Tu skysčiai gali kentėti šiluminis plėtimasis, taip pat kietosios medžiagos, kaitinant. Skysčių plėtimasis įvyksta, kai jų temperatūra dideja, kad jo molekulės būtų labiau sujaudintos. Norėdami nustatyti skysčio tūrio išsiplėtimą, turime žinoti jo kiekį tūrinis išsiplėtimo koeficientas, bet ir išsiplėtimas, kurį patyrė konteinerį kuriame yra šis skystis.
Vadinamas išsiplėtimas, kurį patiria skysčiai tūrinis išsiplėtimas. Šio tipo išsiplėtimo atveju visi kūno matmenys arba skystis, kaip skysčiai ir dujos, žymiai padidėja reaguojant į temperatūros pakilimą. Šis reiškinys atsiranda dėl terminio kūno molekulių maišymo: kuo aukštesnė temperatūra, tuo didesnė šių molekulių, kurios pradeda judėti didesnėje erdvėje, maišymo amplitudė.
Nesustokite dabar... Po reklamos yra daugiau;)
Pažiūrėktaip pat: Pagrindinės hidrostatikos sąvokos
Tūrinio išsiplėtimo formulė
Skysčio patiriamą tūrinę plėtrą galime apskaičiuoti pagal šią formulę:
ΔV - tūrio kitimas (m³)
V0- pradinis tūris (m³)
γ - tūrinis išsiplėtimo koeficientas (° C-1)
ΔT - temperatūros kitimas (° C)
Pirmiau pateiktą formulę galima naudoti apskaičiuojant tūrio padidėjimą (ΔV) skysčio dėl jo temperatūros pokyčių (ΔT). Atliekant kai kurias algebrines manipuliacijas, galima parašyti tą pačią formulę, kaip nurodyta aukščiau, tokiu formatu, kuris leidžia mums tiesiogiai apskaičiuoti galutinį skysčio tūrį jį pašildžius, žr .:
V - galutinis skysčio tūris
Atkreipkite dėmesį, kad abiejose formulėse būtina žinoti, kiek pastovi γ, žinomas kaip tūrinis išsiplėtimo koeficientas. Šis dydis, matuojamas ºC-1(Tai rašoma: 1 pagal Celsijaus laipsnius), tai rodo, koks didelis kai kurių medžiagų išsiplėtimas kiekvienam 1 ° C temperatūros pokyčiui.
Tūrinis išsiplėtimo koeficientas
Tūrinis išsiplėtimo koeficientas yra a fizinė nuosavybė kuris matuoja, koks didelis kūno apimties pokytis tam tikram jo temperatūros pokyčiui. Šis kiekis nėra pastovus, ir jo vertė gali būti laikoma pastovi tik kai kuriems temperatūros diapazonams. Patikrinkite kai kuriuos tipiškos vertybės kai kurių skysčių būsenos išsiplėtimo koeficientų 20 ° C temperatūroje:
Medžiaga |
Tūrinis išsiplėtimo koeficientas (° C-1) |
Vanduo |
1,3.10-4 |
Merkurijus |
1,8.10-4 |
Etilo alkoholis |
11,2.10-4 |
Acetonas |
14,9.10-4 |
Glicerinas |
4,9.10-4 |
Kaip minėta pirmiau, tūrinis išsiplėtimo koeficientas turi priklausomybė su temperatūra, tai yra, jūsų modulis gali svyruoti atšilimo ar atvėsimo metu. Todėl, norėdami atlikti skaičiavimus, mes naudojame išsiplėtimo koeficientus, kurie yra temperatūros diapazonuose, kur V x T grafiko formatas yra linijinis. Žiūrėti:
Tarp temperatūrų T1 ir t2, plėtimosi koeficientas yra pastovus.
Akivaizdus skysčių išsiplėtimas
Akivaizdų skysčių išsiplėtimą lemia skysčio tūris perpildyta jei šio skysčio yra visiškai pilna talpykla įkaitintas. Tačiau jei talpykloje pastebimas tūrio pokytis, lygus tūrio kitimui, kurį patiria skystis, skystis neturi būti perpildytas.
Skysčio perpildyto skysčio tūris atitinka akivaizdų išsiplėtimą.
Matomos išsiplėtimo formulės
Norėdami apskaičiuoti skysčio tūrį, ištekantį iš butelio, turime naudoti akivaizdaus išsiplėtimo formulę, atkreipkite dėmesį:
ΔVap - tariamasis išsiplėtimas (m³)
V0 — pradinis skysčio tūris (m³)
γap - tariamasis tūrinis išsiplėtimo koeficientas (-1)
ΔT - temperatūros kitimas (° C)
Aukščiau pateiktoje formulėje ΔVap atitinka perpildyto skysčio tūrį, o γap yra tariamasis išsiplėtimo koeficientas. Norėdami žinoti, kaip apskaičiuoti tariamą išsiplėtimo koeficientą, turime atsižvelgti į išsiplėtimą, kurį patyrė kolba (ΔVF), kuriame buvo skystis. Norėdami tai padaryti, naudosime šią formulę:
ΔVF - butelio išsiplėtimas (m³)
V0- pradinis butelio tūris (m³)
γF - kolbos tūrinio išsiplėtimo koeficientas (-1)
ΔT - temperatūros kitimas (° C)
Ankstesnėje išraiškoje γF - tai indo, kuriame yra skystis, tūrinio išsiplėtimo koeficientas ir ΔVF matuoja, koks buvo to butelio išsiplėtimas. Taigi faktinė skysčio plėtra (ΔVR) galima apskaičiuoti kaip buteliuko išsiplėtimo tariamo išsiplėtimo sumą, atkreipkite dėmesį:
ΔVR—Faktinis skysčio išsiplėtimas
ΔVap - akivaizdus skysčio išsiplėtimas
ΔVR - faktinis buteliuko išsiplėtimas
Atlikus keletą algebrinių manipuliacijų pateiktomis formulėmis, galima pasiekti tokį rezultatą:
γ - tikrasis skysčio išsiplėtimo koeficientas (° C-1)
γF - kolbos tūrinio išsiplėtimo koeficientas (-1)
γap - tariamasis tūrinis išsiplėtimo koeficientas (-1)
Aukščiau pateiktas ryšys rodo, kad faktinį skysčio išsiplėtimo koeficientą galima rasti naudojant suma tarp tariamieji išsiplėtimo koeficientai tai kolbos išsiplėtimo koeficientas.
