დილატაციათერმული ეს არის ფიზიკური მოვლენა, რომელიც წარმოიქმნება სხეულის ტემპერატურის ზრდით. როდესაც სხეული ექვემდებარება რაიმე წყაროს სიცხეშენი ტემპერატურა მას შეუძლია განიცადოს ვარიაციები, გაზარდოს მოლეკულების აგზნება, რომლებიც უფრო დიდი სივრცის გარშემო მოძრაობენ.
მოლეკულების ვიბრაციის ეს მიკროსკოპული ვარიაცია ჩანს მაკროსკოპული მასშტაბით, როგორც რკინის ზოლის გაჩერებისას ოდნავ უფრო დიდი გათბობის შედეგად.
ხაზოვანი დილატაცია
დილატაციახაზოვანი მყარი არის ფიზიკური მოვლენა, რომელიც ხდება მაშინ, როდესაც წრფივი ფორმის სხეულები მყარ მდგომარეობაში არიან, როგორიცაა მავთულები, კაბელები, ნემსები, ბარები, მილები, განიცდიან ტემპერატურის ცვლილებას. ხაზოვანი გაფართოების სიდიდის გამოსათვლელად, ჩვენ ვიყენებთ კოეფიციენტიწელსდილატაციახაზოვანი მასალის.
ხაზოვანი თერმული გაფართოების მაგალითები
მატარებლის ლიანდაგების გახრწნა დღისა და ღამის ციკლების დიდი თერმული ამპლიტუდის გამო. ამ ეფექტის გამო, გამოიყენება გაფართოების სახსარი, მცირე სივრცე ორ ზედიზედ შტრიხებს შორის.
პოლუსებზე ელექტრული დენის გადაცემისას გამოყენებული სპილენძის მავთულები ყოველთვის მეტია ვიდრე ბოძებს შორის მანძილი. რომ არა ისინი, ცივ დღეებში, ამ კონდუქტორებს განიცდიან ნეგატიური ვარიაციები მათი სიგრძით და შეიძლება განიცადონ გახეთქვები
ზედაპირული დილატაცია
დილატაციაარაღრმა მყარი არის ცვალებადობა სხეულის მიდამოში, რომელიც მყარ მდგომარეობაშია მისი ტემპერატურის ზრდის გამო. მყარი ზედაპირის გაფართოების გაანგარიშება დამოკიდებულია მისზე კოეფიციენტიწელსდილატაციაარაღრმა.
ზედაპირული თერმული გაფართოების მაგალითები
კრამიტის დაფებს შორის, რომლებიც გამოიყენება საცხოვრებელ სართულებსა და ტროტუარებში, დარჩა მცირე თავისუფალი ადგილი, რომელიც იკავებს სახსარს, ფოროვან მასალას, რომელსაც შეუძლია შთანთქას გაფართოების ნაწილი, რომელსაც განიცდის ნაწილები კერამიკა.
ხშირია დანახვა, რომ მექანიკა ათბობს ჭანჭიკზე მიმაგრებული ჭანჭიკის ამოღების მიზნით, რადგან გათბობა იწვევს თხილის გაფართოებას, რაც ხელს უწყობს მის მოცილებას.
მოცულობითი დილატაცია
მოცულობითი დილატაციაეს არის სხეულის მოცულობის გაფართოება მისი ტემპერატურის გაზრდით. მოცულობითი გაფართოება გამოითვლება კოეფიციენტიწელსდილატაციამოცულობითი სხეულის.
მოცულობითი თერმული გაფართოების მაგალითები
ხრახნები, რომლებიც გამოიყენება საჰაერო ხომალდში, შეიძლება განთავსდეს ძალიან დაბალ ტემპერატურაზე, სანამ ხრახნიანი იქნება. ხრახნის შემდეგ ხრახნიანი ტემპერატურის მომატება აფართოებს მის ზომებს, რაც შემდეგში მისი ამოღებას თითქმის შეუძლებელს ხდის.
თერმული გაფართოების კოეფიციენტი
მიუხედავად იმისა, რომ ზოგიერთმა მასალამ უნდა განიცადოს უზარმაზარი ტემპერატურული ვარიაციები მათი გაფართოების მიზნით შესამჩნევია, რომ სხვებს უნდა ჰქონდეთ ტემპერატურის შეცვლა რამდენიმე გრადუსით ისე, რომ განსხვავდებოდეს მათი ტემპერატურა ზომები.
