Du væsker kan lide termisk ekspansjon, så vel som faste stoffer ved oppvarming. Ekspansjonen av væsker skjer når temperaturen deres øker, slik at molekylene blir mer urolige. For å bestemme utvidelsen av væskens volum, må vi vite dens volumetrisk utvidelseskoeffisient, men også utvidelsen led av container som inneholder denne væsken.
Utvidelsen som lider av væsker kalles volumetrisk utvidelse. I denne typen utvidelse, alle dimensjoner av en kropp eller væske, som væsker og gasser, gjennomgår betydelige økninger som svar på en økning i temperaturen. Dette fenomenet oppstår på grunn av termisk omrøring av kroppens molekyler: jo høyere temperatur, jo større er amplituden til omrøringen av disse molekylene, som begynner å bevege seg i et større rom.
Seogså: Grunnleggende begreper for hydrostatikk
Volumetrisk utvidelsesformel
Vi kan beregne den volumetriske utvidelsen som en væske lider ved å bruke følgende formel:
AV - volumvariasjon (m³)
V0- startvolum (m³)
γ - volumetrisk ekspansjonskoeffisient (° C-1)
AT - temperaturvariasjon (° C)
Formelen vist ovenfor kan brukes til å beregne volumøkningen (AV) av en væske på grunn av en variasjon i temperaturen (AT). Med noen algebraiske manipulasjoner er det mulig å skrive den samme formelen som ovenfor i et format som lar oss direkte beregne det endelige volumet av en væske etter oppvarming, se:
V - endelig væskevolum
Merk at det i begge formler er nødvendig å vite hvor mye konstant γ, kjent som volumetrisk utvidelseskoeffisient. Denne størrelsen, målt i ºC-1(Det lyder: 1 på grader Celsius), det gir oss hvor stor utvidelsen av noe stoff er, for hver 1 ° C av endring i temperaturen.
Volumetrisk utvidelseskoeffisient
Den volumetriske ekspansjonskoeffisienten er a fysisk eiendom som måler hvor stort kroppens volumendring er for en gitt endring i temperaturen. Denne mengden er ikke konstant, og verdien kan betraktes som konstant i bare noen temperaturområder. Sjekk ut noen typiske verdier av ekspansjonskoeffisientene til noen stoffer i flytende tilstand, ved en temperatur på 20 ° C:
Substans |
Volumetrisk ekspansjonskoeffisient (° C-1) |
Vann |
1,3.10-4 |
Kvikksølv |
1,8.10-4 |
Etyl alkohol |
11,2.10-4 |
Aceton |
14,9.10-4 |
Glyserin |
4,9.10-4 |
Som nevnt ovenfor har den volumetriske utvidelseskoeffisienten avhengighet med temperatur, det vil si at modulen din kan svinge under oppvarming eller nedkjøling. Derfor, for å gjøre beregningene, bruker vi ekspansjonskoeffisientene som ligger innenfor temperaturområdene, der grafen til V x T har formatet lineær. Se:
Mellom temperaturene T1 og T2, er utvidelseskoeffisienten konstant.
Tilsynelatende utvidelse av væsker
Den tilsynelatende utvidelsen av væsker bestemmes av volumet av væske som er overløp hvis det er en beholder full av denne væsken oppvarmet. Imidlertid, hvis beholderen opplever en volumvariasjon lik den volumetriske variasjonen som lider av væsken, bør ingen væske rømme over.
Volumet av væske som overløper i figuren tilsvarer den tilsynelatende utvidelsen.
Tilsynelatende utvidelsesformler
For å beregne volumet av væske som renner over flasken, må vi bruke formelen for tilsynelatende utvidelse, merk:
AVap - tilsynelatende utvidelse (m³)
V0 — innledende væskevolum (m³)
γap - tilsynelatende volumetrisk ekspansjonskoeffisient (° C-1)
AT - temperaturvariasjon (° C)
I formelen ovenfor, AVap tilsvarer volumet av væske som er overfylt, mens γap er den tilsynelatende utvidelseskoeffisienten. For å vite hvordan vi skal beregne den tilsynelatende ekspansjonskoeffisienten, må vi ta hensyn til ekspansjonen som lider av kolben (AVF) som inneholdt væsken. For å gjøre dette vil vi bruke følgende formel:
AVF - flaskeutvidelse (m³)
V0- opprinnelig volum av flasken (m³)
γF - koeffisient for volumetrisk ekspansjon av kolben (° C-1)
AT - temperaturvariasjon (° C)
I forrige uttrykk, γF refererer til volumetrisk ekspansjonskoeffisient for beholderen som inneholder væsken, og AVF måler hva som var utvidelsen av den flasken. Dermed ble den faktiske utvidelsen påført væsken (AVR) kan beregnes som summen av tilsynelatende utvidelse med utvidelse av hetteglasset, merk:
AVR- faktisk væskedilatasjon
AVap - tilsynelatende væskedilatasjon
AVR - faktisk utvidelse av hetteglasset
Etter noen algebraiske manipulasjoner med formlene som er presentert, er det mulig å nå følgende resultat:
γ - reell væskeekspansjonskoeffisient (° C-1)
γF - koeffisient for volumetrisk ekspansjon av kolben (° C-1)
γap - tilsynelatende volumetrisk ekspansjonskoeffisient (° C-1)
Ovennevnte forhold indikerer at den faktiske ekspansjonskoeffisienten til væsken kan bli funnet ved hjelp av sum mellom tilsynelatende utvidelseskoeffisienter det er kolbe ekspansjonskoeffisient.
