Jūs šķidrumi var ciest termiska izplešanās, kā arī cietās vielas, karsējot. Šķidrumu izplešanās notiek, kad to temperatūra palielinās, tā ka tā molekulas ir vairāk satrauktas. Lai noteiktu šķidruma tilpuma paplašināšanos, mums tas jāzina tilpuma izplešanās koeficients, bet arī paplašināšanās, ko cieta konteiners kas satur šo šķidrumu.
Tiek saukta dilatācija, ko cieta šķidrumi tilpuma paplašināšanās. Šāda veida paplašināšanās gadījumā visi ķermeņa izmēri vai šķidrums, tāpat kā šķidrumi un gāzes, ievērojami palielinās, reaģējot uz temperatūras paaugstināšanos. Šī parādība rodas ķermeņa molekulu termiskās uzbudināšanas dēļ: jo augstāka temperatūra, jo lielāka ir šo molekulu, kas sāk kustēties lielākā telpā, maisīšanas amplitūda.
Skatiesarī: Hidrostatikas pamatjēdzieni
Tilpuma izplešanās formula
Mēs varam aprēķināt šķidruma tilpuma izplešanos, izmantojot šādu formulu:
ΔV - tilpuma izmaiņas (m³)
V0- sākotnējais tilpums (m³)
γ - tilpuma izplešanās koeficients (° C-1)
ΔT - temperatūras svārstības (° C)
Iepriekš norādīto formulu var izmantot, lai aprēķinātu apjoma pieaugumu (ΔV) šķidruma temperatūras izmaiņu dēļ (ΔT). Ar dažām algebriskām manipulācijām ir iespējams uzrakstīt tādu pašu formulu kā iepriekš formātā, kas ļauj mums tieši aprēķināt šķidruma galīgo tilpumu pēc tā sildīšanas, skatiet:
V - galīgais šķidruma tilpums
Ņemiet vērā, ka abās formulās ir jāzina, cik daudz konstante γ, zināms kā tilpuma izplešanās koeficients. Šis lielums, mērot ºC-1(Tas rakstīts: 1 uz grādiem pēc Celsija), tas mums norāda, cik liela ir kādas vielas izplešanās katrai 1 ° C temperatūras izmaiņai.
Tilpuma izplešanās koeficients
Tilpuma izplešanās koeficients ir a fiziskais īpašums kas mēra, cik lielas ir ķermeņa tilpuma izmaiņas attiecībā uz noteiktām tā temperatūras izmaiņām. Šis daudzums nav nemainīgs, un tā vērtību var uzskatīt par nemainīgu tikai dažiem temperatūras diapazoniem. Pārbaudiet dažus tipiskas vērtības dažu vielu izplešanās koeficientu šķidrā stāvoklī 20 ° C temperatūrā:
Viela |
Tilpuma izplešanās koeficients (° C-1) |
Ūdens |
1,3.10-4 |
Dzīvsudrabs |
1,8.10-4 |
Etilspirts |
11,2.10-4 |
Acetons |
14,9.10-4 |
Glicerīns |
4,9.10-4 |
Kā minēts iepriekš, tilpuma izplešanās koeficientam ir atkarība Ar temperatūra, tas ir, jūsu modulis var svārstīties iesildīšanās vai atdzišanas laikā. Tāpēc, lai veiktu aprēķinus, mēs izmantojam izplešanās koeficientus, kas atrodas temperatūras diapazonos, kur V x T grafikam ir formāts lineārs. Skatīties:
Starp temperatūrām T1 un T.2, izplešanās koeficients ir nemainīgs.
Šķietama šķidrumu paplašināšanās
Šķietamo šķidrumu izplešanos nosaka šķidruma tilpums pārpildīts ja tvertne ir pilnīgi pilna ar šo šķidrumu apsildāms. Tomēr, ja tvertnē rodas tilpuma izmaiņas, kas vienādas ar šķidruma tilpuma izmaiņām, šķidrumam nevajadzētu pārplūst.
Attēlā pārpildītā šķidruma tilpums atbilst šķietamajai izplešanās.
Acīmredzamās paplašināšanās formulas
Lai aprēķinātu šķidruma daudzumu, kas pārplūst no pudeles, mums jāizmanto acīmredzamās dilatācijas formula, ņemiet vērā:
ΔVap - šķietamā dilatācija (m³)
V0 — sākotnējais šķidruma tilpums (m³)
γap - šķietamais tilpuma izplešanās koeficients (° C-1)
ΔT - temperatūras svārstības (° C)
Iepriekšminētajā formulā ΔVap atbilst pārpildītā šķidruma tilpumam, savukārt γap ir šķietamais izplešanās koeficients. Lai zinātu, kā aprēķināt šķietamo izplešanās koeficientu, mums jāņem vērā izplešanās, ko cieta kolba (ΔVF), kas saturēja šķidrumu. Lai to izdarītu, mēs izmantosim šādu formulu:
ΔVF - pudeles izplešanās (m³)
V0- pudeles sākotnējais tilpums (m³)
γF - kolbas tilpuma izplešanās koeficients (° C)-1)
ΔT - temperatūras svārstības (° C)
Iepriekšējā izteiksmē γF - attiecas uz šķidrumu saturoša trauka tilpuma izplešanās koeficientu un ΔVF mēra, kāda bija šīs pudeles paplašināšanās. Tādējādi šķidruma faktiskā paplašināšanās (ΔVR) var aprēķināt kā šķietamās dilatācijas summu ar flakona paplašinājumu, ņemiet vērā:
ΔVR—Faktiskā šķidruma dilatācija
ΔVap - acīmredzama šķidruma paplašināšanās
ΔVR - faktiskā flakona paplašināšanās
Pēc dažām algebriskām manipulācijām ar uzrādītajām formulām ir iespējams sasniegt šādu rezultātu:
γ - reālais šķidruma izplešanās koeficients (° C-1)
γF - kolbas tilpuma izplešanās koeficients (° C)-1)
γap - šķietamais tilpuma izplešanās koeficients (° C-1)
Iepriekš minētā sakarība norāda, ka faktisko šķidruma izplešanās koeficientu var atrast, izmantojot summa starp šķietamie dilatācijas koeficienti tas ir kolbas izplešanās koeficients.
