Vy kvapaliny môže trpieť tepelná rozťažnosť, rovnako ako tuhé látky, keď sa zahrejú. K expanzii tekutín dochádza pri ich teplote zvyšuje, takže jeho molekuly sú viac rozrušené. Na určenie rozšírenia objemu kvapaliny musíme poznať jej koeficient objemovej rozťažnosti, ale aj rozšírenie, ktoré utrpel kontajner ktorá obsahuje túto tekutinu.
Dilatácia, ktorú utrpia tekutiny, sa nazýva volumetrická dilatácia. Pri tomto type rozšírenia všetky rozmery tela alebo tekutina, podobne ako kvapaliny a plyny, podliehajú významnému zvýšeniu v reakcii na zvýšenie teploty. Tento jav vzniká z dôvodu tepelného miešania molekúl tela: čím vyššia je teplota, tým väčšia je amplitúda miešania týchto molekúl, ktoré sa začnú pohybovať vo väčšom priestore.
Pozritiež: Základné koncepcie hydrostatiky
Vzorec objemovej expanzie
Volumetrickú expanziu kvapaliny môžeme vypočítať pomocou nasledujúceho vzorca:
ΔV - objemová zmena (m³)
V.0- počiatočný objem (m³)
γ - koeficient objemovej rozťažnosti (° C-1)
ΔT - kolísanie teploty (° C)
Vyššie uvedený vzorec možno použiť na výpočet zväčšenia objemu (ΔV) kvapaliny v dôsledku zmeny jej teploty (ΔT). Pri niektorých algebraických manipuláciách je možné napísať rovnaký vzorec ako vyššie vo formáte, ktorý nám umožňuje priamo vypočítať konečný objem kvapaliny po jej zahriatí, pozri:
V. - konečný objem kvapaliny
Upozorňujeme, že v obidvoch vzorcoch je potrebné vedieť, koľko je konštanta γ, známy ako koeficient objemovej rozťažnosti. Táto veľkosť, meraná v ° C-1(Znie: 1 na stupňoch Celzia), dáva nám údaj o tom, aké veľké je rozpínanie sa nejakej látky pri každom zmene teploty o 1 ° C.
Koeficient objemovej rozťažnosti
Koeficient objemovej rozťažnosti je a fyzické vlastníctvo ktorá meria, aká veľká je zmena objemu tela pre danú zmenu jeho teploty. Toto množstvo nie je konštantné a jeho hodnotu možno považovať za konštantnú iba v niektorých teplotných rozsahoch. Pozrite sa na niektoré typické hodnoty koeficientov rozťažnosti niektorých látok v kvapalnom skupenstve pri teplote 20 ° C:
Látka |
Koeficient objemovej rozťažnosti (° C-1) |
Voda |
1,3.10-4 |
Ortuť |
1,8.10-4 |
Etylalkohol |
11,2.10-4 |
Acetón |
14,9.10-4 |
Glycerín |
4,9.10-4 |
Ako je uvedené vyššie, koeficient objemovej rozťažnosti má závislosť s teplota, to znamená, že váš modul môže počas zahrievania alebo ochladzovania kolísať. Preto na vykonávanie výpočtov používame koeficienty rozťažnosti v teplotných rozsahoch, kde graf V x T má formát lineárny. Pozerať:
Medzi teplotami T1 a T2, koeficient rozťažnosti je konštantný.
Zrejmé rozšírenie tekutín
Zjavná expanzia kvapalín je určená objemom kvapaliny, ktorý je preplnený ak je nádoba úplne plná tejto kvapaliny zahriaty. Ak však dôjde v nádobe k objemovým zmenám, ktoré sa rovnajú objemovým zmenám, ktorým kvapalina čelí, nemala by tekutina pretekať.
Objem pretečenej kvapaliny na obrázku zodpovedá zjavnej expanzii.
Zdanlivé dilatačné vzorce
Na výpočet objemu kvapaliny, ktorá vyteká z fľaše, musíme použiť vzorec na zjavné rozšírenie, poznámka:
ΔVap - zjavná dilatácia (m³)
V.0 — počiatočný objem kvapaliny (m³)
γap - zdanlivý koeficient objemovej rozťažnosti (° C-1)
ΔT - kolísanie teploty (° C)
Vo vyššie uvedenom vzorci ΔVap zodpovedá objemu pretečenej kvapaliny, zatiaľ čo γap je zrejmý koeficient rozťažnosti. Aby sme vedeli, ako vypočítať koeficient zdanlivej rozťažnosti, musíme brať do úvahy rozťažnosť banky (ΔVF), ktorý obsahoval tekutinu. Použijeme na to nasledujúci vzorec:
ΔVF - rozšírenie fľaše (m³)
V.0- počiatočný objem fľaše (m³)
γF - koeficient objemovej rozťažnosti banky (° C-1)
ΔT - kolísanie teploty (° C)
V predchádzajúcom výraze γF - označuje koeficient objemovej rozťažnosti nádoby obsahujúcej kvapalinu a - ΔVF meria, aké bolo rozšírenie tejto fľaše. Skutočná expanzia, ktorú tekutina utrpela (ΔVR) možno vypočítať ako súčet zdanlivej dilatácie s dilatáciou liekovky, poznámka:
ΔVR—Skutočné rozšírenie tekutín
ΔVap - zjavné rozšírenie tekutiny
ΔVR - skutočná dilatácia liekovky
Po niektorých algebraických manipuláciách s predloženými vzorcami je možné dosiahnuť nasledujúci výsledok:
γ - skutočný koeficient rozťažnosti kvapaliny (° C-1)
γF - koeficient objemovej rozťažnosti banky (° C-1)
γap - zdanlivý koeficient objemovej rozťažnosti (° C-1)
Vyššie uvedený vzťah naznačuje, že skutočný koeficient rozťažnosti kvapaliny možno zistiť pomocou súčet medzi zjavné dilatačné koeficienty to je koeficient expanzie banky.
