การขยายตื้น เป็นชื่อเรียกปรากฏการณ์ที่มี เพิ่มขึ้นในพื้นที่ aร่างกาย เกิดจากอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น การขยายตัวประเภทนี้เกิดขึ้นในตัวเครื่องที่มีความสมมาตรเพียงผิวเผิน เช่น จาน ท็อปโต๊ะ แผ่นไม้ กระเบื้อง เป็นต้น
ดูยัง: การวัดปริมาณความร้อน
การขยายพื้นผิวขึ้นอยู่กับ ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวของพื้นผิว. สัมประสิทธิ์นี้ซึ่งมีหน่วยเป็น °C-1, คือ ลักษณะเฉพาะ ของวัสดุแต่ละประเภท แต่ให้ความสัมพันธ์ตามสัดส่วนกับสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้น:
β — สัมประสิทธิ์การขยายตัวของพื้นผิว (°C-1)
α — สัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้น (°C-1)
เราสามารถเข้าใจความสัมพันธ์นี้ได้หากเราเห็นว่าในการขยายพื้นผิวมีสอง การขยายเชิงเส้น: หนึ่งสำหรับ ความยาว และอีกอย่างสำหรับ ส่วนสูง ของร่างกาย. สิ่งสำคัญคือต้องเน้นว่าความสัมพันธ์ที่แสดงข้างต้นใช้ได้เฉพาะกับร่างกายที่เกิดจาก formed สารบริสุทธิ์ และเป็นเนื้อเดียวกัน
อย่าเพิ่งหยุด... มีมากขึ้นหลังจากโฆษณา ;)
สูตร
ตรวจสอบสูตรที่ใช้ในการคำนวณ โมดูลัสของการขยายพื้นผิว — ความแปรปรวนในพื้นที่ได้รับความทุกข์ทรมานจากร่างกายบางส่วนเมื่อได้รับความร้อน
ส — การขยายพื้นที่ (m²)
ส0— พื้นที่เริ่มต้น (m²)
β — สัมประสิทธิ์การขยายตัวของพื้นผิว (°C-1)
ΔT —ความแปรผันของอุณหภูมิ (°C)
นอกจากนี้ เราสามารถคำนวณการขยายพื้นผิวได้อีกทางหนึ่ง เพื่อให้เราสามารถหาพื้นที่สุดท้ายของร่างกายได้โดยตรง ตรวจสอบ:
ส — พื้นที่สุดท้าย (m²)
การขยายตัวทางความร้อน
เมื่อถูกความร้อน โมเลกุล ของร่างกายมีแนวโน้มที่จะสั่นด้วยความเร็วสูง ทำให้ this ขนาดมหภาค ของร่างกายสามารถ เปลี่ยนแล้วแม้ว่าจะน้อยที่สุด ปรากฏการณ์ที่ร่างกายเปลี่ยนขนาดเมื่อถูกความร้อนเรียกว่า การขยายความร้อน
แม้จะเป็นไปตามสัญชาตญาณ แต่ก็ไม่เป็นความจริงที่วัสดุทั้งหมดจะขยายตัวเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น แต่ก็มีวัสดุอยู่ด้วย ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวติดลบ (เช่น ยางวัลคาไนซ์) นั่นคือเมื่อวัสดุเหล่านี้ถูกทำให้ร้อนขนาดจะลดลง
การขยายตัวทางความร้อนแบ่งออกเป็นสามประเภทย่อย: เชิงเส้น, ตื้น และ ปริมาตร การขยายประเภทนี้เกิดขึ้นพร้อมกัน แต่หนึ่งในนั้นจะมีความสำคัญมากกว่าแบบอื่นตามรูปร่างของร่างกาย
ตัวอย่างเช่น: เนื่องจากรูปร่างของมัน เข็มจึงทนทุกข์ทรมานมากกว่า การขยายเชิงเส้น เกี่ยวกับการขยายรูปแบบอื่น ในทางกลับกันแผ่นโลหะทนทุกข์ทรมานมากขึ้น การขยายผิวเผิน, เพราะรูปแบบ; ของเหลวและก๊าซซึ่งใช้พื้นที่ของภาชนะบรรจุมีแนวโน้มที่จะขยายตัวในทุกทิศทางดังนั้นจึงมี การขยายปริมาตร
ดูยัง:เอนโทรปีคืออะไร?
การขยายตัวของของเหลว
ของเหลวสามารถขยายตัวตามปริมาตรได้เมื่อถูกความร้อน อย่างไรก็ตาม เมื่อศึกษาการขยายประเภทนี้ สิ่งสำคัญคือเราต้องพิจารณา การขยายปริมาตรของคอนเทนเนอร์ container ที่เก็บของเหลว
ในแง่นี้ คนหนึ่งพูดถึงการขยายที่ชัดเจน — ความแตกต่างระหว่างการขยายตัวที่ได้รับความทุกข์ทรมานจากของเหลวและโดยภาชนะของมัน เข้าถึงบทความของเราและเรียนรู้ทั้งหมดเกี่ยวกับ การขยายของเหลว.
การทดลอง
มีการทดลองที่สามารถทำได้อย่างรวดเร็วและง่ายดาย เพื่อให้เห็นภาพปรากฏการณ์การขยายผิวเผิน ตรวจสอบบางกรณี:
วัสดุที่จำเป็น:
1 ถาดโฟม
1 เหรียญ
เทียน 1 เล่ม
ไม้ขีด
คีม 1 อัน
1 ปากกา
กรรไกร 1 อัน
วิธีการ:
วางเหรียญบนถาดโฟมแล้วร่างด้วยปากกา หลังจากนั้นให้ตัดออก จุดเทียนแล้วจับเหรียญด้วยคีม วางไว้เหนือเปลวเทียน (อยู่ต่อหน้าผู้ใหญ่เพื่อทำการทดลองประเภทนี้).