anomāla ūdens paplašināšanās
Ūdenim ir a anomāla uzvedība attiecībā uz termisko izplešanos starp 0 ° C un 4 ° C, saprotiet: ūdens sildīšana no 0 ° C līdz 4 ° C, jūsu apjoms samazinās, tā vietā, lai palielinātu. Šī iemesla dēļ šķidrā stāvoklī blīvums no ūdens ir jūsu augstākā vērtība temperatūrai 4 ° C. Zemāk redzamie grafiki palīdz izprast ūdens blīvuma un tilpuma uzvedību atkarībā no tā temperatūras, ņemiet vērā:
4 ° C temperatūrā ūdens blīvums ir visaugstākais.
Šīs uzvedības rezultātā bezalkoholiskie dzērieni vai ūdens pudeles pārsprāgst, pārāk ilgi paliekot saldētavā. Kad ūdens sasniedz 4 ° C, tā tilpumu minimāli aizņem šķidrs ūdens, ja dzesēšana turpināsies, ūdens tilpums palielināsies, nevis samazināsies. kad ūdens sasniedz 0 ° C, ūdens tilpums būs ievērojami palielinājies, savukārt tā tvertne būs samazinājusi savus mērījumus, izraisot to pārtraukums.
Pudeles ar ūdeni, kas nonāk saldētavā, var pārsprāgt, kad tās sasniedz 0 ° C.
Citas šīs anomālās ūdens uzvedības sekas ir nav upes dibena sasalšanas ļoti aukstos reģionos. Kad ūdens temperatūra tuvojas 0 ° C, tā blīvums samazinās, un pēc tam aukstais ūdens paaugstinās peldspēja. Augšupejā aukstais ūdens sasalst, veidojot ledus slāni virs upēm. kā ledus ir labs siltumizolators, upju dibens saglabājas aptuveni 4 ° C temperatūrā, jo šajā temperatūrā tā blīvums ir maksimāls un mēdz palikt upju dibenā.
Ūdens anomālās uzvedības iemeslam ir molekulāra izcelsme: no 0 ° C līdz 4 ° C elektriskā pievilcība starp ūdeni ūdens molekulas pārvar termisko uzbudinājumu, jo starp ūdens molekulām ir ūdeņraža saites. Ūdens.
Skatiesarī: Kā notiek anomāla ūdens izplešanās?
atrisināti vingrinājumi
1) Nosaka tilpuma izplešanās koeficientu 1 m³ šķidruma daļai, kas izplešas 0,05 m³, sildot no 25 ° C līdz 225 ° C.
Izšķirtspēja:
Aprēķināsim attiecīgā šķidruma izplešanās koeficientu, izmantojot tilpuma izplešanās formulu:
Piemērojot paziņojumā sniegtos datus iepriekšējai formulai, veiksim šādu aprēķinu:
2) Stikla kolba, kuras tilpuma izplešanās koeficients ir 27,10-6 ° C-1, siltuma jauda ir 1000 ml 20 ° C temperatūrā, un tā ir pilnībā piepildīta ar nezināmu šķidrumu. Uzkarsējot ierīci līdz 120 ° C, no trauka izplūst 50 ml šķidruma. Nosakiet šķietamos izplešanās koeficientus; faktiskais šķidruma izplešanās koeficients; un izplešanās, ko cieta stikla flakons.
Izšķirtspēja:
Aprēķināsim šķietamo izplešanās koeficientu, tāpēc izmantosim šādu formulu:
Izmantojot vingrinājumu datus, mēs veiksim šādu aprēķinu:
Tālāk mēs aprēķināsim šķidruma faktisko izplešanās koeficientu. Lai to izdarītu, mums jāaprēķina, kāda bija stikla pudeles dilatācija:
Aizstājot uzdevuma paziņojumā sniegtos datus, mums jāatrisina šāds aprēķins:
Izmantojot iepriekš veikto aprēķinu, mēs noteicām, kāda ir stikla flakona izplešanās. Tādējādi, lai atrastu šķidruma reālo izplešanos, vienkārši pievienojiet šķietamās dilatācijas tilpumu kolbas dilatācijas tilpumam:
Iepriekš sniegtajā atbildē iegūtais rezultāts norāda, ka flakona iekšpusē esošais šķidrums faktiski izplešas 52,7 ml. Visbeidzot, aprēķināsim šķidruma reālo izplešanās koeficientu:
Izmantojot iepriekš minēto formulu, mēs aprēķinām reālo ūdens izplešanās koeficientu, kas vienāds ar:
Tāpēc šī šķidruma siltuma izplešanās koeficients ir 5.27.10-4 ° C-1.
Autors: Rafaels Helerbroks
Avots: Brazīlijas skola - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/dilatacao-liquidos.htm
