การขยายตัวทางความร้อนเชิงเส้นคืออะไร?

เมื่อร่างกายมีเพิ่มขึ้นใน อุณหภูมิ, โมเลกุลที่ประกอบขึ้นจะได้รับพลังงานและกระวนกระวายใจ, ทำให้ขนาดของวัตถุเพิ่มขึ้น. ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า การขยายตัวทางความร้อน. ในทำนองเดียวกัน เมื่อร่างกายถูกทำให้เย็นลง พลังงานของมันก็ลดลงและเกิดการสั่นของโมเลกุลเช่นเดียวกัน ทำให้ขนาดของร่างกายลดลง ซึ่งเรียกว่า การหดตัว ความร้อน.

THE การขยายตัวทางความร้อน สามารถจำแนกได้สามวิธี: เชิงเส้น, ตื้น และ ปริมาตร.

การขยายความร้อนเชิงเส้น

เมื่อ ความแปรผันของอุณหภูมิ ของร่างกายเพื่อเปลี่ยนระยะห่างระหว่างจุดสองจุด การขยายตัวทางความร้อนเชิงเส้นซึ่งสามารถแปรผันตามความยาวของแท่ง รัศมีของทรงกลม เส้นทแยงมุมของลูกบาศก์หรือสี่เหลี่ยมจัตุรัส เป็นต้น

ตัวอย่างเช่น พิจารณาแท่งเหล็กยาว L0 ด้วยอุณหภูมิเริ่มต้น Tผม. โดยการเพิ่มอุณหภูมิของคุณเป็น T, ความยาวจะเพิ่มขึ้นเป็น L. ดูที่รูปภาพ:

แผนภาพแสดงการขยายตัวทางความร้อนเชิงเส้นที่เกิดจากการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ
แผนภาพแสดงการขยายตัวทางความร้อนเชิงเส้นที่เกิดจากการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ

ความแปรผันของอุณหภูมิ (ΔT) คือความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิสุดท้ายและอุณหภูมิเริ่มต้น:

ΔT = T- Tผม

การขยายตัวเชิงความร้อนเชิงเส้น (ΔL) ที่เกิดจากความแปรผันของอุณหภูมินี้คือความแตกต่างระหว่างความยาวสุดท้าย L และความยาวเริ่มต้น L0:

Δ L = L - L0

การขยายตัวที่ได้รับผลกระทบจากแท่งนี้เป็นสัดส่วนกับความแปรผันของอุณหภูมิและความยาวเริ่มต้นของแท่ง จึงสามารถคำนวณได้ด้วย กฎการขยายความร้อนเชิงเส้น โดยสูตร:

Δ L = α หลี่0. Δ T

ค่าคงที่ตามสัดส่วน α เรียกว่า ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนเชิงเส้น ของวัสดุที่ทำขึ้นเป็นแท่ง หน่วยวัดของมันคือองศาเซลเซียสซึ่งกันและกันซึ่งแสดงโดยºC -1. ปริมาณนี้ใช้ค่าที่แตกต่างกันสำหรับวัสดุแต่ละประเภท ซึ่งแสดงถึงการขยายตัวทางความร้อนเชิงเส้นสำหรับความยาวแต่ละหน่วยและสำหรับแต่ละหน่วยของการแปรผันของอุณหภูมิ

อย่าเพิ่งหยุด... มีมากขึ้นหลังจากโฆษณา ;)

ดูตารางต่อไปนี้สำหรับค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนเชิงเส้นของสารบางชนิด:

สาร

ค่าสัมประสิทธิ์ (10-6 °C -1)

ตะกั่ว

27

อลูมิเนียม

25

เงิน

20

ซิลิคอน

2,6

เหล็ก

14

ทอง

15


การแสดงกราฟิกของการขยายตัวทางความร้อนเชิงเส้น

เราสามารถรับการขยายตัวเชิงความร้อนเชิงเส้นได้จากกราฟความยาวเทียบกับอุณหภูมิ:

กราฟความยาวกับอุณหภูมิของการขยายตัวทางความร้อนเชิงเส้น
กราฟความยาวกับอุณหภูมิของการขยายตัวทางความร้อนเชิงเส้น 

เราสามารถเชื่อมโยงมุม φ กับกฎของการขยายตัวเชิงความร้อนเชิงเส้นได้ เนื่องจาก:

Δ L = α หลี่0. Δ T

และ

Δหลี่ = α. หลี่0
Δ T

เป็น สัมประสิทธิ์เชิงมุมเส้นตรง ซึ่งแสดงถึงความแปรผันของความยาวกับอุณหภูมิ ได้ดังนี้

tg φ = Δหลี่
Δ T

เร็ว ๆ นี้:

tg φ = α หลี่0

เส้นไม่สามารถผ่านจุด 0 เนื่องจากความยาวเริ่มต้นไม่สามารถเท่ากับศูนย์ได้

ผลที่ตามมาของการขยายตัวเชิงความร้อนเชิงเส้นสามารถเห็นได้ในงานวิศวกรรม ตัวอย่างเช่น ข้อต่อการขยายตัว (ดังแสดงในชื่อ) ที่มีอยู่บนรางรถไฟหรือทางเท้า พวกเขาเป็นเพียงพื้นที่ว่างเล็ก ๆ ที่เหลืออยู่ในส่วนของการก่อสร้างสำหรับการขยายตัวที่เกิดจาก ความแปรผันของอุณหภูมิ เช่น ในกรณีของไฟหรือการเปลี่ยนแปลงตามธรรมชาติ ไม่ทำให้โครงสร้างของ .เสียหาย อาคาร หากไม่มีข้อต่อขยายเหล่านี้ อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นอาจทำให้คอนกรีตหรือฮาร์ดแวร์งอหรือแตกหักได้


โดย Mariane Mendes
จบฟิสิกส์

คุณต้องการอ้างอิงข้อความนี้ในโรงเรียนหรืองานวิชาการหรือไม่ ดู:

เตยเซร่า, มารีแอน เมนเดส. "การขยายตัวทางความร้อนเชิงเส้นคืออะไร"; โรงเรียนบราซิล. มีจำหน่ายใน: https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-dilatacao-termica-linear.htm. เข้าถึงเมื่อ 28 มิถุนายน 2021.

การจำแนกประเภทของโซ่คาร์บอนคืออะไร?

การจำแนกประเภทของโซ่คาร์บอนคืออะไร?

อะตอมของคาร์บอนมีลักษณะเป็นเตตระวาเลนต์ กล่าวคือ มีความสามารถในการสร้างพันธะโควาเลนต์สี่พันธะ ซึ่...

read more
ความคล้ายคลึงกันของรูปสามเหลี่ยมคืออะไร?

ความคล้ายคลึงกันของรูปสามเหลี่ยมคืออะไร?

สอง รูปหลายเหลี่ยมโดยมีจำนวนด้านเท่ากันคือ คล้ายกัน เมื่อพวกเขามี มุม การจับคู่ที่สอดคล้องและการจ...

read more
การเปลี่ยนแปลงคืออะไร?

การเปลี่ยนแปลงคืออะไร?

การเปลี่ยนแปลง เป็นหนึ่งในวิชาที่กล่าวถึงในสาขาวิชาของ discipline การวิเคราะห์เชิงผสม ในวิชาคณิตศ...

read more