Rozšírenietermálny je to fyzikálny jav, ktorý vzniká zvýšením teploty tela. Keď je telo vystavené pôsobeniu nejakého zdroja teplo, váš teplota môže podliehať variáciám, zvyšujúcim miešanie molekúl, ktoré kmitajú okolo väčšieho priestoru.
Túto mikroskopickú zmenu vibrácií molekúl možno vnímať v makroskopickom meradle, ako keď zostane železná tyč o niečo väčšie v dôsledku zahrievania.
lineárna dilatácia
Rozšírenielineárny tuhých látok je fyzikálny jav, ktorý nastáva, keď lineárne tvarované telesá v pevnom stave, ako napríklad drôty, káble, ihly, tyče, rúrky, podliehajú zmenám teploty. Na výpočet veľkosti lineárnej dilatácie použijeme koeficientvrozšírenielineárny materiálu.
Príklady lineárnej tepelnej rozťažnosti
Deformácia vlakových koľají kvôli veľkej tepelnej amplitúde počas denných a nočných cyklov. Z tohto dôvodu sa používa kompenzátor, malý priestor medzi dvoma po sebe nasledujúcimi tyčami.
Medené drôty používané na prenos elektrického prúdu na póly sú vždy väčšie ako vzdialenosť medzi pólmi. Keby tomu tak nebolo, v chladných dňoch by tieto vodiče utrpeli negatívne zmeny v dĺžke a mohli by prasknúť
povrchová dilatácia
Rozšíreniepovrchné tuhých látok je zmena v oblasti telesa, ktoré je v tuhom stave v dôsledku zvýšenia jeho teploty. Od toho závisí výpočet povrchovej rozťažnosti pevnej látky koeficientvrozšíreniepovrchné.
Príklady povrchovej tepelnej rozťažnosti
Medzi doskami používanými v obytných podlahách a chodníkoch zostáva malý voľný priestor, ktorá je obsadená injektážnou maltou, pórovitým materiálom schopným absorbovať časť rozpínania, ktoré časti utrpeli keramika.
Je bežné, že mechanici vidia zahrievať maticu pripevnenú k skrutke, aby sa dala odstrániť, pretože zahrievanie spôsobuje roztiahnutie matice, čo uľahčuje jej odstránenie.
volumetrická dilatácia
volumetrická dilatáciaje to zväčšenie objemu tela zvýšením jeho teploty. Objemová expanzia sa počíta z koeficientvrozšírenievolumetrický tela.
Príklady objemovej tepelnej rozťažnosti
Skrutky používané v trupoch lietadiel môžu byť umiestnené pred veľmi nízkymi teplotami. Po závitovaní zvýšenie teploty skrutky rozšíri jej rozmery, takže je takmer nemožné ju neskôr odstrániť.
Súčiniteľ tepelnej rozťažnosti
Zatiaľ čo niektoré materiály musia pre svoju expanziu podstúpiť obrovské zmeny teploty viditeľné, iní musia mať svoju teplotu menenú o niekoľko stupňov, aby sa rozdiely v ich rozmery.
Fyzikálna vlastnosť, ktorá určuje ľahkosť alebo obtiažnosť materiálu so zmenami jeho rozmerov zmenami teploty, sa nazýva súčiniteľ tepelnej rozťažnosti.
So zvyšovaním teploty začnú molekuly tela obsadzovať väčší priestor.
Pozritiež: Kalorimetria
Každý materiál má svoj vlastný koeficient tepelnej rozťažnosti, ktorý môže byť troch odlišných typov: koeficient rozšírenielineárny, povrchné a volumetrický. Na výpočet rozpínania telesa používame iba jeden z týchto koeficientov určený podľa tvaru predstavovaného telesom.
Napriek tomu, že trpia povrchovou a objemovou dilatáciou, pretiahnuté telesá, ktoré majú lineárnu symetriu, ako napr káble a vodiče, sú vystavené zväčšeniu svojej dĺžky oveľa väčšej ako rozšíreniu svojej oblasti resp objem.
Koeficienty rozťažnosti lineárny, povrchné a volumetrický sú označené gréckymi písmenami α, βa γ, a jeho jednotka merania je ° C-1.
Účinok tepelnej rozťažnosti tuhých látok má veľký komerčný a technologický význam. Napríklad pozemné stavby používajú materiály, ktoré sú často vystavené veľkým a niekedy prudkým zmenám teploty. V takom prípade je nevyhnutné poznať koeficienty rozťažnosti každého materiálu použitého v občianskej výstavbe, aby sa zabránilo vzniku trhlín a iných štrukturálnych chýb.
