Wanneer een lichaam een toename van temperatuur-, de moleculen waaruit het bestaat, ontvangen energie en worden geagiteerd, waardoor de afmetingen van het object toenemen. Dit fenomeen staat bekend als thermische uitzetting. Evenzo, wanneer een lichaam wordt afgekoeld, neemt de energie ervan af en ook de moleculaire agitatie, waardoor de afmetingen afnemen, wat bekend staat als samentrekking thermisch.
DE thermische uitzetting kan op drie manieren worden ingedeeld: lineair, oppervlakkig en volumetrisch.
lineaire thermische dilatatie
wanneer de temperatuurvariatie van een lichaam om de afstand tussen twee punten te veranderen, de lineaire thermische uitzetting:, wat onder andere een variatie kan zijn in de lengte van een staaf, de straal van een bol, de diagonaal van een kubus of een vierkant.
Beschouw als voorbeeld een ijzeren staaf met lengte L0 met begintemperatuur Tik. Door je temperatuur te verhogen naar Tf , wordt de lengte vergroot tot L. Kijk naar de foto:
Diagram met lineaire thermische uitzetting veroorzaakt door temperatuurstijging
De temperatuurvariatie (ΔT) is het verschil tussen de eind- en begintemperatuur:
ΔT = Tf - Tik
De lineaire thermische uitzetting (ΔL) geproduceerd door deze temperatuurvariatie is het verschil tussen de uiteindelijke lengte L en de initiële lengte L0:
Δ L = L - L0
Deze uitzetting die de staaf ondervindt, is evenredig met het temperatuurverloop en de initiële lengte van de staaf, en kan dus ook worden berekend met de Wet van lineaire thermische dilatatie volgens de formule:
ΔL =. L0. T
De evenredigheidsconstante α heet lineaire thermische uitzettingscoëfficiënt van het materiaal waaruit de bar bestaat. De meeteenheid is de wederzijdse graad Celsius, weergegeven door ºC -1. Deze grootheid neemt voor elk type materiaal een andere waarde aan, die de lineaire thermische uitzetting voor elke lengte-eenheid en voor elke eenheid van temperatuurvariatie weergeeft.
Zie de volgende tabel voor de waarden van de lineaire thermische uitzettingscoëfficiënt van sommige stoffen:
Stof |
Coëfficiënt (10-6 °C -1) |
Lood |
27 |
Aluminium |
25 |
Zilver |
20 |
Silicium |
2,6 |
Staal |
14 |
Goud |
15 |
Grafische weergave van lineaire thermische uitzetting
We kunnen lineaire thermische uitzetting verkrijgen uit een grafiek van lengte versus temperatuur:
Grafiek van lengte versus temperatuur van lineaire thermische uitzetting
We kunnen de hoek relateren aan de wet van lineaire thermische uitzetting, omdat:
ΔL =. L0. T
en
ΔL = α. L0
T
de zijn rechte lijn hoekcoëfficiënt die de variatie in lengte met temperatuur weergeeft, wordt gegeven door:
tg φ = ΔL
T
spoedig:
tg φ =. L0
De lijn kan niet door punt 0 gaan, omdat de beginlengte niet gelijk kan zijn aan nul.
Een van de gevolgen van lineaire thermische uitzetting is te zien in kunstwerken, bijvoorbeeld de uitzettingsvoegen (figuur in de titel) die aanwezig zijn op treinsporen of trottoirs. Ze zijn gewoon een kleine lege ruimte die overblijft in delen van de constructie voor de uitzetting veroorzaakt door de temperatuurschommelingen, zoals in het geval van brand of zelfs natuurlijke variaties, beschadigen de structuur van de gebouwen. Als deze dilatatievoegen niet bestonden, zou elke temperatuurstijging ervoor kunnen zorgen dat het beton of de hardware buigt of breekt.
Door Mariane Mendes
Afgestudeerd in natuurkunde
Bron: Brazilië School - https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-dilatacao-termica-linear.htm