anomálne rozšírenie vody
Voda má a anomálne správanie pokiaľ ide o tepelnú rozťažnosť medzi teplotami 0 ° C a 4 ° C, rozumej: ohrev vody z 0 ° C na 4 ° C, tvoj objem klesá, namiesto zvyšovania. Z tohto dôvodu v kvapalnom stave hustota vody má tvoje najvyššia hodnota pre teplotu 4 ° C. Nasledujúce grafy pomáhajú pochopiť správanie hustoty a objemu vody ako funkciu jej teploty, poznámka:
Pri teplote 4 ° C je hustota vody najvyššia.
V dôsledku tohto správania praskli nealkoholické nápoje alebo fľaše s vodou, keď zostali príliš dlho v mrazničke. Keď voda dosiahne teplotu 4 ° C, jeho objem je minimálne obsadený kvapalnou vodou, ak bude chladenie pokračovať, namiesto zníženia sa objem vody zvýši. keď voda dosiahne 0 ° C, objem vody sa výrazne zvýši, zatiaľ čo jej nádoba zníži svoje vlastné merania, čo spôsobí jej prestávka.
Fľaše naplnené vodou, ktoré idú do mrazničky, sa môžu prasknúť, keď dosiahnu 0 ° C.
Ďalším dôsledkom tohto anomálneho správania vody je žiadne zamŕzanie dna riek vo veľmi chladných oblastiach. Keď teplota vody stúpne na 0 ° C, jej hustota klesá a potom studená voda stúpa kvôli vztlak. Keď stúpa, studená voda zamŕza a vytvára nad riekami vrstvu ľadu. pretože ľad je dobrý tepelný izolátor, zostáva dno riek približne na 4 ° C, pretože pri tejto teplote je jej hustota maximálna a má tendenciu zostať na dne riek.
Dôvod anomálneho správania vody má molekulárny pôvod: medzi 0 ° C a 4 ° C, elektrická príťažlivosť medzi molekuly vody prekonávajú tepelné miešanie v dôsledku existencie vodíkových väzieb prítomných medzi molekulami vody. Voda.
Pozritiež: Ako dochádza k anomálnej expanzii vody?
vyriešené cviky
1) Určte objemový koeficient rozťažnosti 1 m³ časti kvapaliny, ktorá pri zahriatí z 25 ° C na 225 ° C prechádza expanziou 0,05 m³.
Rozhodnutie:
Vypočítajme koeficient rozťažnosti príslušnej kvapaliny pomocou vzorca objemovej rozťažnosti:
Použitím údajov poskytnutých výkazom na predchádzajúci vzorec vykonáme nasledujúci výpočet:
2) Sklenená banka, ktorej objemový koeficient rozťažnosti je 27,10-6 ° C-1, má tepelnú kapacitu 1 000 ml, pri teplote 20 ° C a je úplne naplnený neznámou tekutinou. Keď zohrejeme súpravu na 120 ° C, vytečie z nádoby 50 ml kvapaliny. Určte zdanlivé koeficienty rozťažnosti; skutočný koeficient rozťažnosti kvapaliny; a rozšírenie, ktoré utrpela sklenená injekčná liekovka.
Rozhodnutie:
Vypočítajme koeficient zdanlivej expanzie, na ktorý použijeme nasledujúci vzorec:
Pomocou údajov o cvičení urobíme nasledujúci výpočet:
Ďalej vypočítame skutočný koeficient rozťažnosti kvapaliny. Aby sme to mohli urobiť, musíme vypočítať, akú dilatáciu utrpela sklenená fľaša:
Pri nahradení údajov poskytnutých výkazom cvičení musíme vyriešiť nasledujúci výpočet:
Pomocou vyššie uvedeného výpočtu sme určili, aká bola expanzia sklenej banky. Aby ste teda zistili skutočnú expanziu kvapaliny, stačí pridať objem zjavnej dilatácie k objemu dilatácie banky:
Výsledok získaný v odpovedi vyššie naznačuje, že kvapalina vo vnútri injekčnej liekovky podstúpila skutočnú expanziu 52,7 ml. Na záver si spočítajme skutočný koeficient expanzie kvapaliny:
Pomocou vyššie uvedeného vzorca vypočítame skutočný koeficient rozťažnosti vody rovný:
Preto je koeficient tepelnej rozťažnosti tejto kvapaliny 5,27.10-4 ° C-1.
Podľa mňa. Rafael Helerbrock
Zdroj: Brazílska škola - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/dilatacao-liquidos.htm