棒、パイプなど、固体状態にある線形形状の物体が温度変化を受けるときに発生する物理現象です。 線形膨張の大きさを計算するには、 係数に膨張線形 材料の。

線形熱膨張の例

• 昼と夜のサイクル中の大きな熱振幅による線路の反り。 この効果のために、2つの連続するバーの間の小さなスペースである伸縮継手が使用されます。

• 極に電流を流すために使用される銅線は、常に極間の距離よりも大きくなります。 そうでなければ、寒い日には、これらの導体は長さの負の変動に苦しみ、破裂する可能性があります

表面的な拡張

膨張浅い 固体の面積は、温度の上昇によって固体状態にある物体の面積の変化です。 固体の表面膨張の計算は、その 係数に膨張浅い.

表面熱膨張の例

• 住宅の床や歩道に使われているタイル板の間には、小さな空きスペースが残っていますが、 グラウト、部品が被った膨張の一部を吸収することができる多孔質材料によって占められています セラミック。

• ボルトに取り付けられたナットを取り外すためにメカニックがボルトを加熱するのを見るのはよくあることです。加熱するとナットが膨張し、取り外しが容易になるためです。

体積膨張

体積膨張それは、体温を上げることによる体の体積の拡大です。 体積膨張は、 係数に膨張容積測定 体の。

体積熱膨張の例

• 航空機の胴体に使用されるネジは、ネジを切る前に非常に低温に置くことができます。 ねじ切り後、ねじの温度が上がると寸法が大きくなり、後で取り外すことはほとんど不可能になります。

熱膨張係数

一部の材料は、膨張するために温度が大幅に変化する必要がありますが、 注目に値するのは、他の人は温度を数度変化させる必要があるため、 寸法。

温度変化によって寸法が変化する材料の容易さまたは難易度を決定する物理的特性は、 熱膨張係数.

温度の上昇に伴い、体の分子はより大きな空間を占め始めます。

見てまた: 熱量測定

各材料には独自の熱膨張係数があり、次の3つの異なるタイプがあります。 膨張線形, 浅い そして 体積測定。 物体が被る膨張を計算するために、物体によって提示される形状に従って決定されたこれらの係数の1つのみを使用します。

表面および体積の膨張に苦しんでいるにもかかわらず、次のような線形対称性を持つ細長い物体 ケーブルとワイヤーは、それらの領域の拡張よりもはるかに長い長さの拡張の対象となります。 ボリューム。

膨張係数 線形, 浅い そして 容積測定 それぞれギリシャ文字で表されます α, β、および γ, その測定単位はºCです^-1.

固体の熱膨張の影響は、商業的および技術的に非常に重要です。 たとえば、建物の建設では、温度が大きく、場合によっては急激に変化することが多い材料を使用します。 この場合、ひび割れやその他の構造上の欠陥の出現を避けるために、土木建築で使用される各材料の膨張係数を知ることが不可欠です。

固体膨張係数間の関係

同じ材料で作られた異なる対称性を持つ物体は、異なる形の膨張を受けます。 たとえば、鉄の棒は線膨張しますが、同じ材料のシートは表面膨張します。 これは、表面膨張係数が膨張係数の2倍であるためです。 線形、一方、体積膨張係数は膨張係数の3倍です 線形。 見る：

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α – 線膨張係数
β – 表面膨張係数
γ – 体積膨張係数

橋の熱膨張

熱膨張の影響は、橋などの構造を変形または亀裂させることができない構造で特に重要です。 そのため、このタイプの構造では、いくつかの伸縮継手が使用されます。

下の画像は、橋の伸縮継手を示しています。 見る：

伸縮継手は、橋のコンクリートの膨張の結果としてひびが入る可能性を減らします。

熱膨張式

固体の線膨張、表面膨張、体積膨張の計算に使用される式を以下で確認してください。

線形膨張式

線形拡張式は、2つの方法で表すことができます。1つは最終的な体のサイズを計算する方法、もう1つは拡張中に受ける長さの変動を計算する方法です。

L –最終的な長さ
L₀ –初期の長さ
ΔT -温度変化
ΔL– 長さの変化

表面膨張式

線膨張式と同様に、表面膨張式も2つの異なる方法で記述できます。

s –最終エリア
s₀ –初期領域
ΔT -温度変化
S- 面積変動

体積膨張式

最後に、物体の最終的な体積またはその体積変化を計算できる式があります。

V -最終巻
V₀ –初期ボリューム
ΔT -温度変化
ΔV– ボリュームの変化

概要

• 固体が加熱されると、その分子はより広く振動し始め、より多くのスペースを占有します。 材料の加熱膨張係数に応じて、肉眼で効果を観察できます。

• 同じ均質材料（単一の物質でできている）の表面および体積膨張係数は、それぞれ、線膨張係数の2倍および3倍です。

• すべての体は3種類すべての拡張を同時に受けますが、体の形によって特権が与えられるため、そのうちの1つは他の体よりも重要です。

熱膨張に関する演習

線膨張係数がα= 1.2.10の長さ2.0mの鉄棒^-5 °C^-1 室温（25ºC）です。 次に、この物体は熱源にさらされ、加熱の終わりに100°Cの温度に達します。

決定：

a）バーが被った膨張。

b）バーの最終的な長さ。

c）このバーを構成する材料の表面および体積膨張係数。

解決

a）バーが受ける膨張を計算するには、その形状が線形であることを覚えておく必要があります。したがって、これがバーが受ける膨張の最も重要な形式です。 線形膨張式を使用すると、次のようになります。

上記の結果によると、このバーの長さは1.8mm伸びます。

b）バーの最終的な長さは、それによって生じる膨張がすでにわかっているため、簡単に見つけることができます。 その最終的な長さは 2.0018 m （2メートルおよび1.8 mm）

c）表面および体積膨張係数は、線膨張係数の倍数です。 それらの値は、それぞれ、 2,4.10^-5 °C^-1そして 3,6.10^-5 °C^-1.
​​​私によって。ラファエル・ヘラーブロック

長さ5.0mの均質な鋼製梁の表面膨張係数の係数を決定します。この梁は、50°Cに加熱すると、5.10の線膨張を示します。^-3 m。

固体で均質な材料の体積膨張係数が1.2.10に等しいことを知っている^-5 °C^-1、この材料の表面膨張係数を決定し、正しい代替案を確認してください。