Kiedy ciało ma wzrost temperatura, cząsteczki, które go tworzą, otrzymują energię i stają się poruszone, powodując zwiększenie wymiarów obiektu. Zjawisko to jest znane jako rozszerzalność cieplna. Podobnie, gdy ciało jest chłodzone, jego energia spada, podobnie jak pobudzenie molekularne, powodując zmniejszenie jego wymiarów, co jest znane jako skurcz termiczny.
TEN rozszerzalność cieplna można sklasyfikować na trzy sposoby: liniowy, Płycizna i wolumetryczny.
liniowa dylatacja termiczna
kiedy wahania temperatury temperature ciała, aby zmienić odległość między dwoma punktami, liniowa rozszerzalność cieplna, który może być zmiennością między innymi długości pręta, promienia kuli, przekątnej sześcianu lub kwadratu.
Jako przykład rozważ pręt żelazny o długości L0 z temperaturą początkową Tja. Podnosząc temperaturę do Tfa , długość zostanie zwiększona do L. Zobacz zdjęcie:
Schemat przedstawiający liniową rozszerzalność cieplną spowodowaną wzrostem temperatury
Zmiana temperatury (ΔT) to różnica między temperaturą końcową a początkową:
ΔT = Tfa - Tja
Liniowa rozszerzalność cieplna (ΔL) wytworzona przez tę zmianę temperatury jest różnicą między końcową długością L a początkową długością L0:
Δ L = L - L0
To rozszerzanie, na które ma wpływ pręt, jest proporcjonalne do zmian temperatury i początkowej długości pręta, więc można je również obliczyć za pomocą Prawo liniowej dylatacji termicznej według wzoru:
Δ L = α. L0. T
Stała proporcjonalności α nazywa się liniowy współczynnik rozszerzalności cieplnej materiału, z którego składa się pasek. Jego jednostką miary jest odwrotność stopnia Celsjusza, reprezentowana przez ºC -1. Ta wielkość przyjmuje inną wartość dla każdego rodzaju materiału, reprezentującą liniową rozszerzalność cieplną dla każdej jednostki długości i dla każdej jednostki zmienności temperatury.
Zobacz poniższą tabelę dla wartości współczynnika liniowej rozszerzalności cieplnej niektórych substancji:
Substancja |
Współczynnik (10-6 °C -1) |
Prowadzić |
27 |
Aluminium |
25 |
Srebro |
20 |
Krzem |
2,6 |
Stal |
14 |
Złoto |
15 |
Graficzna reprezentacja liniowej rozszerzalności cieplnej
Możemy otrzymać liniową rozszerzalność cieplną z wykresu długości w funkcji temperatury:
Wykres długości w funkcji temperatury liniowej rozszerzalności cieplnej
Możemy powiązać kąt φ z prawem liniowej rozszerzalności cieplnej, ponieważ:
Δ L = α. L0. T
i
ΔL = α. L0
T
będąc współczynnik kątowy linii prostej który reprezentuje zmienność długości wraz z temperaturą, wyraża się wzorem:
tg φ = ΔL
T
wkrótce:
tg = α. L0
Linia nie może przechodzić przez punkt 0, ponieważ początkowa długość nie może być równa zero.
Jedną z konsekwencji liniowej rozszerzalności cieplnej można zaobserwować w pracach inżynierskich, np. dylatacje (rysunek w tytule), które występują na torach kolejowych lub chodnikach. Są po prostu małą pustą przestrzenią pozostawioną w częściach konstrukcji na ekspansję spowodowaną przez wahania temperatury, takie jak w przypadku pożaru, a nawet naturalne wahania, nie uszkadzają konstrukcji Budynki. Gdyby te złącza kompensacyjne nie istniały, jakikolwiek wzrost temperatury mógłby spowodować wygięcie lub pęknięcie betonu lub sprzętu.
Mariane Mendes
Ukończył fizykę
Źródło: Brazylia Szkoła - https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-dilatacao-termica-linear.htm