Dilataretermic este un fenomen fizic care rezultă din creșterea temperaturii unui corp. Când un corp este expus la o sursă de căldură, ta temperatura poate suferi variații, crescând agitația moleculelor, care oscilează în jurul unui spațiu mai mare.
Această variație microscopică a vibrației moleculelor poate fi percepută la scară macroscopică, ca atunci când rămâne o bară de fier putin mai mare ca urmare a încălzirii.
dilatarea liniară
Dilatareliniar a solidelor este fenomenul fizic care apare atunci când corpurile de formă liniară care sunt în stare solidă, cum ar fi fire, cabluri, ace, bare, conducte, suferă o variație a temperaturii. Pentru a calcula magnitudinea dilatației liniare, folosim coeficientîndilatareliniar de material.
Exemple de dilatare termică liniară
Deformarea liniilor de tren datorită amplitudinii termice mari în timpul ciclurilor de zi și de noapte. Datorită acestui efect, se folosește rostul de dilatare, un spațiu mic între două bare consecutive.
Firele de cupru utilizate la transmiterea curentului electric pe poli sunt întotdeauna mai mari decât distanța dintre poli. Dacă nu ar fi, în zilele reci, acești conductori ar suferi variații negative de lungime și ar putea suferi rupturi
dilatarea superficială
Dilataresuperficial a solidelor este variația zonei unui corp care se află în stare solidă datorită creșterii temperaturii sale. Calculul expansiunii suprafeței unui solid depinde de acesta coeficientîndilataresuperficial.
Exemple de expansiune termică de suprafață
Între plăcile de gresie, utilizate în pardoseli rezidențiale și trotuare, este lăsat un mic spațiu liber, care este ocupat de mortar, un material poros capabil să absoarbă o parte din expansiunea suferită de piese ceramică.
Este obișnuit să vezi mecanici încălzind o piuliță atașată la un șurub pentru a o scoate, deoarece încălzirea determină dilatarea piuliței, facilitând îndepărtarea acesteia.
dilatare volumetrică
dilatare volumetricăeste expansiunea volumului unui corp prin creșterea temperaturii acestuia. Extinderea volumetrică se calculează din coeficientîndilatarevolumetric a corpului.
Exemple de dilatare termică volumetrică
Șuruburile utilizate în fuzelajele aeronavelor pot fi plasate la temperaturi foarte scăzute înainte de a fi filetate. După filetare, creșterea temperaturii șurubului își extinde dimensiunile, ceea ce face aproape imposibilă îndepărtarea acestuia ulterior.
Coeficient de dilatare termică
În timp ce unele materiale trebuie să sufere variații uriașe de temperatură pentru ca expansiunea lor să devină vizibil, altora trebuie să li se modifice temperatura cu câteva grade, astfel încât diferențele dintre acestea dimensiuni.
Se numește proprietatea fizică care determină ușurința sau dificultatea ca materialul să-și schimbe dimensiunile printr-o variație de temperatură coeficient de dilatare termică.
Odată cu creșterea temperaturii, moleculele unui corp încep să ocupe un spațiu mai mare.
Uitede asemenea: Calorimetrie
Fiecare material are propriul său coeficient de expansiune termică, care poate fi de trei tipuri distincte: coeficient de dilatareliniar, superficial și volumetric. Pentru a calcula expansiunea suferită de un corp, folosim doar unul dintre acești coeficienți, determinați în funcție de forma prezentată de corp.
În pofida dilatării suprafeței și volumetrice, corpurile alungite care au simetrie liniară, cum ar fi cablurile și firele, sunt supuse unei expansiuni în lungimea lor mult mai mare decât expansiunea în zona lor sau volum.
Coeficienții de expansiune liniar, superficial și volumetric sunt notate, respectiv, de literele grecești α, β, și γ, iar unitatea sa de măsură este ° C-1.
Efectul expansiunii termice a solidelor are o mare importanță comercială și tehnologică. Construcția clădirilor, de exemplu, folosește materiale care sunt adesea expuse la variații mari și uneori accentuate ale temperaturii. În acest caz, este esențial să se cunoască coeficienții de expansiune ai fiecărui material utilizat în construcția civilă pentru a evita apariția fisurilor și a altor defecte structurale.
