Ti tekočine lahko trpijo toplotno raztezanje, kot tudi trdne snovi pri segrevanju. Raztezanje tekočin se zgodi, ko je njihova temperatura povečuje, tako da so njegove molekule bolj vznemirjene. Za določitev dilatacije prostornine tekočine moramo vedeti njeno volumetrični koeficient raztezanja, ampak tudi razširitev, ki jo je utrpela posoda ki vsebuje to tekočino.
Imenuje se dilatacija, ki jo trpijo tekočine volumetrična dilatacija. Pri tej vrsti dilatacije so vse dimenzije telesa oz tekočina, tako kot tekočine in plini, se znatno povečajo kot odziv na povišanje temperature. Ta pojav nastane zaradi toplotnega vznemirjanja telesnih molekul: višja kot je temperatura, večja je amplituda vznemirjenja teh molekul, ki se začnejo premikati v večjem prostoru.
Ne ustavi se zdaj... Po oglaševanju je še več;)
Poglejtudi: Osnovni koncepti hidrostatike
Formula volumetrične ekspanzije
Volumetrično raztezanje tekočine lahko izračunamo po naslednji formuli:
ΔV - sprememba prostornine (m³)
V0- začetna prostornina (m³)
γ - volumetrični koeficient raztezanja (° C-1)
ΔT - temperaturne razlike (° C)
Zgornjo formulo lahko uporabimo za izračun povečanja prostornine (ΔV) tekočine zaradi spremembe temperature (ΔT). Z nekaterimi algebrskimi manipulacijami je mogoče napisati enako formulo kot zgoraj v obliki, ki nam omogoča neposredno izračun končne prostornine tekočine po segrevanju, glej:
V - končni volumen tekočine
Upoštevajte, da je v obeh formulah treba vedeti, koliko konstanta γ, poznan kot volumetrični koeficient raztezanja. Ta velikost, izmerjena v ºC-1(Bere se: 1 na stopinjah Celzija), pove nam, kako velik je raztezanje neke snovi za vsakih 1 ° C spremembe njene temperature.
Koeficient volumetričnega raztezanja
Koeficient volumetričnega raztezanja je a fizična lastnina ki meri, kako velika je sprememba prostornine telesa za določeno spremembo temperature. Ta količina ni konstantna in njeno vrednost lahko štejemo za konstantno le pri nekaterih temperaturnih območjih. Oglejte si nekaj tipične vrednosti razteznih koeficientov nekaterih snovi v tekočem stanju pri temperaturi 20 ° C:
Snov |
Koeficient volumetričnega raztezanja (° C-1) |
Voda |
1,3.10-4 |
Živo srebro |
1,8.10-4 |
Etilni alkohol |
11,2.10-4 |
Aceton |
14,9.10-4 |
Glicerin |
4,9.10-4 |
Kot je navedeno zgoraj, ima volumetrični koeficient raztezanja odvisnost z temperatura, to pomeni, da lahko vaš modul niha med ogrevanjem ali ohlajanjem. Zato za izračune uporabimo raztezne koeficiente, ki so znotraj temperaturnih območij, kjer ima graf V x T obliko linearno. Pazi:
Med temperaturami T1 in T2, koeficient raztezanja je konstanten.
Navidezno dilatacija tekočin
Navidezno raztezanje tekočin je določeno s količino tekočine, ki je preliven če je posoda popolnoma polna te tekočine ogrevana. Če pa ima vsebnik spremembo prostornine, ki je enaka volumetrični spremembi tekočine, nobena tekočina ne sme preliti.
Količina tekočine, ki se preliva na sliki, ustreza navidezni ekspanziji.
Navidezne dilatacijske formule
Za izračun prostornine tekočine, ki prelije iz steklenice, moramo uporabiti formulo navidezne dilatacije, upoštevajte:
ΔVap - navidezna dilatacija (m³)
V0 — začetna prostornina tekočine (m³)
γap - navidezni volumetrični koeficient raztezanja (° C-1)
ΔT - temperaturne razlike (° C)
V zgornji formuli ΔVap ustreza prostornini pretočene tekočine, medtem ko γap je navidezni koeficient raztezanja. Da bi znali izračunati navidezni koeficient raztezanja, moramo upoštevati raztezanje bučke (ΔVF), ki je vseboval tekočino. Za to bomo uporabili naslednjo formulo:
ΔVF - razširitev steklenice (m³)
V0- začetna prostornina steklenice (m³)
γF - koeficient volumetričnega raztezanja bučke (° C-1)
ΔT - temperaturne razlike (° C)
V prejšnjem izrazu je γF se nanaša na koeficient volumetričnega raztezanja posode, ki vsebuje tekočino, in ΔVF meri, kakšna je bila širitev te steklenice. Tako je dejansko raztezanje tekočine (ΔVR) lahko izračunamo kot vsoto navidezne dilatacije z dilatacijo viale, opomba:
ΔVR- dejansko širjenje tekočine
ΔVap - navidezna dilatacija tekočine
ΔVR - dejansko razširitev viale
Po nekaterih algebrskih manipulacijah s predstavljenimi formulami je mogoče doseči naslednji rezultat:
γ - dejanski koeficient raztezanja tekočine (° C-1)
γF - koeficient volumetričnega raztezanja bučke (° C-1)
γap - navidezni volumetrični koeficient raztezanja (° C-1)
Zgornje razmerje kaže, da je dejanski koeficient raztezanja tekočine mogoče najti s pomočjo vsota med navidezni dilatacijski koeficienti to je koeficient raztezanja bučke.
