Tu lichide poate suferi dilatarea termică, precum și solidele, atunci când sunt încălzite. Expansiunea lichidelor are loc atunci când temperatura acestora crește, astfel încât moleculele sale să fie mai agitate. Pentru a determina dilatarea volumului unui lichid, trebuie să-l cunoaștem coeficient de expansiune volumetrică, dar și dilatarea suferită de container care conține acest lichid.
Se numește dilatația suferită de lichide dilatare volumetrică. În acest tip de dilatare, toate dimensiunile unui corp sau fluidla fel ca lichidele și gazele, suferă creșteri semnificative ca răspuns la o creștere a temperaturii. Acest fenomen apare din cauza agitației termice a moleculelor corpului: cu cât temperatura este mai mare, cu atât este mai mare amplitudinea agitației acestor molecule, care încep să se miște într-un spațiu mai mare.
Uitede asemenea: Concepte de bază ale hidrostaticii
Formula de expansiune volumetrică
Putem calcula expansiunea volumetrică suferită de un lichid folosind următoarea formulă:
ΔV - variația volumului (m³)
V0- volumul inițial (m³)
γ - coeficient de expansiune volumetric (° C-1)
ΔT - variația temperaturii (° C)
Formula prezentată mai sus poate fi utilizată pentru a calcula creșterea volumului (ΔV) a unui lichid datorită variației temperaturii sale (ΔT). Cu unele manipulări algebrice, este posibil să scriem aceeași formulă ca mai sus într-un format care ne permite să calculăm direct volumul final al unui lichid după încălzirea acestuia, vezi:
V - volumul lichidului final
Rețineți că, în ambele formule, este necesar să știți cât de mult constantă γ, cunoscut ca coeficient de expansiune volumetrică. Această magnitudine, măsurată în ºC-1(Se citește: 1 pe grade Celsius), ne oferă cât de mare este expansiunea unei substanțe, pentru fiecare 1 ° C de modificare a temperaturii sale.
Coeficient de expansiune volumetrică
Coeficientul de expansiune volumetrică este a proprietate fizică care măsoară cât de mare este schimbarea volumului unui corp pentru o modificare dată a temperaturii sale. Această cantitate nu este constantă, iar valoarea sa poate fi considerată constantă doar pentru anumite intervale de temperatură. Verificați câteva valori tipice a coeficienților de expansiune a unor substanțe în stare lichidă, la o temperatură de 20 ° C:
Substanţă |
Coeficient de expansiune volumetric (° C-1) |
Apă |
1,3.10-4 |
Mercur |
1,8.10-4 |
Alcool etilic |
11,2.10-4 |
Acetonă |
14,9.10-4 |
Glicerină |
4,9.10-4 |
După cum sa menționat mai sus, coeficientul de expansiune volumetrică are dependenţă cu temperatura, adică modulul dvs. poate fluctua în timpul încălzirii sau răcirii. Prin urmare, pentru a face calculele, folosim coeficienții de expansiune care se încadrează în intervalele de temperatură, unde graficul lui V x T are formatul liniar. Ceas:
Între temperaturi T1 Si t2, coeficientul de expansiune este constant.
Dilatarea aparentă a lichidelor
Expansiunea aparentă a lichidelor este determinată de volumul de lichid care este debordat dacă un recipient complet plin de acest lichid este încălzit. Cu toate acestea, dacă recipientul prezintă o variație de volum egală cu variația volumetrică suferită de lichid, niciun lichid nu trebuie să se revărseze.
Volumul de lichid revărsat în figură corespunde expansiunii aparente.
Formule aparente de dilatare
Pentru a calcula volumul de lichid care revarsă din sticlă, trebuie să folosim formula pentru dilatarea aparentă, rețineți:
ΔVap - dilatare aparentă (m³)
V0 — volumul inițial de lichid (m³)
γap - coeficientul de expansiune volumetric aparent (° C-1)
ΔT - variația temperaturii (° C)
În formula de mai sus, ΔVap corespunde volumului de lichid debordat, în timp ce γap este coeficientul de expansiune aparent. Pentru a ști cum să calculăm coeficientul de expansiune aparent, trebuie să ținem cont de expansiunea suferită de balon (ΔVF) care conținea lichidul. Pentru a face acest lucru, vom folosi următoarea formulă:
ΔVF - expansiunea sticlei (m³)
V0- volumul inițial al sticlei (m³)
γF - coeficientul de expansiune volumetrică a balonului (° C-1)
ΔT - variația temperaturii (° C)
În expresia anterioară, γF - se referă la coeficientul de expansiune volumetrică a recipientului care conține lichidul și ΔVF măsoară care a fost dilatarea sticlei respective. Astfel, expansiunea efectivă suferită de lichid (ΔVR) poate fi calculat ca suma dilatației aparente cu dilatarea flaconului, rețineți:
ΔVR—Dilatarea lichidă actuală
ΔVap - dilatare lichidă aparentă
ΔVR - dilatarea efectivă a fiolei
După unele manipulări algebrice cu formulele prezentate, este posibil să se ajungă la următorul rezultat:
γ - coeficient de expansiune lichid real (° C-1)
γF - coeficientul de expansiune volumetrică a balonului (° C-1)
γap - coeficientul de expansiune volumetric aparent (° C-1)
Relația de mai sus indică faptul că coeficientul de expansiune real al lichidului poate fi găsit folosind sumă între coeficienții de dilatație aparenți este coeficient de expansiune a balonului.
dilatarea anormală a apei
Apa are o comportament anormal în ceea ce privește expansiunea termică între temperaturile de 0 ° C și 4 ° C, înțelegeți: încălzirea apei de la 0 ° C la 4 ° C, dvs. volumul scade, în loc să crească. Din acest motiv, în stare lichidă densitate a apei are ta cea mai mare valoare pentru temperatura de 4 ° C. Graficele de mai jos ajută la înțelegerea comportamentului densității și volumului apei în funcție de temperatura acesteia, rețineți:
La o temperatură de 4 ° C, densitatea apei este cea mai mare.
Ca urmare a acestui comportament, băuturile răcoritoare sau sticlele de apă izbucnesc atunci când sunt lăsate prea mult timp în congelator. Când apa atinge temperatura de 4 ° C, volumul său este ocupat minim de apă lichidă, dacă răcirea continuă, volumul de apă va crește în loc să scadă. când ajunge apa 0 ° C, volumul de apă va fi crescut foarte mult, în timp ce recipientul său își va reduce propriile măsurători, provocând pauză.
Sticlele umplute cu apă care merg la congelator pot exploda atunci când ajung la 0 ° C.
O altă consecință a acestui comportament anormal al apei este fără înghețarea fundurilor râurilor în regiunile foarte reci. Când temperatura apei se apropie de 0 ° C, densitatea acesteia scade, iar apoi apa rece crește, din cauza Plutire. Pe măsură ce urcă, apa rece îngheață, formând un strat de gheață peste râuri. ca gheața este un bun izolator termic, fundul râurilor rămâne la aproximativ 4 ° C, deoarece, la această temperatură, densitatea sa este maximă și tinde să rămână la fundul râurilor.
Motivul din spatele comportamentului anormal al apei are o origine moleculară: între 0 ° C și 4 ° C, atracția electrică dintre moleculele de apă depășesc agitația termică, datorită existenței legăturilor de hidrogen prezente între moleculele de apă. Apă.
Uitede asemenea: Cum are loc expansiunea anormală a apei?
exerciții rezolvate
1) Determinați coeficientul de expansiune volumetrică a unei porțiuni de 1 m³ de lichid care suferă o expansiune de 0,05 m³ atunci când este încălzită de la 25 ° C la 225 ° C.
Rezoluţie:
Să calculăm coeficientul de expansiune al lichidului în cauză folosind formula de expansiune volumetrică:
Aplicând datele furnizate de declarație la formula anterioară, vom face următorul calcul:
2) Un balon de sticlă, al cărui coeficient de expansiune volumetrică este de 27,10-6 ° C-1, are o capacitate termică de 1000 ml, la o temperatură de 20 ° C și este complet umplut cu un lichid necunoscut. Când încălzim setul la 120 ° C, 50 ml de lichid se revarsă din recipient. Determinați coeficienții de expansiune aparenți; coeficientul de expansiune real al lichidului; iar dilatarea suferită de flaconul de sticlă.
Rezoluţie:
Să calculăm coeficientul de expansiune aparent, pentru asta vom folosi următoarea formulă:
Folosind datele exercițiului, vom face următorul calcul:
Apoi, vom calcula coeficientul de expansiune real al lichidului. Pentru a face acest lucru, trebuie să calculăm care a fost expansiunea suferită de sticla de sticlă:
Înlocuind datele furnizate de declarația de exercițiu, trebuie să rezolvăm următorul calcul:
Cu calculul de mai sus, am determinat care a fost expansiunea suferită de balonul de sticlă. Astfel, pentru a găsi expansiunea reală a lichidului, trebuie doar să adăugați volumul dilatației aparente la volumul dilatației balonului:
Rezultatul obținut în răspunsul de mai sus indică faptul că lichidul din sticlă a suferit o expansiune reală de 52,7 ml. În cele din urmă, să calculăm coeficientul de expansiune real al lichidului:
Folosind formula de mai sus, calculăm coeficientul de expansiune real al apei egal cu:
Prin urmare, coeficientul de expansiune termică a acestui lichid este de 5.27.10-4 ° C-1.
De mine. Rafael Helerbrock
Sursă: Școala din Brazilia - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/dilatacao-liquidos.htm