Relația dintre coeficienții de expansiune a solidelor
Corpurile cu simetrii diferite realizate din același material suferă diferite forme de expansiune. O bară de fier, de exemplu, suferă expansiune liniară, în timp ce o foaie din același material suferă expansiune la suprafață. Acest lucru se datorează faptului că coeficientul de expansiune a suprafeței este de două ori coeficientul de expansiune liniar, în timp ce coeficientul de expansiune volumetrică este de trei ori mai mare decât coeficientul de expansiune liniar. Ceas:
Nu te opri acum... Există mai multe după publicitate;)
α – coeficient de expansiune liniară
β – coeficient de expansiune a suprafeței
γ – coeficient de expansiune volumetrică
Dilatarea termică în punți
Efectele expansiunii termice sunt deosebit de importante în construcțiile care nu își pot deforma sau sparge structura, cum ar fi podurile. De aceea, în acest tip de construcție, sunt utilizate mai multe rosturi de dilatare.
Imaginea de mai jos prezintă îmbinarea de dilatare a unui pod. Ceas:
Îmbinările de dilatare reduc șansele de fisurare ca urmare a dilatării betonului în poduri.
Formule de dilatare termică
Verificați mai jos formulele utilizate pentru a calcula expansiunile liniare, superficiale și volumetrice ale solidelor.
Formula de dilatare liniară
Formula de dilatare liniară poate fi prezentată în două moduri: unul pentru a calcula dimensiunea finală a corpului și altul pentru a calcula variația lungimii suferite în timpul dilatării:
L - lungimea finală
L0 - lungimea inițială
ΔT - variația temperaturii
ΔL - variația lungimii
Formula de dilatare a suprafeței
La fel ca formula de expansiune liniară, formula de expansiune a suprafeței poate fi scrisă și în două moduri diferite:
s - zona finală
s0 - zona inițială
ΔT - variația temperaturii
S - variația zonei
Formula de expansiune volumetrică
În cele din urmă, avem expresiile care ne permit să calculăm volumul final al unui corp sau variația sa volumetrică:
V - Volumul final
V0 - volumul inițial
ΔT - variația temperaturii
ΔV - variația volumului
rezumat
Când un solid este încălzit, moleculele sale încep să vibreze mai mult, ocupând mai mult spațiu. În funcție de coeficientul de încălzire și de expansiune al materialului, efectul poate fi observat cu ochiul liber.
Coeficienții de expansiune superficială și volumetrică ai aceluiași material omogen (format dintr-o singură substanță) sunt, respectiv, dublu și triplu coeficientul de expansiune liniar.
Fiecare corp suferă toate cele trei tipuri de dilatare simultan, cu toate acestea, unul dintre ele este mai semnificativ decât celelalte, deoarece este mai privilegiat de forma corpului.
Exerciții de dilatare termică
O bară de fier lungă de 2,0 m al cărei coeficient de expansiune liniară este α = 1.2.10-5 ° C-1 este la temperatura camerei (25ºC). Acest corp este apoi expus la o sursă de căldură, atingând, la sfârșitul încălzirii sale, o temperatură de 100 ° C.
A determina:
a) extinderea suferită de bar.
b) lungimea finală a barei.
c) suprafața și coeficienții de expansiune volumetrică ai materialului din care este confecționată această bară.
Rezoluţie
a) Pentru a calcula expansiunea suferită de bară, trebuie să ne amintim că forma sa este liniară, deci aceasta este cea mai importantă formă de expansiune suferită de aceasta. Folosind formula de dilatație liniară, vom avea:
Conform rezultatului de mai sus, această bară va suferi o extindere de 1,8 mm în lungime.
b) Lungimea finală a barei poate fi găsită cu ușurință, deoarece știm deja expansiunea suferită de aceasta. Lungimea sa finală va fi 2.0018 m (2 metri și 1,8 mm)
c) Coeficienții de expansiune superficială și volumetrică sunt multipli ai coeficientului de expansiune liniară. Valorile lor sunt, respectiv, 2,4.10-5 ° C-1și 3,6.10-5 ° C-1.
De mine. Rafael Helerbrock
Determinați modulul coeficientului de expansiune a suprafeței unei grinzi de oțel omogene de 5,0 m lungime care, atunci când este încălzită la 50 ° C, are o expansiune liniară de 5,10-3 m.
Știind că un material solid și omogen are un coeficient de expansiune volumetric constant egal cu 1.2.10-5 ° C-1, determinați coeficientul de expansiune a suprafeței acestui material și verificați alternativa corectă:
