液体の膨張：種類、処方、運動

君は液体苦しむことができます 熱膨張、および加熱すると固体。液体の膨張は、その温度が 増加します、その分子がより攪拌されるように。液体の体積の膨張を決定するには、その体積を知る必要があります 体積膨張係数、だけでなく、 コンテナ この液体が含まれています。

液体が被る膨張はと呼ばれます体積膨張. このタイプの拡張では、体のすべての寸法または体液は、液体や気体と同様に、温度の上昇に応じて大幅に上昇します。この現象は、体の分子の熱的攪拌が原因で発生します。温度が高いほど、これらの分子の攪拌の振幅が大きくなり、より広い空間で動き始めます。

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見てまた: 静水圧の基本概念

体積膨張式

次の式を使用して、液体が受ける体積膨張を計算できます。

ΔV —体積変動（m³）

V₀—初期容量（m³）

γ —体積膨張係数（°C^-1)

ΔT —温度変化（°C）

上記の式を使用して、ボリュームの増加を計算できます（ΔV）その温度の変化による液体の（ΔT). いくつかの代数的操作により、加熱後の液体の最終体積を直接計算できる形式で、上記と同じ式を書くことができます。以下を参照してください。

V —最終液量

どちらの式でも、どのくらいの量を知る必要があることに注意してください 定数γ、として知られている 体積膨張係数. この大きさは、ºCで測定されます^-1（摂氏1度）、温度が1°C変化するごとに、ある物質の膨張がどれほど大きいかを示します。

体積膨張係数

体積膨張係数は 物理的特性 これは、特定の温度変化に対する物体の体積変化の大きさを測定します。この量は一定ではなく、その値は一部の温度範囲でのみ一定であると見なすことができます。いくつかチェックしてください 典型的な値 20°Cの温度での液体状態のいくつかの物質の膨張係数の計算：

物質	体積膨張係数（°C^-1)
水	1,3.10^-4
水星	1,8.10^-4
エチルアルコール	11,2.10^-4
アセトン	14,9.10^-4
グリセリン	4,9.10^-4

上で述べたように、体積膨張係数は依存とともに温度つまり、ウォームアップまたはクールダウン中にモジュールが変動する可能性があります。したがって、計算を行うには、温度範囲内の膨張係数を使用します。ここで、V xTのグラフの形式は次のとおりです。 線形。 見る：

温度T1とT2の間で、膨張係数は一定です。
温度間T₁ およびT₂、膨張係数は一定です。

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液体の見かけの膨張

液体の見かけの膨張は、液体の体積によって決まります。 あふれた この液体で完全に満たされた容器が加熱. ただし、容器が液体の体積変動に等しい体積変動を経験する場合、液体が溢れることはありません。

図中のオーバーフローした液体の量は、見かけの膨張に対応しています。

見かけの膨張式

ボトルから溢れる液体の量を計算するには、見かけの膨張の式を使用する必要があります。次の点に注意してください。

ΔV_ap —見かけの拡張（m³）

V₀ — 初期液量（m³）

γ_ap —見かけの体積膨張係数（°C^-1)

ΔT —温度変化（°C）

上記の式では、 ΔV_apオーバーフローした液体の量に対応しますが、 γ_apは見かけの膨張係数です。見かけの膨張係数を計算する方法を知るために、フラスコが被る膨張を考慮に入れる必要があります（ΔV_F）液体が含まれていました。そのために、次の式を使用します。

ΔV_F —ボトルの拡張（m³）

V₀—ボトルの初期容量（m³）

γ_F —フラスコの体積膨張係数（°C^-1)

ΔT —温度変化（°C）

前の式では、 γ_F液体を含む容器の体積膨張係数を指し、 ΔV_Fそのボトルの膨張が何であったかを測定します。したがって、液体が被った実際の膨張（ΔV_R）は、見かけの拡張とバイアルの拡張の合計として計算できます。注：

ΔV_R-実際の液体の拡張

ΔV_ap—見かけの液体拡張

ΔV_R—実際のバイアル拡張

提示された式を使用して代数的操作を行った後、次の結果に到達する可能性があります。

γ —実際の液体膨張係数（°C^-1)

γ_F —フラスコの体積膨張係数（°C^-1)

γ_ap —見かけの体積膨張係数（°C^-1)

上記の関係は、液体の実際の膨張係数が和間に 見かけの膨張係数 それは フラスコの膨張係数。

水の異常な拡張

水には 異常な行動 の温度間の熱膨張に関して 0°Cおよび4°C、理解してください：水を0°Cから4°Cに加熱すると、 音量が下がる、増加する代わりに。このため、液体状態では、密度水のはあなたを持っています 最高値 の温度のために 4°C. 以下のグラフは、温度の関数としての水の密度と体積の振る舞いを理解するのに役立ちます。注：

4°Cの温度で、水の密度が最も高くなります。

この動作の結果として、ソフトドリンクまたはボトル入り飲料水は、冷凍庫に長時間放置すると破裂します。水がの温度に達したとき 4°C、その体積は液体の水によって最小限に占められています。冷却を続けると、水の体積は減少するのではなく増加します。水が達したとき 0°C、水の量は大幅に増加しますが、そのコンテナはそれ自体の測定値を減らし、 ブレーク。

冷凍庫に入る水で満たされたボトルは、0°Cに達すると破裂する可能性があります。

この水の異常な振る舞いの別の結果は、 川底の凍結なし 非常に寒い地域で。水温が0℃に近づくと密度が下がり、冷水が上昇します。浮力. それが上昇するにつれて、冷たい水は凍り、川の上に氷の層を形成します。氷は良いので 断熱材、川の底は約4℃のままです。これは、この温度で密度が最大になり、川の底に留まる傾向があるためです。

水の異常な振る舞いの背後にある理由は分子起源です：0°Cと4°Cの間、水分子間に存在する水素結合の存在により、水分子は熱攪拌を克服します。水。

見てまた: 異常な水の膨張はどのように発生しますか？

解決された演習

1) 25°Cから225°Cに加熱されたときに0.05m³の膨張を受ける液体の1m³部分の体積膨張係数を決定します。

解決：

体積膨張式を使用して、問題の液体の膨張係数を計算してみましょう。

ステートメントによって提供されたデータを前の式に適用して、次の計算を行います。

2) 体積膨張係数が27.10のガラス製フラスコ^-6 °C^-1は、20ºCの温度で1000 mlの熱容量を持ち、未知の液体で完全に満たされています。セットを120ºCまで加熱すると、50mlの液体が容器から溢れ出します。見かけの膨張係数を決定します。液体の実際の膨張係数。そしてガラスバイアルが被った拡張。

解決:

見かけの膨張係数を計算してみましょう。そのために、次の式を使用します。