Ты жидкости может пострадать термическое расширение, а также твердые частицы при нагревании. Расширение жидкостей происходит при их температуре увеличивается, так что его молекулы более взволнованы. Чтобы определить расширение объема жидкости, нам нужно знать ее коэффициент объемного расширения, но также и расширение, вызванное контейнер который содержит эту жидкость.
Расширение, вызванное жидкостями, называется объемное расширение. При этом типе расширения все размеры тела или жидкость, подобно жидкостям и газам, подвергаются значительному увеличению в ответ на повышение температуры. Это явление возникает из-за теплового возбуждения молекул тела: чем выше температура, тем больше амплитуда колебаний этих молекул, которые начинают двигаться в большем пространстве.
Посмотритетакже: Основные понятия гидростатики
Формула объемного расширения
Мы можем рассчитать объемное расширение жидкости, используя следующую формулу:
ΔV - изменение объема (м³)
V0- начальный объем (м³)
γ - коэффициент объемного расширения (° C-1)
ΔT - изменение температуры (° C)
Приведенную выше формулу можно использовать для расчета увеличения объема (ΔV) жидкости из-за изменения ее температуры (ΔT). С помощью некоторых алгебраических манипуляций можно написать ту же формулу, что и выше, в формате, который позволяет нам напрямую рассчитать конечный объем жидкости после ее нагревания, см.:
V - конечный объем жидкости
Обратите внимание, что в обеих формулах необходимо знать, сколько постоянная γ, известный как коэффициент объемного расширения. Эта величина, измеряемая в градусах Цельсия.-1(Он гласит: 1 по градусам Цельсия), он показывает, насколько велико расширение некоторого вещества на каждый 1 ° C изменения его температуры.
Коэффициент объемного расширения
Коэффициент объемного расширения равен физическая собственность который измеряет, насколько велико изменение объема тела при заданном изменении его температуры. Эта величина непостоянна, и ее значение можно считать постоянным только для некоторых диапазонов температур. Проверить некоторые типичные значения коэффициентов расширения некоторых веществ в жидком состоянии при температуре 20 ° C:
Вещество |
Коэффициент объемного расширения (° C-1) |
Воды |
1,3.10-4 |
Меркурий |
1,8.10-4 |
Этиловый спирт |
11,2.10-4 |
Ацетон |
14,9.10-4 |
Глицерин |
4,9.10-4 |
Как указано выше, коэффициент объемного расширения имеет зависимость с температура, то есть ваш модуль может колебаться во время прогрева или охлаждения. Поэтому для проведения расчетов мы используем коэффициенты расширения, которые находятся в пределах температурных диапазонов, где график V x T имеет формат линейный. Смотреть:
Между температурами T1 и т2, коэффициент расширения постоянен.
Видимое расширение жидкостей
Кажущееся расширение жидкости определяется ее объемом. переполнен если контейнер, полностью заполненный этой жидкостью, нагретый. Однако, если контейнер испытывает изменение объема, равное изменению объема жидкости, жидкость не должна перетекать.
Объем переливаемой жидкости на рисунке соответствует кажущемуся расширению.
Формулы видимого расширения
Чтобы рассчитать объем жидкости, которая переливается из бутылки, мы должны использовать формулу для кажущегося расширения, обратите внимание:
ΔVap - кажущееся расширение (м³)
V0 — начальный объем жидкости (м³)
γap - кажущийся объемный коэффициент расширения (° C-1)
ΔT - изменение температуры (° C)
В приведенной выше формуле ΔVap соответствует объему переливаемой жидкости, а γap - кажущийся коэффициент расширения. Чтобы узнать, как рассчитать кажущийся коэффициент расширения, мы должны принять во внимание расширение, которое испытывает колба (ΔVF), который содержал жидкость. Для этого воспользуемся следующей формулой:
ΔVF - расширение баллона (м³)
V0- начальный объем бутылки (м³)
γF - коэффициент объемного расширения колбы (° C-1)
ΔT - изменение температуры (° C)
В предыдущем выражении γF относится к коэффициенту объемного расширения емкости, содержащей жидкость, и ΔVF измеряет расширение той бутылки. Таким образом, фактическое расширение жидкости (ΔVр) можно рассчитать как сумму видимого расширения с расширением флакона, обратите внимание:
ΔVр- фактическое расширение жидкости
ΔVap - очевидное расширение жидкости
ΔVр - фактическое расширение флакона
После некоторых алгебраических манипуляций с приведенными формулами можно получить следующий результат:
γ - реальный коэффициент расширения жидкости (° C-1)
γF - коэффициент объемного расширения колбы (° C-1)
γap - кажущийся объемный коэффициент расширения (° C-1)
Вышеупомянутое соотношение указывает на то, что фактический коэффициент расширения жидкости можно найти с помощью сумма между кажущиеся коэффициенты расширения это коэффициент расширения колбы.