ფიზიკურ თვისებას, რომელიც განსაზღვრავს მასალის სიმარტივეს ან სირთულეს, რომლის ზომებიც შეიცვალა ტემპერატურის ვარიაციით, ეწოდება თერმული გაფართოების კოეფიციენტი.
ტემპერატურის მატებასთან ერთად სხეულის მოლეკულები იწყებენ უფრო დიდი სივრცის დაკავებას.
შეხედეასევე: კალორიმეტრია
თითოეულ მასალას აქვს თერმული გაფართოების საკუთარი კოეფიციენტი, რომელიც შეიძლება იყოს სამი განსხვავებული ტიპის: კოეფიციენტი დილატაციახაზოვანი, არაღრმა და მოცულობითი. სხეულის განიცდის გაფართოების გამოსათვლელად, ჩვენ ვიყენებთ ამ კოეფიციენტებს შორის მხოლოდ ერთს, რომელიც განისაზღვრება სხეულის მიერ წარმოდგენილი ფორმის შესაბამისად.
მიუხედავად ზედაპირული და მოცულობითი დილატაციისა, მოგრძო სხეულები, რომლებსაც აქვთ წრფივი სიმეტრია, მაგალითად კაბელები და სადენები, ექვემდებარება გაფართოებას მათი სიგრძით ბევრად უფრო დიდია, ვიდრე გაფართოება მათი ფართობი ან მოცულობა.
გაფართოების კოეფიციენტები ხაზოვანი, არაღრმა და მოცულობითი აღინიშნება, შესაბამისად, ბერძნული ასოებით α, βდა γ, და მისი საზომი ერთეულია ºC-1.
მყარი ნივთიერებების თერმული გაფართოების ეფექტს დიდი კომერციული და ტექნოლოგიური მნიშვნელობა აქვს. მაგალითად, შენობის კონსტრუქცია იყენებს მასალებს, რომლებიც ხშირად განიცდიან ტემპერატურის დიდ და ზოგჯერ მკვეთრ ვარიაციებს. ამ შემთხვევაში აუცილებელია იცოდეთ თითოეული მასალის გაფართოების კოეფიციენტები, რომლებიც გამოიყენება სამოქალაქო მშენებლობაში, რათა თავიდან იქნას აცილებული ბზარები და სხვა სტრუქტურული დეფექტები.
კავშირი მყარი ნივთიერებების გაფართოების კოეფიციენტებს შორის
სხვადასხვა სიმეტრიის მქონე სხეულები ერთი და იგივე მასალისგან განიცდიან გაფართოების სხვადასხვა ფორმას. მაგალითად, რკინის ზოლი განიცდის ხაზოვან გაფართოებას, ხოლო იმავე მასალის ფურცელი განიცდის ზედაპირის გაფართოებას. ეს იმიტომ ხდება, რომ ზედაპირის გაფართოების კოეფიციენტი ორჯერ არის გაფართოების კოეფიციენტი ხაზოვანი, ხოლო მოცულობითი გაფართოების კოეფიციენტი სამჯერ აღემატება გაფართოების კოეფიციენტს ხაზოვანი Უყურებს:
ნუ გაჩერდები ახლა... რეკლამის შემდეგ მეტია;)
α – ხაზოვანი გაფართოების კოეფიციენტი
β – ზედაპირის გაფართოების კოეფიციენტი
γ – მოცულობითი გაფართოების კოეფიციენტი
თერმული გაფართოება ხიდებში
თერმული გაფართოების შედეგები განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია იმ კონსტრუქციებში, რომლებსაც არ შეუძლიათ დეფორმაცია ან გატეხვა მათი სტრუქტურა, მაგალითად, ხიდები. ამიტომ, ამ ტიპის კონსტრუქციაში გამოიყენება რამდენიმე გამაფართოებელი სახსარი.
ქვემოთ მოცემული სურათი გვიჩვენებს ხიდის გაფართოების სახსარს. Უყურებს:
გამაფართოებელი სახსრები ამცირებს ბზარების გაფართოების შედეგად ხიდებში გაბზარვის ალბათობას.
თერმული გაფართოების ფორმულები
ქვემოთ შეამოწმეთ მყარი ხაზოვანი, ზედაპირული და მოცულობითი გაფართოების გამოსათვლელად გამოყენებული ფორმულები.