หลังจากผ่านไปสองสามนาที ให้วางเหรียญลงบนถาดโฟมแล้วคุณจะสังเกตเห็นว่าโฟมจะหดตัวลงในขนาดหลังจากละลายโฟม เพื่อเปรียบเทียบขนาดของเหรียญที่ร้อนและเย็น ให้วางรูที่เกิดจากเหรียญที่ร้อนและชิ้นส่วนของโฟมที่ถูกตัดออกเคียงข้างกัน
การทดลองที่น่าสนใจอีกประการหนึ่งคือการมีขอบล้อและทรงกลมที่เป็นโลหะซึ่งมีรัศมีใหญ่กว่าขอบเล็กน้อย ที่อุณหภูมิห้อง ทรงกลมจะไม่สามารถทะลุผ่านขอบได้ อย่างไรก็ตาม เมื่อเราทำให้ขอบร้อนขึ้น พื้นที่ภายในของทรงกลมจะเพิ่มขึ้นเนื่องจากการขยายตัวทางความร้อน และทรงกลมจะสามารถทะลุผ่านได้:
ความเป็นไปได้อีกประการหนึ่งคือพยายามเปิดหม้อที่มีฝาปิดโดยการให้ความร้อนทำให้พื้นที่ขยายออก:
แก้ไขแบบฝึกหัด
คำถามที่ 1) แผ่นโลหะสี่เหลี่ยม 0.05 ตร.ม. มีอุณหภูมิ 25º C เมื่อถูกความร้อนจากแสงแดด จนกระทั่งอุณหภูมิถึง 75º C ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวของพื้นผิวของวัสดุที่ประกอบเป็นแผ่นเท่ากับ2.0.10-4 ºC-1 ความแปรผันของพื้นที่จานนี้จะมากน้อยเพียงใด?
ก) 0.0575 m²
ข) 0.0505 m²
ค) 1,500 ตร.ม.
ง) 0.750 m²
จ) 0.550 m²
คำติชม: จดหมาย บี
ความละเอียด:
เพื่อหาพื้นที่สุดท้ายของแผ่นโลหะ เราจะใช้สูตรการขยายพื้นผิวดังต่อไปนี้:
เราจะแทรกข้อมูลที่ให้ไว้ในแบบฝึกหัดลงในสูตร:
จากข้อมูลที่ได้จากแบบฝึกหัดนี้ พื้นที่สุดท้ายของแผ่นโลหะนี้จะเท่ากับ 0.505 ตร.ม. ดังนั้นทางเลือกที่ถูกต้องคือตัวอักษร บี.
คำถามที่ 2) วัสดุที่กำหนดมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้น 1.5.10-5 °C-1สัมประสิทธิ์การขยายตัวของพื้นผิวของวัสดุชนิดเดียวกันคือ
ก) 0.50.10-5 °C-1
ข) 0.75.10-5 °C-1
ค) 3.0.10-5 °C-1
ง) 4.50.10-5 °C-1
จ) 0.40.10-5 °C-1
คำติชม: จดหมาย ค
ความละเอียด:
เพื่อแก้ปัญหาแบบฝึกหัดนี้ เพียงจำไว้ว่าร่างกายทั้งสองมีความสมมาตรต่างกัน แต่ทำขึ้น ของสารบริสุทธิ์ชนิดเดียวกัน ให้รักษาความสัมพันธ์ต่อไปนี้ระหว่างสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของพวกมัน:
ดังนั้นทางเลือกที่ถูกต้องคือตัวอักษร ค.
คำถามที่ 3) บอร์ดขนาด 0.4 ตร.ม. และค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวของพื้นผิวเท่ากับ 2.0.10-5 °C-1 ถูกทำให้ร้อนจาก 20º C ถึง 200º C กำหนดเปอร์เซ็นต์ที่เพิ่มขึ้นในพื้นที่สำหรับจานนั้น
ก) 0.36%
ข) 35%
ค) 25%
ง) 0.25%
จ) 5%
คำติชม: จดหมาย THE
ความละเอียด:
ขั้นแรก มาคำนวณโมดูลัสของการขยายตัวที่เพลตรับความเดือดร้อนโดยใช้สูตรการขยายตัวของพื้นผิวกัน:
โดยใช้ข้อมูลที่ได้จากการฝึกหัด เราจะต้องทำการคำนวณดังต่อไปนี้:
ในการแก้ปัญหานี้ ก่อนอื่นเราจะคำนวณว่าการขยายตัวของคราบพลัคเป็นอย่างไร ต่อไป เราทำอัตราส่วนระหว่างพื้นที่สุดท้ายของจาน ซึ่งเป็นผลรวมของพื้นที่เริ่มต้นกับการขยายตัวของจาน โดยพื้นที่เริ่มต้นของจาน หลังจากคูณค่าที่ได้รับด้วย 100 เราจะหาเปอร์เซ็นต์ของพื้นที่ใหม่เทียบกับค่าก่อนหน้า: 100.036 นั่นคือ: พื้นที่ของจานเพิ่มขึ้น 0.36%
By Me. ราฟาเอล เฮเลอร์บร็อก