nepravilno razširitev vode
Voda ima a nepravilno vedenje glede toplotnega raztezanja med temperaturami 0 ° C in 4 ° C, razumejte: ogrevanje vode od 0 ° C do 4 ° C, vaše prostornina se zmanjša, namesto da bi se povečeval. Zaradi tega je v tekočem stanju gostoto vode ima vaš najvišja vrednost za temperaturo 4 ° C. Spodnji grafi pomagajo razumeti obnašanje gostote in prostornine vode v odvisnosti od njene temperature. Opomba:
Pri temperaturi 4 ° C je gostota vode največja.
Zaradi tega vedenja brezalkoholne pijače ali steklenice vode počijo predolgo v zamrzovalniku. Ko voda doseže temperaturo 4 ° C, njeno prostornino minimalno zavzema tekoča voda, če se ohlajanje nadaljuje, se bo količina vode namesto zmanjšanja povečala. ko voda seže 0 ° C, se bo količina vode močno povečala, medtem ko bo njena posoda zmanjšala lastne meritve, kar bo povzročilo odmor.
Steklenice, napolnjene z vodo, ki gredo v zamrzovalnik, lahko počijo, ko dosežejo 0 ° C.
Druga posledica tega nenavadnega vedenja vode je brez zmrzovanja rečnega dna v zelo hladnih regijah. Ko se temperatura vode približa 0 ° C, se njena gostota zmanjša, nato pa hladna voda naraste zaradi vzgon. Ko se vzpenja, hladna voda zmrzne in nad rekami tvori plast ledu. saj je led dober toplotni izolator, dno rek ostane pri približno 4 ° C, ker je pri tej temperaturi njegova gostota največja in ponavadi ostane na dnu rek.
Razlog za nepravilno obnašanje vode je molekularni: med 0 ° C in 4 ° C, električna privlačnost med molekule vode premagajo termično vznemirjenje zaradi obstoja vodikovih vezi med molekulami vode. Voda.
Poglejtudi: Kako pride do nepravilnega širjenja vode?
rešene vaje
1) Določite volumetrični koeficient raztezanja 1 m³ tekočine, ki se pri segrevanju s 25 ° C na 225 ° C razširi na 0,05 m³.
Resolucija:
Izračunajmo koeficient raztezanja zadevne tekočine z uporabo formule volumetričnega raztezanja:
Z uporabo podatkov, ki jih vsebuje izjava, na prejšnjo formulo bomo naredili naslednji izračun:
2) Steklena bučka, katere volumetrični koeficient raztezanja je 27,10-6 ° C-1, ima toplotno kapaciteto 1000 ml pri temperaturi 20 ºC in je popolnoma napolnjen z neznano tekočino. Ko segrejemo nastavljeno temperaturo na 120 ºC, iz posode izteče 50 ml tekočine. Določite navidezne koeficiente raztezanja; dejanski koeficient raztezanja tekočine; in dilatacijo, ki jo je utrpela steklena viala.
Resolucija:
Izračunajmo navidezni koeficient raztezanja, zato bomo uporabili naslednjo formulo:
Z uporabo podatkov o vajah bomo naredili naslednji izračun:
Nato bomo izračunali dejanski koeficient raztezanja tekočine. Za to moramo izračunati, kakšna je bila širitev steklenice:
Če nadomestimo podatke, ki jih vsebuje izjava o vaji, moramo rešiti naslednji izračun:
Z zgornjim izračunom smo ugotovili, kakšna je bila širitev steklene bučke. Če želite torej ugotoviti resnično ekspanzijo tekočine, dodajte prostornino navidezne dilatacije prostornini dilatacije bučke:
Rezultati, dobljeni v zgornjem odgovoru, kažejo, da se je tekočina v steklenici dejansko razširila za 52,7 ml. Na koncu izračunamo še dejanski koeficient raztezanja tekočine:
Z zgornjo formulo izračunamo dejanski koeficient raztezanja vode, ki je enak:
Zato je koeficient toplotnega raztezanja te tekočine 5.27.10-4 ° C-1.
Jaz, Rafael Helerbrock