ხაზოვანი დილატაციის ფორმულა
დილატაციის წრფივი ფორმულა წარმოდგენილია ორი გზით: ერთი სხეულის საბოლოო ზომის გამოსათვლელად და მეორე გაფართოების დროს განიცადა სიგრძის ვარიაცია:
ლ - საბოლოო სიგრძე
ლ0 - საწყისი სიგრძე
ΔT - ტემპერატურის ცვალებადობა
ΔL - სიგრძის ვარიაცია
ზედაპირის გაფართოების ფორმულა
ხაზოვანი გაფართოების ფორმულის მსგავსად, ზედაპირის გაფართოების ფორმულა ასევე შეიძლება დაიწეროს ორი განსხვავებული გზით:
ს - საბოლოო არე
ს0 - საწყისი არე
ΔT - ტემპერატურის ცვალებადობა
S - ფართობის ვარიაცია
მოცულობითი გაფართოების ფორმულა
დაბოლოს, ჩვენ გვაქვს გამოთქმები, რომლებიც საშუალებას გვაძლევს გამოვთვალოთ სხეულის საბოლოო მოცულობა ან მისი მოცულობითი ვარიაცია:
ვ - საბოლოო ტომი
ვ0 - საწყისი ტომი
ΔT - ტემპერატურის ცვალებადობა
ΔV - მოცულობის ვარიაცია
Შემაჯამებელი
როდესაც მყარი ნივთიერება თბება, მისი მოლეკულები იწყებენ უფრო ფართო ვიბრაციას და უფრო მეტ ადგილს იკავებენ. მასალის გათბობისა და გაფართოების კოეფიციენტიდან გამომდინარე, ეფექტი შეიძლება შეინიშნოს შეუიარაღებელი თვალით.
ერთი და იგივე ჰომოგენური მასალის ზედაპირული და მოცულობითი გაფართოების კოეფიციენტები (ერთი ნივთიერებისგან დამზადებული), შესაბამისად, ხაზოვანი გაფართოების კოეფიციენტი ორმაგად და სამმაგად.
ყველა სხეული ერთდროულად განიცდის სამივე ტიპის გაფართოებას, თუმცა, ერთი მათგანი უფრო მნიშვნელოვანია, ვიდრე სხვები, რადგან უფრო პრივილეგირებულია სხეულის ფორმით.
სავარჯიშოები თერმული გაფართოების შესახებ
2.0 მ სიგრძის რკინის ზოლი, რომლის წრფივი გაფართოების კოეფიციენტია α = 1.2.10-5 ° C-1 ეს არის ოთახის ტემპერატურაზე (25ºC). შემდეგ ამ სხეულს ექვემდებარება სითბოს წყარო, მისი გათბობის ბოლოს აღწევს 100 ° C ტემპერატურას.
Დადგინდეს:
ა) დარტყმა განიცადა.
ბ) ზოლის საბოლოო სიგრძე.
გ) მასალის ზედაპირისა და მოცულობითი გაფართოების კოეფიციენტები, საიდანაც მზადდება ეს ზოლი.
რეზოლუცია
ა) ზოლში განცდილი გაფართოების გამოსათვლელად უნდა გვახსოვდეს, რომ მისი ფორმა სწორხაზოვანია, ამიტომ ეს მის მიერ განიცდის გაფართოების ყველაზე მნიშვნელოვან ფორმას. ხაზოვანი დილატაციის ფორმულის გამოყენებით გვექნება:
ზემოაღნიშნული შედეგის მიხედვით, ამ ზოლის სიგრძე 1,8 მმ გაივლიდა.
ბ) შტრიხის საბოლოო სიგრძე მარტივად გვხვდება, ვინაიდან უკვე ვიცით მის მიერ განცდილი გაფართოება. მისი საბოლოო სიგრძე იქნება 2.0018 მ (2 მეტრი და 1.8 მმ)
გ) ზედაპირული და მოცულობითი გაფართოების კოეფიციენტები ხაზოვანი გაფართოების კოეფიციენტის ჯერადია. მათი ღირებულებები, შესაბამისად, 2,4.10-5 ° C-1და 3,6.10-5 ° C-1.
ჩემ მიერ. რაფაელ ჰელერბროკი
დაადგინეთ 5.0 მ სიგრძის ერთგვაროვანი ფოლადის სხივის ზედაპირის გაფართოების კოეფიციენტის მოდული, რომელიც 50 ° C- ზე თბება, ხაზოვანი გაფართოებაა 5.10-3 მ
იცის რომ მყარ და ერთგვაროვან მასალას აქვს მუდმივი მოცულობითი გაფართოების კოეფიციენტი 1.2.10 ტოლი-5 ° C-1განსაზღვრეთ ამ მასალის ზედაპირის გაფართოების კოეფიციენტი და შეამოწმეთ სწორი ალტერნატივა:
