Rozszerzanie sięPłycizna to nazwa nadana zjawisku, w którym występuje wzrost powierzchni aciało spowodowane wzrostem temperatury. Ten rodzaj ekspansji występuje w bryłach o symetrii powierzchniowej, takich jak talerze, blaty, deski, kafle itp.
Popatrzrównież: Kalorymetria
Dylatacja powierzchni zależy od współczynnik rozszerzalności powierzchni. Ten współczynnik, którego jednostką jest °C-1, jest funkcja każdego rodzaju materiału, ale zachowaj proporcjonalny związek ze współczynnikiem rozszerzalności liniowej:
β — współczynnik rozszerzalności powierzchni (°C-1)
α — współczynnik rozszerzalności liniowej (°C-1)
Możemy zrozumieć tę zależność, jeśli zobaczymy, że w dylatacji powierzchni są dwa dylatacjeliniowy: jeden dla długość i kolejny dla wysokość cielesny. Należy podkreślić, że powyższy związek jest ważny tylko dla ciał utworzonych przez czyste substancje i jednorodne.
Formuła
Sprawdź wzór używany do obliczenia to moduł dylatacji powierzchni — zróżnicowanie obszaru, na który cierpi niektóre ciało podczas ogrzewania.
S — dylatacja powierzchni (m²)
s0— powierzchnia początkowa (m²)
β — współczynnik rozszerzalności powierzchni (°C-1)
T —zmienność temperatury (°C)
Oprócz tego możemy obliczyć dylatację powierzchni w inny sposób, dzięki czemu możemy bezpośrednio znaleźć końcową powierzchnię ciała, sprawdź:
s — powierzchnia końcowa (m²)
Rozszerzalność cieplna
Po podgrzaniu molekuły ciał ma tendencję do wibrowania z większą prędkością, co sprawia, że wymiary makroskopowe ciał może być zmieniony, choć minimalnie. Zjawisko, w którym ciało zmienia rozmiar po podgrzaniu, nazywa się rozszerzanie siętermiczny.
Pomimo intuicji, nie jest prawdą, że wszystkie materiały rozszerzają się, gdy ich temperatura wzrasta, istnieją materiały, które są obecne ujemne współczynniki rozszerzalności (Jak na przykład guma wulkanizowana), to znaczy, gdy te materiały są podgrzewane, ich wymiary zmniejszają się.
Rozszerzalność cieplna dzieli się na trzy podtypy rozszerzalności: liniowy, Płycizna i wolumetryczny. Te typy dylatacji występują łącznie, jednak jeden z nich będzie ważniejszy od pozostałych, zależnie od kształtu ciała.
Na przykład: ze względu na swój kształt igła cierpi bardziej rozszerzanie sięliniowy w stosunku do innych form dylatacji; z kolei metalowa płyta cierpi bardziej rozszerzanie siępowierzchowny, ze względu na swój format; ciecze i gazy, które zajmują przestrzeń ich pojemników, mają tendencję do rozszerzania się we wszystkich kierunkach, a zatem są obecne rozszerzanie sięwolumetryczny.
Popatrzrównież:Czym jest entropia?
Dylatacja płynów
Ciecze mogą ulegać ekspansji objętościowej podczas ogrzewania. Jednak badając ten rodzaj dylatacji, ważne jest, aby wziąć pod uwagę: wolumetryczna ekspansja kontenerów gdzie przechowywane są płyny.
W tym sensie mówi się o pozornej dylatacji — różnicy między dylatacją, której doświadcza ciecz, a jej pojemnikiem. Przejdź do naszego artykułu i dowiedz się wszystkiego all płynna dylatacja.
Eksperyment
Istnieją eksperymenty, które można wykonać szybko i łatwo, aby zobrazować zjawisko powierzchownego poszerzenia. Sprawdź kilka przypadków:
Niezbędne materiały:
1 taca styropianowa
1 moneta
1 świeca
mecze
1 szczypce
1 długopis
1 nożyczki
Metodologia:
Połóż monetę na tacce styropianowej i obrysuj ją pisakiem. Następnie wytnij to. Zapal świecę i przytrzymaj monetę szczypcami, umieszczając ją tuż nad płomieniem świecy (być w obecności osoby dorosłej, aby przeprowadzić tego typu eksperyment).
Po kilku minutach umieść monetę na tacce styropianowej, a zauważysz, że po stopieniu styropianu skurczy się. Aby porównać rozmiary monet podgrzewanych i zimnych, umieść obok siebie otwór wycięty przez podgrzewaną monetę i wycięty kawałek styropianu.
Innym ciekawym eksperymentem jest posiadanie obręczy i metalowej kuli o promieniu nieco większym niż obręcz. W temperaturze pokojowej kula nie będzie mogła przejść przez felgę, jednak gdy podgrzejemy felgę, jej wewnętrzna powierzchnia zwiększa się na skutek rozszerzalności cieplnej i kula będzie mogła przez nią przejść:
Inną możliwością jest próba otwarcia garnka z przymocowaną pokrywką poprzez podgrzanie go, dzięki czemu jego powierzchnia się rozszerzy:
rozwiązane ćwiczenia
Pytanie 1) Blacha prostokątna o powierzchni 0,05 m² ma temperaturę 25ºC, gdy jest nagrzewana światłem słonecznym, aż do osiągnięcia temperatury 75ºC. Współczynnik rozszerzalności powierzchni materiału, z którego zbudowana jest blacha, równy 2,0,10-4 ºC-1, jaka będzie zmienność w obszarze tej płyty?
a) 0,0575 m²
b) 0,0505 m²
c) 1500 m²
d) 0,750 m²
e) 0,550 m²
Szablon: List b
Rozkład:
Aby znaleźć ostateczną powierzchnię blachy, posłużymy się następującym wzorem na ekspansję powierzchni:
Do wzoru wstawimy dane podane w ćwiczeniu:
Zgodnie z danymi podanymi w ćwiczeniu ostateczna powierzchnia tej blachy wyniesie 0,505 m², więc prawidłową alternatywą jest litera b.
Pytanie 2) Dany materiał ma współczynnik rozszerzalności liniowej 1,5,10-5 °C-1, współczynnik rozszerzalności powierzchniowej tego samego materiału wynosi:
a) 0.50.10-5 °C-1
b) 0,75,10-5 °C-1
c) 3.0.10-5 °C-1
d) 4.50.10-5 °C-1
e) 0,40,10-5 °C-1
Szablon: List DO
Rozkład:
Aby rozwiązać to ćwiczenie, pamiętaj tylko, że dwa ciała o różnych symetriach, ale wykonane tej samej czystej substancji, zachowaj następującą zależność między ich współczynnikami rozszerzalności cieplnej:
Dlatego właściwą alternatywą jest litera DO.
Pytanie 3) Płyta 0,4 m² i współczynnik rozszerzalności powierzchni równy 2,0,10-5 °C-1 jest podgrzewany od 20ºC do 200ºC. Określ procentowy wzrost powierzchni dla tej płyty.
a) 0,36%
b) 35%
c) 25%
d) 0,25%
e) 5%
Szablon: List TEN
Rozkład:
Najpierw obliczmy moduł rozszerzalności płyty, korzystając ze wzoru na rozszerzalność powierzchniową:
Korzystając z danych dostarczonych w ćwiczeniu, będziemy musieli wykonać następujące obliczenia:
W tej rozdzielczości najpierw obliczamy, jakie było rozszerzenie płytki. Następnie obliczyliśmy stosunek między powierzchnią końcową płyty, która jest sumą powierzchni początkowej wraz z rozszerzeniem płyty, przez powierzchnię początkową płyty. Po przemnożeniu uzyskanej wartości przez 100 znajdujemy procent nowej powierzchni w stosunku do poprzedniej: 100,036, czyli: powierzchnia płytki powiększona o 0,36%.
Przeze mnie Rafael Helerbrock
Źródło: Brazylia Szkoła - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/dilatacao-superficial.htm