Vzťah medzi koeficientmi rozťažnosti tuhých látok
Telá s rôznou symetriou vyrobené z rovnakého materiálu prechádzajú rôznymi formami rozpínania. Napríklad železná tyč prechádza lineárnou expanziou, zatiaľ čo doska z rovnakého materiálu podlieha povrchovej expanzii. Je to tak preto, lebo koeficient povrchovej rozťažnosti je dvojnásobný ako koeficient rozťažnosti lineárne, zatiaľ čo koeficient objemovej rozťažnosti je trikrát väčší ako koeficient rozťažnosti lineárny. Pozerať:
Teraz neprestávajte... Po reklame je toho viac;)
α – koeficient lineárnej rozťažnosti
β – koeficient povrchovej rozťažnosti
γ – koeficient objemovej rozťažnosti
Tepelná dilatácia v mostoch
Účinky tepelnej rozťažnosti sú obzvlášť dôležité v konštrukciách, ktoré nemôžu deformovať alebo prasknúť ich štruktúru, ako sú mosty. Preto sa pri tomto type konštrukcie používa niekoľko dilatačných škár.
Na nasledujúcom obrázku je znázornená dilatačná škára mosta. Pozerať:
Dilatačné škáry znižujú pravdepodobnosť prasknutia v dôsledku rozťažnosti betónu v mostoch.
Vzorce tepelnej rozťažnosti
Skontrolujte vzorce používané na výpočet lineárnych, povrchových a objemových rozšírení tuhých látok.
Vzorec lineárnej dilatácie
Vzorec lineárnej dilatácie je možné predstaviť dvoma spôsobmi: jedným na výpočet konečnej veľkosti tela a druhým na výpočet dĺžkovej zmeny, ktorá sa vyskytla počas rozšírenia:
Ľ - konečná dĺžka
Ľ0 - počiatočná dĺžka
ΔT - kolísanie teploty
ΔL - variácia dĺžky
Vzorec na dilatáciu povrchu
Rovnako ako vzorec lineárnej expanzie, aj vzorec povrchovej expanzie je možné zapísať dvoma rôznymi spôsobmi:
s - konečná plocha
s0 - počiatočná plocha
ΔT - kolísanie teploty
S - variácia oblasti
Vzorec objemovej expanzie
Nakoniec máme výrazy, ktoré nám umožňujú vypočítať konečný objem telesa alebo jeho objemovú variáciu:
V. - Konečný zväzok
V.0 - počiatočný objem
ΔT - kolísanie teploty
ΔV - objemová variácia
Zhrnutie
Keď sa pevná látka zahreje, jej molekuly začnú vibrovať širšie a zaberajú viac miesta. V závislosti od koeficientu ohrevu a rozťažnosti materiálu je možné účinok pozorovať voľným okom.
Koeficienty povrchovej a objemovej rozťažnosti toho istého homogénneho materiálu (vyrobené z jednej látky) sú dvojnásobkom a trojnásobkom koeficientu lineárnej rozťažnosti.
Každé telo podstúpi všetky tri typy rozšírenia súčasne, avšak jeden z nich je významnejší ako ostatné, pretože je viac uprednostňovaný tvarom tela.
Cvičenie na tepelnú rozťažnosť
2,0 m dlhá železná tyč, ktorej koeficient lineárnej rozťažnosti je α = 1,2.10-5 ° C-1 má izbovú teplotu (25 ° C). Toto teleso je potom vystavené zdroju tepla a na konci jeho ohrevu dosiahne teplotu 100 ° C.
Určiť:
a) expanzia, ktorú utrpel bar.
b) konečná dĺžka tyče.
c) koeficienty povrchovej a objemovej rozťažnosti materiálu, z ktorého je táto tyč vyrobená.
Rozhodnutie
a) Aby sme mohli vypočítať rozťažnosť, ktorú tyč utrpí, je potrebné pamätať na to, že jej tvar je lineárny, takže toto je najdôležitejšia forma rozťažnosti, ktorá ňou trpela. Pomocou vzorca lineárnej dilatácie budeme mať:
Podľa vyššie uvedeného výsledku by táto tyč prešla expanziou svojej dĺžky o 1,8 mm.
b) Konečnú dĺžku lišty je možné ľahko zistiť, pretože už vieme, akú dilatáciu utrpel. Jeho konečná dĺžka bude 2,0018 m (2 metre a 1,8 mm)
c) Koeficienty povrchovej a objemovej rozťažnosti sú násobkami koeficientu lineárnej rozťažnosti. Ich hodnoty sú 2,4.10-5 ° C-1a 3,6.10-5 ° C-1.
Podľa mňa.Rafael Helerbrock
Určte modul koeficientu povrchovej rozťažnosti 5,0 m dlhého homogénneho oceľového nosníka, ktorý má po zahriatí na 50 ° C lineárnu rozťažnosť 5,10-3 m.
Vedieť, že pevný a homogénny materiál má konštantný volumetrický koeficient rozťažnosti rovný 1,2.10-5 ° C-1, stanovte koeficient povrchovej rozťažnosti tohto materiálu a skontrolujte správnu alternatívu:
