Keď má telo prírastok teplota, molekuly, ktoré ju tvoria, prijímajú energiu a miešajú sa, čo spôsobuje zväčšenie rozmerov objektu. Tento jav je známy ako tepelná rozťažnosť. Podobne, keď je telo ochladené, jeho energia klesá, a teda aj molekulárny rozruch, čo spôsobuje zmenšenie jeho rozmerov, ktoré je známe ako kontrakcie termálny.
THE tepelná rozťažnosť možno klasifikovať tromi spôsobmi: lineárny, povrchné a volumetrický.
lineárna tepelná dilatácia
keď kolísanie teploty telesa zmeniť vzdialenosť medzi dvoma bodmi, lineárna tepelná rozťažnosť, čo môže byť okrem iného zmena v dĺžke tyče, polomeru gule, uhlopriečke kocky alebo štvorca.
Ako príklad zvážte železnú tyč dĺžky L0 s počiatočnou teplotou Ti. Zvýšením teploty na Tf , dĺžka sa zvýši na L. Pozri sa na obrázok:
Diagram znázorňujúci lineárnu tepelnú rozťažnosť spôsobenú nárastom teploty
Kolísanie teploty (ΔT) je rozdiel medzi konečnou a počiatočnou teplotou:
ΔT = Tf - Ti
Lineárna tepelná rozťažnosť (ΔL) produkovaná touto teplotnou variáciou je rozdielom medzi konečnou dĺžkou L a počiatočnou dĺžkou L0:
Δ L = L - L0
Toto roztiahnutie tyče je úmerné teplotným zmenám a počiatočnej dĺžke tyče, takže sa dá vypočítať aj pomocou Zákon lineárnej tepelnej dilatácie podľa vzorca:
Δ L = α. Ľ0. Δ T
Konstanta proporcionality α sa nazýva koeficient lineárnej tepelnej rozťažnosti materiálu, z ktorého sa vyrába tyčinka. Jeho mernou jednotkou je recipročný stupeň Celzia, ktorý predstavuje ° C -1. Toto množstvo predpokladá pre každý typ materiálu inú hodnotu, ktorá predstavuje lineárnu tepelnú rozťažnosť pre každú jednotku dĺžky a pre každú jednotku zmeny teploty.
V nasledujúcej tabuľke sú uvedené hodnoty koeficientu lineárnej tepelnej rozťažnosti niektorých látok:
Látka |
Koeficient (10-6 ° C -1) |
Viesť |
27 |
Hliník |
25 |
Striebro |
20 |
Kremík |
2,6 |
Oceľ |
14 |
Zlato |
15 |
Grafické znázornenie lineárnej tepelnej rozťažnosti
Lineárnu tepelnú rozťažnosť môžeme získať z grafu závislosti dĺžky od teploty:
Graf dĺžky a teploty lineárnej tepelnej rozťažnosti
Uhol φ môžeme dať do súvislosti so zákonom lineárnej tepelnej rozťažnosti, pretože:
Δ L = α. Ľ0. Δ T
a
ΔĽ = α. Ľ0
Δ T
byť uhlový koeficient priamky ktorá predstavuje zmenu dĺžky s teplotou, je daná vzťahom:
tg φ = ΔĽ
Δ T
čoskoro:
tg φ = α. Ľ0
Čiara nemôže prechádzať bodom 0, pretože počiatočná dĺžka sa nemôže rovnať nule.
Jeden z dôsledkov lineárnej tepelnej rozťažnosti možno vidieť v inžinierskych stavbách, napríklad dilatačné škáry (obrázok v nadpise), ktoré existujú na železničných tratiach alebo chodníkoch. Sú to jednoducho malé prázdne miesta, ktoré zostali v častiach konštrukcie na zväčšenie spôsobené teplotné zmeny, napríklad v prípade požiaru, alebo dokonca prirodzené zmeny, nepoškodzujú štruktúru budov. Ak by tieto dilatačné škáry neexistovali, mohlo by akékoľvek zvýšenie teploty spôsobiť ohnutie alebo zlomenie betónu alebo hardvéru.
Mariane Mendes
Vyštudoval fyziku
Zdroj: Brazílska škola - https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-dilatacao-termica-linear.htm
