Rozszerzanie siętermiczny jest to zjawisko fizyczne wynikające ze wzrostu temperatury ciała. Kiedy ciało jest wystawione na działanie jakiegoś źródła ciepło, Twój temperatura może podlegać zmianom, zwiększając pobudzenie cząsteczek, które oscylują wokół większej przestrzeni.
Ta mikroskopijna zmienność wibracji cząsteczek może być postrzegana w skali makroskopowej, tak jak w przypadku żelaznego sztabki nieco większy w wyniku ogrzewania.
dylatacja liniowa
Rozszerzanie sięliniowy ciał stałych to zjawisko fizyczne, które występuje, gdy liniowo ukształtowane ciała będące w stanie stałym, takie jak druty, kable, igły, pręty, rury, podlegają zmianom temperatury. Aby obliczyć wielkość dylatacji liniowej, używamy współczynnikwrozszerzanie sięliniowy materiału.
Przykłady liniowej rozszerzalności cieplnej
Wypaczenie torów kolejowych spowodowane dużą amplitudą termiczną podczas cykli dziennych i nocnych. Ze względu na ten efekt zastosowano dylatację, niewielką przestrzeń pomiędzy dwoma kolejnymi prętami.
Przewody miedziane stosowane do przesyłania prądu elektrycznego na słupach są zawsze większe niż odległość między słupami. Gdyby tak nie było, w zimne dni te przewodniki miałyby ujemne różnice w ich długości i mogłyby cierpieć na pęknięcia
powierzchowne rozszerzenie
Rozszerzanie sięPłycizna ciał stałych to zmienność powierzchni ciała, które znajduje się w stanie stałym, ze względu na wzrost jego temperatury. Obliczenie rozszerzalności powierzchniowej ciała stałego zależy od jego współczynnikwrozszerzanie sięPłycizna.
Przykłady rozszerzalności cieplnej powierzchni
Pomiędzy deskami kaflowymi, stosowanymi w podłogach mieszkalnych i chodnikach, pozostaje niewielka wolna przestrzeń, który jest zajęty przez zaprawę, porowaty materiał zdolny do wchłonięcia części rozszerzania się części ceramika.
Często zdarza się, że mechanicy podgrzewają nakrętkę przymocowaną do śruby w celu jej usunięcia, ponieważ podgrzewanie powoduje rozszerzenie nakrętki, ułatwiając jej usunięcie.
dylatacja wolumetryczna
dylatacja wolumetrycznajest to rozszerzenie objętości ciała poprzez zwiększenie jego temperatury. Ekspansja wolumetryczna jest obliczana na podstawie współczynnikwrozszerzanie sięwolumetryczny cielesny.
Przykłady wolumetrycznej rozszerzalności cieplnej
Śruby stosowane w kadłubach samolotów mogą być umieszczane w bardzo niskich temperaturach przed gwintowaniem. Po gwintowaniu wzrost temperatury ślimaka powoduje zwiększenie jego wymiarów, przez co jego późniejsze usunięcie jest prawie niemożliwe.
Współczynnik rozszerzalności cieplnej
Podczas gdy niektóre materiały muszą podlegać ogromnym zmianom temperatury, aby ich ekspansja stała się zauważalne, inne muszą mieć różną temperaturę o kilka stopni, aby różnice w ich wymiary.
Fizyczną właściwość, która określa łatwość lub trudność materiału, którego wymiary zmieniają się w wyniku zmiany temperatury, nazywa się is współczynnik rozszerzalności cieplnej.
Wraz ze wzrostem temperatury cząsteczki ciała zaczynają zajmować większą przestrzeń.
Popatrzrównież: Kalorymetria
Każdy materiał ma swój własny współczynnik rozszerzalności cieplnej, który może być trzech różnych typów: współczynnik rozszerzanie sięliniowy, Płycizna i wolumetryczny. Aby obliczyć rozszerzenie ciała, posługujemy się tylko jednym z tych współczynników, wyznaczonym na podstawie kształtu prezentowanego przez ciało.
Pomimo dylatacji powierzchniowej i objętościowej, wydłużone ciała, które mają symetrię liniową, takie jak kable i przewody ulegają rozszerzaniu na swojej długości znacznie większemu niż rozszerzanie w ich obszarze lub Tom.
Współczynniki rozszerzalności liniowy, Płycizna i wolumetryczny są oznaczone odpowiednio greckimi literami α, β, i γ, a jego jednostką miary jest ºC-1.
Efekt rozszerzalności cieplnej ciał stałych ma duże znaczenie handlowe i technologiczne. Na przykład w budownictwie stosuje się materiały, które często są narażone na duże, a czasem ostre zmiany temperatury. W takim przypadku niezbędna jest znajomość współczynników rozszerzalności każdego materiału stosowanego w budownictwie cywilnym, aby uniknąć pojawienia się pęknięć i innych wad konstrukcyjnych.