аномальное расширение воды
Вода имеет аномальное поведение относительно теплового расширения между температурами 0 ° C и 4 ° C, поймите: нагревая воду с 0 ° C до 4 ° C, ваш объем уменьшаетсявместо увеличения. По этой причине в жидком состоянии плотность воды имеет ваш высшее значение для температуры 4 ° C. Графики ниже помогают понять поведение плотности и объема воды в зависимости от ее температуры, обратите внимание:
При температуре 4 ° C плотность воды самая высокая.
В результате такого поведения безалкогольные напитки или бутылки с водой лопаются, если их слишком долго оставлять в морозильной камере. Когда вода достигает температуры 4 ° C, его объем минимально занят жидкой водой, при продолжении охлаждения объем воды будет увеличиваться, а не уменьшаться. когда вода достигает 0 ° C, объем воды значительно увеличится, в то время как его емкость уменьшит свои собственные размеры, в результате чего ее перерыв.
Бутылки с водой, идущие в морозильную камеру, могут лопнуть при температуре 0 ° C.
Еще одно следствие такого аномального поведения воды - это отсутствие промерзания дна рек в очень холодных регионах. Когда температура воды приближается к 0 ºC, ее плотность уменьшается, а затем холодная вода поднимается из-за плавучесть. По мере подъема холодная вода замерзает, образуя слой льда над реками. как лед хорош теплоизолятор, дно рек остается примерно при 4 ºC, потому что при этой температуре его плотность максимальна и имеет тенденцию оставаться на дне рек.
Причина аномального поведения воды имеет молекулярное происхождение: между 0 ° C и 4 ° C электрическое притяжение между Молекулы воды преодолевают тепловое возбуждение из-за наличия водородных связей между молекулами воды. Воды.
Посмотритетакже: Как происходит аномальное расширение воды?
решенные упражнения
1) Определите объемный коэффициент расширения порции жидкости объемом 1 м³, которая подвергается расширению на 0,05 м³ при нагревании от 25 ° C до 225 ° C.
Разрешение:
Рассчитаем коэффициент расширения рассматриваемой жидкости по формуле объемного расширения:
Применяя данные, указанные в утверждении, к предыдущей формуле, мы произведем следующий расчет:
2) Стеклянная колба с коэффициентом объемного расширения 27,10-6 ° C-1, имеет теплоемкость 1000 мл, при температуре 20 ºC и полностью заполнен неизвестной жидкостью. Когда мы нагреваем установку до 120 ºC, из емкости выливается 50 мл жидкости. Определите кажущиеся коэффициенты расширения; фактический коэффициент расширения жидкости; и расширение, вызванное стеклянной пробиркой.
разрешение:
Давайте рассчитаем коэффициент кажущегося расширения, для этого воспользуемся следующей формулой:
Используя данные упражнения, сделаем следующий расчет:
Далее мы рассчитаем фактический коэффициент расширения жидкости. Для этого нам нужно вычислить, какое расширение претерпела стеклянная бутылка:
Заменив данные, предоставленные отчетом об упражнении, мы должны решить следующий расчет:
С помощью приведенных выше расчетов мы определили, какое расширение претерпела стеклянная колба. Таким образом, чтобы найти реальное расширение жидкости, просто прибавьте объем видимого расширения к объему расширения колбы:
Результат, полученный в ответе выше, показывает, что жидкость внутри бутылки подверглась фактическому расширению на 52,7 мл. Наконец, давайте посчитаем реальный коэффициент расширения жидкости:
Используя приведенную выше формулу, мы вычисляем реальный коэффициент расширения воды, равный:
Следовательно, коэффициент теплового расширения этой жидкости равен 5,27,10.-4 ° C-1.
Автор: Рафаэль Хелерброк
Источник: Бразильская школа - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/dilatacao-liquidos.htm