uregelmessig utvidelse av vann
Vannet har en unormal oppførsel angående den termiske utvidelsen mellom temperaturene på 0 ° C og 4 ° C, forstå: varme vannet fra 0 ° C til 4 ° C, din volumet reduseres, i stedet for å øke. Av denne grunn, i flytende tilstand, tetthet av vannet har din høyeste verdi for temperaturen på 4 ° C. Grafene nedenfor hjelper deg med å forstå oppførselen til tetthet og volum av vann som en funksjon av temperaturen, merk:
Ved en temperatur på 4 ° C er tettheten av vann den høyeste.
Som et resultat av denne oppførselen sprekker brus eller flasker vann når de blir stående i fryseren for lenge. Når vannet når temperaturen på 4 ° C, blir volumet minimalt opptatt av flytende vann. Hvis avkjøling fortsetter, vil vannvolumet øke i stedet for å redusere. når vannet når 0 ° C, vil vannvolumet ha økt kraftig, mens beholderen har redusert sine egne målinger og forårsaket dens gå i stykker.
Flasker fylt med vann som går til fryseren kan sprekke når de når 0 ° C.
En annen konsekvens av denne uregelmessige oppførselen til vann er ingen frysing av elvebunn i veldig kalde regioner. Når vanntemperaturen nærmer seg 0 ° C, reduseres densiteten, og deretter stiger det kalde vannet på grunn av oppdrift. Når det stiger, fryser det kalde vannet og danner et lag med is over elvene. som is er en god varmeisolator, forblir bunnen av elvene omtrent 4 ºC, fordi dens tetthet er maksimal ved denne temperaturen og har en tendens til å forbli på bunnen av elvene.
Årsaken bak vannens avvikende oppførsel har en molekylær opprinnelse: mellom 0 ° C og 4 ° C, den elektriske tiltrekningen mellom vannmolekyler overvinner termisk omrøring på grunn av eksistensen av hydrogenbindinger mellom vannmolekylene. Vann.
Seogså: Hvordan oppstår unormal vannutvidelse?
løste øvelser
1) Bestem den volumetriske ekspansjonskoeffisienten til en 1 m³ porsjon væske som gjennomgår en utvidelse på 0,05 m³ ved oppvarming fra 25 ° C til 225 ° C.
Vedtak:
La oss beregne utvidelseskoeffisienten til den aktuelle væsken ved hjelp av den volumetriske ekspansjonsformelen:
Ved å bruke dataene som er gitt i uttalelsen til den forrige formelen, gjør vi følgende beregning:
2) En glasskolbe, hvis volumetriske ekspansjonskoeffisient er 27.10-6 ° C-1, har en termisk kapasitet på 1000 ml, ved en temperatur på 20 ºC, og er fullstendig fylt med en ukjent væske. Når vi varmer oppsettet til 120 ºC, renner 50 ml væske ut av beholderen. Bestem de tilsynelatende utvidelseskoeffisientene; den faktiske utvidelseskoeffisienten til væsken; og utvidelsen påført hetteglasset med glass.
Vedtak:
La oss beregne den tilsynelatende utvidelseskoeffisienten, for det bruker vi følgende formel:
Ved å bruke treningsdataene vil vi gjøre følgende beregning:
Deretter vil vi beregne væskens faktiske ekspansjonskoeffisient. For å gjøre det, må vi beregne hva som var utvidelsen av glassflasken:
Ved å erstatte dataene som er gitt i øvelseserklæringen, må vi løse følgende beregning:
Med beregningen ovenfor bestemte vi hva ekspansjonen led av glasskolben. Således, for å finne den virkelige utvidelsen av væsken, er det bare å legge til volumet av den tilsynelatende utvidelsen til volumet på kolbeens ekspansjon:
Resultatet oppnådd i svaret ovenfor indikerer at væsken inne i flasken gjennomgikk en faktisk ekspansjon på 52,7 ml. Til slutt, la oss beregne væskens reelle ekspansjonskoeffisient:
Ved å bruke formelen ovenfor beregner vi den virkelige vannutvidelseskoeffisienten lik:
Derfor er koeffisienten for termisk ekspansjon av denne væsken 5.27.10-4 ° C-1.
Av meg. Rafael Helerbrock
Kilde: Brasilskolen - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/dilatacao-liquidos.htm