Związek między współczynnikami rozszerzalności ciał stałych of
Ciała o różnych symetriach wykonane z tego samego materiału podlegają różnym formom ekspansji. Na przykład żelazny pręt ulega rozszerzaniu liniowemu, podczas gdy arkusz tego samego materiału ulega rozszerzaniu powierzchniowemu. Dzieje się tak, ponieważ współczynnik rozszerzalności powierzchni jest dwukrotnością współczynnika rozszerzalności liniowy, podczas gdy współczynnik rozszerzalności objętościowej jest trzykrotnie większy niż współczynnik rozszerzalności liniowy. Zegarek:
Teraz nie przestawaj... Po reklamie jest więcej ;)
α – współczynnik rozszerzalności liniowej
β – współczynnik rozszerzalności powierzchni
γ – współczynnik rozszerzalności objętościowej
Dylatacja termiczna w mostach
Skutki rozszerzalności cieplnej są szczególnie ważne w konstrukcjach, które nie mogą odkształcać się lub pękać swojej konstrukcji, takich jak mosty. Dlatego w tego typu konstrukcjach stosuje się kilka dylatacji.
Poniższy rysunek przedstawia dylatację mostu. Zegarek:
Dylatacje zmniejszają ryzyko pęknięć w wyniku rozszerzania się betonu w mostach.
Wzory rozszerzalności cieplnej
Sprawdź poniżej wzory używane do obliczania liniowej, powierzchniowej i objętościowej ekspansji ciał stałych.
Liniowa formuła dylatacji
Liniowy wzór dylatacji można przedstawić na dwa sposoby: jeden do obliczenia ostatecznej wielkości ciała, a drugi do obliczenia zmiany długości poniesionej podczas dylatacji:
L – długość końcowa
L0 – długość początkowa
T - wahania temperatury
L – zmienność długości
Wzór na dylatację powierzchni
Podobnie jak wzór na rozszerzalność liniową, wzór na rozszerzalność powierzchniową można również zapisać na dwa różne sposoby:
s – obszar końcowy
s0 – powierzchnia początkowa
T - wahania temperatury
S - zmienność powierzchni
Formuła ekspansji objętościowej
Wreszcie mamy wyrażenia, które pozwalają nam obliczyć ostateczną objętość ciała lub jego zmienność objętościową:
V - Objętość końcowa
V0 – objętość początkowa
T - wahania temperatury
V – zmiana głośności
streszczenie
Gdy ciało stałe jest podgrzewane, jego cząsteczki zaczynają wibrować szerzej, zajmując więcej miejsca. W zależności od nagrzewania i współczynnika rozszerzalności materiału efekt można zaobserwować gołym okiem.
Współczynniki rozszerzalności powierzchniowej i objętościowej tego samego jednorodnego materiału (wykonanego z jednej substancji) są odpowiednio dwukrotnością i trzykrotnością współczynnika rozszerzalności liniowej.
Każde ciało podlega jednocześnie wszystkim trzem rodzajom dylatacji, jednak jeden z nich jest ważniejszy od pozostałych, gdyż jest bardziej uprzywilejowany przez kształt ciała.
Ćwiczenia z rozszerzalności cieplnej
Pręt żelazny o długości 2,0 m, którego współczynnik rozszerzalności liniowej wynosi α=12,10-5 °C-1 jest w temperaturze pokojowej (25ºC). Ciało to jest następnie wystawione na działanie źródła ciepła, osiągającego pod koniec ogrzewania temperaturę 100°C.
Określać:
a) rozszerzenie poniesione przez bar.
b) ostateczna długość pręta.
c) współczynniki rozszerzalności powierzchniowej i objętościowej materiału, z którego wykonany jest ten pręt.
Rozkład
a) Aby obliczyć wydłużenie pręta, należy pamiętać, że jego kształt jest liniowy, a więc jest to najważniejsza forma jego wydłużenia. Korzystając ze wzoru na dylatację liniową, będziemy mieli:
Zgodnie z powyższym wynikiem pręt ten uległby wydłużeniu o 1,8 mm.
b) Ostateczną długość paska można łatwo znaleźć, ponieważ znamy już jego rozszerzenie. Jego ostateczna długość będzie 2,0018 m² (2 metry i 1,8 mm)
c) Współczynniki rozszerzalności powierzchniowej i objętościowej są wielokrotnościami współczynnika rozszerzalności liniowej. Ich wartości to odpowiednio 2,4.10-5 °C-1i 3,6.10-5 °C-1.
Przeze mnie Rafael Helerbrock
Wyznaczyć moduł współczynnika rozszerzalności powierzchni jednorodnej belki stalowej o długości 5,0 m, która po podgrzaniu do temperatury 50 °C ma rozszerzalność liniową 5,10-3 m.
Wiedząc, że stały i jednorodny materiał ma stały współczynnik rozszerzalności objętościowej równy 1.2.10-5 °C-1, określ współczynnik rozszerzalności powierzchni tego materiału i sprawdź poprawną alternatywę:
