Когда в теле наблюдается увеличение температура, составляющие его молекулы получают энергию и возбуждаются, вызывая увеличение размеров объекта. Это явление известно как термическое расширение. Точно так же, когда тело охлаждается, его энергия уменьшается, как и молекулярное возбуждение, вызывая уменьшение его размеров, что известно как сокращение термический.
THE термическое расширение можно классифицировать тремя способами: линейный, мелкий а также объемный.
линейное тепловое расширение
когда изменение температуры тела, чтобы изменить расстояние между двумя точками, линейное тепловое расширение, который может быть изменением длины стержня, радиуса сферы, диагонали куба или квадрата, среди прочего.
В качестве примера рассмотрим железный пруток длиной L0 с начальной температурой Tя. Повышая температуру до Tж , длина будет увеличена до L. Посмотрите на картинку:
Диаграмма, показывающая линейное тепловое расширение, вызванное повышением температуры
Изменение температуры (ΔT) - это разница между конечной и начальной температурой:
ΔT = Tж - Тя
Линейное тепловое расширение (ΔL), вызванное этим изменением температуры, представляет собой разницу между конечной длиной L и начальной длиной L0:
Δ L = L - L0
Это расширение, которое испытывает стержень, пропорционально изменению температуры и начальной длине стержня, поэтому его также можно рассчитать с помощью Закон линейного теплового расширения по формуле:
Δ L = α. L0. Δ T
Константа пропорциональности α называется коэффициент линейного теплового расширения материала, из которого состоит стержень. Единицей измерения является обратный градус Цельсия, обозначаемый как ºC. -1. Эта величина принимает разные значения для каждого типа материала, представляя линейное тепловое расширение для каждой единицы длины и для каждой единицы изменения температуры.
В следующей таблице приведены значения коэффициента линейного теплового расширения некоторых веществ:
Вещество |
Коэффициент (10-6 ° C -1) |
Вести |
27 |
Алюминий |
25 |
Серебро |
20 |
Кремний |
2,6 |
Стали |
14 |
Золото |
15 |
Графическое представление линейного теплового расширения
Мы можем получить линейное тепловое расширение из графика зависимости длины от температуры:
График зависимости длины от температуры линейного теплового расширения
Мы можем связать угол φ с Законом линейного теплового расширения, поскольку:
Δ L = α. L0. Δ T
а также
ΔL = α. L0
Δ T
будучи угловой коэффициент прямой который представляет собой изменение длины в зависимости от температуры, он определяется как:
tg φ = ΔL
Δ T
скоро:
tg φ = α. L0
Линия не может проходить через точку 0, так как начальная длина не может быть равна нулю.
Одно из последствий линейного теплового расширения можно увидеть в инженерных работах, например, в компенсационных швах (цифра в названии), которые существуют на железнодорожных путях или тротуарах. Это просто небольшое пустое пространство, оставшееся в частях конструкции для расширения, вызванного колебания температуры, например, в случае пожара или даже естественные колебания, не повреждают структуру здания. Если бы этих компенсаторов не было, любое повышение температуры могло бы вызвать изгиб или поломку бетона или оборудования.
Мариан Мендес
Закончил факультет физики
Источник: Бразильская школа - https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-dilatacao-termica-linear.htm