nenormalus vandens išsiplėtimas
Vanduo turi a nenormalus elgesys dėl šiluminio plėtimosi tarp 0 ° C ir 4 ° C, supraskite: kaitinant vandenį nuo 0 ° C iki 4 ° C, jūsų tūris mažėja, užuot didinus. Dėl šios priežasties skystoje būsenoje tankis vandens turi tavo didžiausia vertė temperatūrai 4 ° C. Žemiau pateikti grafikai padeda suprasti vandens tankio ir tūrio elgseną priklausomai nuo jo temperatūros, atkreipkite dėmesį:
Esant 4 ° C temperatūrai, vandens tankis yra didžiausias.
Dėl tokio elgesio gaivieji gėrimai ar vandens buteliai sprogsta, kai jie paliekami šaldiklyje per ilgai. Kai vanduo pasiekia temperatūrą 4 ° C, jo tūrį minimaliai užima skystas vanduo, jei aušinimas tęsis, vandens tūris padidės, o ne sumažės. kai vanduo pasieks 0 ° C, vandens tūris labai padidės, o jo indas sumažins savo matavimus, dėl ko pertrauka.
Buteliai su vandeniu, kurie patenka į šaldiklį, gali sprogti, kai jie pasiekia 0 ° C.
Kita šio nenormalaus vandens elgesio pasekmė yra neužšąla upių dugnas labai šaltuose regionuose. Kai vandens temperatūra artėja prie 0 ° C, jo tankis sumažėja, o šaltas vanduo pakyla dėl plūdrumas. Kylant šaltas vanduo užšąla, formuodamas ledo sluoksnį virš upių. kaip ledas yra geras šilumos izoliatorius, upių dugnas išlieka maždaug 4 ° C, nes esant tokiai temperatūrai jo tankis yra didžiausias ir linkęs likti upių dugne.
Nenormalaus vandens elgesio priežastis yra molekulinė: nuo 0 ° C iki 4 ° C elektrinė trauka tarp vandens vandens molekulės įveikia šiluminį maišymą dėl to, kad tarp vandens molekulių yra vandenilio ryšių. Vanduo.
Pažiūrėktaip pat: Kaip vyksta nenormalus vandens išsiplėtimas?
sprendė pratimus
1) Nustatykite 1 m³ skysčio dalies, kuri išsiplėtė 0,05 m³, kaitinant nuo 25 ° C iki 225 ° C, tūrinį plėtimosi koeficientą.
Rezoliucija:
Apskaičiuokime nagrinėjamo skysčio išsiplėtimo koeficientą pagal tūrinės plėtimosi formulę:
Taikydami teiginyje pateiktus duomenis ankstesnei formulei, atliksime tokį skaičiavimą:
2) Stiklinė kolba, kurios tūrinis išsiplėtimo koeficientas yra 27,10-6 ° C-1, kurio šiluminė talpa 20 ° C temperatūroje yra 1000 ml, ir yra visiškai užpildytas nežinomu skysčiu. Kai kaitiname rinkinį iki 120 ° C, iš indo išteka 50 ml skysčio. Nustatykite tariamus išsiplėtimo koeficientus; faktinis skysčio išsiplėtimo koeficientas; ir išsiplėtimas patyrė stiklinį buteliuką.
Rezoliucija:
Apskaičiuokime tariamą išsiplėtimo koeficientą, tam naudosime šią formulę:
Naudodami pratimų duomenis atliksime tokį skaičiavimą:
Tada apskaičiuosime skysčio faktinį išsiplėtimo koeficientą. Norėdami tai padaryti, turime apskaičiuoti, koks buvo stiklo butelio išsiplėtimas:
Pakeisdami pratybų ataskaitoje pateiktus duomenis, turime išspręsti šį skaičiavimą:
Atlikdami aukščiau pateiktą skaičiavimą, mes nustatėme, koks buvo stiklo buteliuko išsiplėtimas. Taigi, norėdami sužinoti tikrąjį skysčio išsiplėtimą, tiesiog pridėkite tariamojo išsiplėtimo tūrį į kolbos išsiplėtimo tūrį:
Aukščiau pateiktame atsakyme gautas rezultatas rodo, kad buteliuko viduje esantis skystis iš tikrųjų išsiplėtė 52,7 ml. Galiausiai apskaičiuokime skysčio tikrąjį išsiplėtimo koeficientą:
Naudodami pirmiau pateiktą formulę, apskaičiuojame tikrąjį vandens plėtimosi koeficientą, lygų:
Todėl šio skysčio šiluminio plėtimosi koeficientas yra 5,27,10-4 ° C-1.
Mano. Rafaelis Helerbrockas
