რა არის ხაზოვანი თერმული გაფართოება?

როდესაც სხეულს აქვს ზრდა ტემპერატურა, მოლეკულები, რომლებიც ქმნიან მას, იღებენ ენერგიას და აგზნდებიან, რაც იწვევს ობიექტის ზომების ზრდას. ეს ფენომენი ცნობილია, როგორც თერმული გაფართოება. ანალოგიურად, როდესაც სხეული გაცივდება, მისი ენერგია იკლებს და ასევე იკლებს მოლეკულური აჟიოტაჟი, რაც იწვევს მისი ზომების შემცირებას, რაც ცნობილია, როგორც შეკუმშვა თერმული.

თერმული გაფართოება შეიძლება კლასიფიცირდეს სამი გზით: ხაზოვანი, არაღრმა და მოცულობითი.

ხაზოვანი თერმული დილატაცია

როდესაც ტემპერატურის ცვალებადობა სხეულის შეცვლის მანძილს ორ წერტილს შორის, ხაზოვანი თერმული გაფართოება, რაც შეიძლება იყოს სვეტის სიგრძის, სფეროს რადიუსის, კუბის ან კვადრატის დიაგონალის ვარიაცია.

მაგალითად, განვიხილოთ რკინის ზოლი L სიგრძით₀ საწყისი ტემპერატურით T_მე. თქვენი ტემპერატურის T- ით ამაღლებით_ვ , სიგრძე გაიზრდება L- მდე. Შეხედე სურათს:

დიაგრამა, რომელიც აჩვენებს ხაზოვან თერმულ გაფართოებას, რომელიც გამოწვეულია ტემპერატურის ზრდით

ტემპერატურის ვარიაცია (ΔT) არის განსხვავება საბოლოო და საწყის ტემპერატურას შორის:

ΔT = T_ვ - თ_მე

ხაზოვანი თერმული გაფართოება (ΔL), რომელიც წარმოიქმნება ამ ტემპერატურული ცვალებადობით, არის განსხვავება საბოლოო სიგრძე L- სა და საწყის სიგრძეს L- ს შორის

₀:

Δ L = L - L₀

ეს გაფართოება, რომელსაც განიცდის ზოლი, პროპორციულია ტემპერატურის ცვალებადობისა და ზოლის საწყისი სიგრძისთვის, ამიტომ მისი გამოანგარიშება ასევე შესაძლებელია წრფივი თერმული გაფართოების კანონი ფორმულით:

Δ L = α. ლ₀. Δ T

პროპორციულობის მუდმივას α ეწოდება ხაზოვანი თერმული გაფართოების კოეფიციენტი მასალა, რომელიც ქმნის ბარს. მისი საზომი ერთეული არის საპასუხო გრადუსი ცელსიუსი, წარმოდგენილია ºC- ით ^-1. ეს სიდიდე განსხვავებულ მნიშვნელობას იღებს თითოეული ტიპის მასალისთვის, რომელიც წარმოადგენს ხაზოვან თერმულ გაფართოებას სიგრძის თითოეული ერთეულისა და ტემპერატურის ცვალებადობის თითოეული ერთეულისთვის.

ნუ გაჩერდები ახლა... რეკლამის შემდეგ მეტია;)

ზოგიერთი ნივთიერების ხაზოვანი თერმული გაფართოების კოეფიციენტის მნიშვნელობებისთვის იხილეთ შემდეგ ცხრილში:

ნივთიერება	კოეფიციენტი (10^-6° C ^-1)
ტყვია	27
ალუმინის	25
ვერცხლისფერი	20
სილიციუმი	2,6
Ფოლადი	14
ოქრო	15

ხაზოვანი თერმული გაფართოების გრაფიკული გამოსახულება

ხაზოვანი თერმული გაფართოება შეიძლება მივიღოთ სიგრძისა და ტემპერატურის გრაფიკიდან:

სიგრძის დიაგრამა ხაზოვანი თერმული გაფართოების ტემპერატურისა და ტემპერატურის მიმართ 

ჩვენ შეგვიძლია კუთხე φ დაუკავშიროთ ხაზოვანი თერმული გაფართოების კანონს, ვინაიდან:

Δ L = α. ლ₀. Δ T

და

Δლ = α. ლ₀
Δ T

ყოფნა სწორი ხაზის კუთხოვანი კოეფიციენტი რაც წარმოადგენს ტემპერატურის სიგრძის ვარიაციას, მოცემულია შემდეგით:

tg φ = Δლ
Δ T

მალე:

tg φ = α ლ₀

ხაზი ვერ გაივლის 0 წერტილს, რადგან საწყისი სიგრძე არ შეიძლება იყოს ნულის ტოლი.

ხაზოვანი თერმული გაფართოების ერთ-ერთი შედეგი შეიძლება შეინიშნოს საინჟინრო სამუშაოებში, მაგალითად, გამაფართოებელი სახსრები (სათაურის ფიგურა), რომლებიც მატარებლის ლიანდაგზე ან ტროტუარებზე არსებობს. ისინი უბრალოდ პატარა ცარიელი სივრცეა, დარჩენილი ნაწილების კონსტრუქციისთვის, გაფართოების შედეგად ტემპერატურის ვარიაციები, როგორიცაა ხანძრის ან თუნდაც ბუნებრივი ვარიაციების შემთხვევაში, არ აზიანებს სტრუქტურას შენობები. თუ ეს გამაფართოებელი სახსრები არ არსებობდა, ტემპერატურის ნებისმიერმა ზრდამ შეიძლება გამოიწვიოს ბეტონის ან ტექნიკის გადახრა ან გატეხვა.

მარიანე მენდესის მიერ
დაამთავრა ფიზიკა

გსურთ მიუთითოთ ეს ტექსტი სასკოლო ან აკადემიურ ნაშრომში? შეხედე:

TEIXEIRA, მარიანე მენდესი. "რა არის ხაზოვანი თერმული გაფართოება?"; ბრაზილიის სკოლა. Ხელმისაწვდომია: https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-dilatacao-termica-linear.htm. წვდომა 2021 წლის 28 ივნისს.