Utvidgninggrund är namnet på fenomenet där det finns en ökning av akropp orsakad av en temperaturökning. Denna typ av expansion sker i kroppar med ytlig symmetri, såsom tallrikar, bordsskivor, brädor, plattor etc.
Seockså: Kalorimetri
Ytvidgningen beror på ytutvidgningskoefficient. Denna koefficient, vars enhet är ° C-1, är funktion av varje typ av material, men behåll ett proportionellt förhållande till koefficienten för linjär expansion:
β - ytutvidgningskoefficient (° C-1)
α - linjär expansionskoefficient (° C-1)
Vi kan förstå detta förhållande om vi ser att det vid ytutvidgning finns två utvidgningarlinjär: en för längd och en annan för höjd av kroppen. Det är viktigt att betona att förhållandet som visas ovan endast gäller för kroppar som bildas av ren substans och homogen.
Formel
Kontrollera formeln som används för att beräkna modul för ytvidgning - variationen i området som någon kropp drabbas av när den värms upp.
S - utvidgad area (m²)
s0- ursprunglig yta (m²)
β - ytutvidgningskoefficient (° C-1)
AT —Temperaturvariation (° C)
Förutom detta sätt kan vi beräkna ytans utvidgning på ett annat sätt så att vi direkt kan hitta kroppens slutliga område, kontrollera:
s - slutlig yta (m²)
Termisk expansion
Vid uppvärmning, molekyler av kroppar tenderar att vibrera vid högre hastigheter, vilket gör att makroskopiska dimensioner av kroppar kan vara ändrats, om än minimalt. Fenomenet där en kropp ändrar storlek när den värms upp kallas utvidgningtermisk.
Trots att det är intuitivt är det inte sant att alla material expanderar när temperaturen höjs, det finns material som finns negativa expansionskoefficienter (Till exempel vulkaniserat gummi), det vill säga när dessa material upphettas reduceras deras dimensioner.
Termisk expansion är indelad i tre expansionsundertyper: linjär, grund och volymetrisk. Dessa typer av utvidgning förekommer tillsammans, men en av dem kommer att vara mer signifikant än de andra, beroende på kroppens form.
Till exempel: på grund av sin form lider nålen mer utvidgninglinjär i förhållande till andra former av utvidgning; en metallplatta lider i sin tur mer utvidgningytlig, på grund av dess format; vätskor och gaser, som upptar behållarens utrymme, tenderar att expandera i alla riktningar och är därför närvarande utvidgningvolymetrisk.
Seockså:Vad är entropi?
Utspädning av vätskor
Vätskor kan genomgå volymetrisk expansion vid upphettning. Men när vi studerar denna typ av utvidgning är det viktigt att vi överväger volymetrisk expansion av containrar där vätskor lagras.
I denna mening talar man om uppenbar utvidgning - skillnaden mellan utvidgningen som vätskan drabbas av och dess behållare. Gå till vår artikel och lär dig allt om flytande dilatation.
Experimentera
Det finns experiment som kan göras snabbt och enkelt för att visualisera fenomenet ytlig utvidgning. Kolla in några fall:
Nödvändiga material:
1 isoporbricka
1 mynt
1 ljus
tändstickor
1 tång
1 penna
1 sax
Metodik:
Placera myntet på isoporbrickan och skissera det med pennan. Klipp ut det efter det. Tänd ljuset och håll i myntet med tången och placera det precis ovanför ljuslågan (vara i närvaro av en vuxen för att utföra denna typ av experiment).
Efter några minuter placerar du myntet på isoporbrickan så märker du att det kommer att krympa i storlek efter smältning av isopor. För att jämföra storleken på de uppvärmda och kalla mynten, placera hålet som produceras av det uppvärmda myntet och biten isopor som skars ut sida vid sida.
Ett annat intressant experiment är att ha en fälg och en metallisk sfär med en radie som är något större än fälgen. Vid rumstemperatur kommer sfären inte att kunna passera genom fälgen, men när vi värmer fälgen ökar dess inre område på grund av termisk expansion och sfären kommer att kunna passera genom den:
En annan möjlighet är att försöka öppna en kruka som har locket fäst genom att värma upp det, så att dess område expanderar:
lösta övningar
Fråga 1) En 0,05 m² rektangulär metallplåt har en temperatur på 25 ° C när den värms upp av solljus tills dess att temperaturen når 75 ° C. Koefficienten för ytutvidgning av materialet som utgör arket är lika med 2.0.10-4 ºC-1, hur mycket kommer variationen att vara i området på denna platta?
a) 0,0575 m²
b) 0,0505 m²
c) 1 500 m²
d) 0,750 m²
e) 0,550 m²
Respons: Brev B
Upplösning:
För att hitta den slutliga ytan av plåten kommer vi att använda följande ytutvidgningsformel:
Vi kommer att infoga, i formeln, de data som tillhandahölls i övningen:
Enligt uppgifterna från övningen kommer den slutliga ytan på denna metallplåt att vara 0,505 m², så det rätta alternativet är bokstaven B.
Fråga 2) Ett givet material har en linjär expansionskoefficient på 1.5.10-5 ° C-1, är ytutvidgningskoefficienten för samma material:
a) 0,50,10-5 ° C-1
b) 0,75,10-5 ° C-1
c) 3.0.10-5 ° C-1
d) 4.50.10-5 ° C-1
e) 0,40,10-5 ° C-1
Respons: Brev Ç
Upplösning:
För att lösa denna övning, kom bara ihåg att två kroppar med olika symmetri, men gjorda av samma rena substans, behåll följande förhållande mellan deras värmeutvidgningskoefficienter:
Därför är det rätta alternativet bokstaven Ç.
Fråga 3) En 0,4 m² stor bräda- och ytutvidgningskoefficient lika med 2.0.10-5 ° C-1 värms upp från 20 ° C till 200 ° C. Bestäm den procentuella ökningen av arean för den plattan.
a) 0,36%
b) 35%
c) 25%
d) 0,25%
e) 5%
Respons: Brev DE
Upplösning:
Låt oss först beräkna expansionsmodulen för plattan med hjälp av ytutvidgningsformeln:
Med hjälp av uppgifterna från övningen måste vi göra följande beräkning:
I denna resolution beräknar vi först vad som var utvidgningen av placket. Därefter gjorde vi förhållandet mellan den slutliga arean av plattan, som är summan av det initiala området med expansionen av plattan, med den ursprungliga arean av plattan. Efter att ha multiplicerat värdet som erhållits med 100 hittar vi procentandelen av det nya området i förhållande till det föregående: 100.036, det vill säga: plattans yta ökade med 0,36%.
Av mig Rafael Helerbrock
Källa: Brazil School - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/dilatacao-superficial.htm