genişlemetermal vücut sıcaklığındaki bir artıştan kaynaklanan fiziksel bir olgudur. Bir vücut bazı kaynaklara maruz kaldığında sıcaklık, sizin sıcaklık daha geniş bir alan etrafında salınan moleküllerin ajitasyonunu artırarak değişikliklere uğrayabilir.
Moleküllerin titreşimindeki bu mikroskobik varyasyon, bir demir çubuğun sabit kalması gibi makroskobik bir ölçekte algılanabilir. biraz daha büyük ısınma sonucu.
doğrusal genişleme
genişlemedoğrusal Katıların tanımı, teller, kablolar, iğneler, çubuklar, borular gibi katı halde bulunan doğrusal şekilli cisimlerin sıcaklıklarında bir değişiklik meydana geldiğinde meydana gelen fiziksel olgudur. Doğrusal genişlemenin büyüklüğünü hesaplamak için şunu kullanırız: katsayıiçindegenişlemedoğrusal malzeme.
Doğrusal termal genleşme örnekleri
Gündüz ve gece döngüleri sırasında büyük termal genlik nedeniyle tren raylarının bükülmesi. Bu etki nedeniyle, iki ardışık çubuk arasında küçük bir boşluk olan genleşme derzi kullanılır.
Kutuplarda elektrik akımının iletiminde kullanılan bakır teller her zaman kutuplar arası mesafeden fazladır. Olmasaydı, soğuk günlerde bu iletkenler uzunluklarında olumsuz değişikliklere uğrar ve kopmalar yaşayabilirdi.
yüzeysel genişleme
genişlemesığ katıların sıcaklık artışı nedeniyle katı halde olan bir cismin alanındaki değişimdir. Bir katının yüzey genişlemesinin hesaplanması, katsayıiçindegenişlemesığ.
Yüzey termal genleşme örnekleri
Konut zeminlerinde ve kaldırımlarda kullanılan karo levhalar arasında küçük bir boşluk bırakılır, Harç tarafından işgal edilen, parçaların maruz kaldığı genleşmenin bir kısmını absorbe edebilen gözenekli bir malzeme seramik.
Isıtma, somunun genişlemesine ve çıkarılmasını kolaylaştırmasına neden olduğu için, bir cıvataya bağlı bir somunu çıkarmak için mekaniklerin ısıttığını görmek yaygındır.
hacimsel genişleme
hacimsel genişlemebir cismin hacminin sıcaklığını artırarak genişlemesidir. Hacimsel genişleme şu şekilde hesaplanır: katsayıiçindegenişlemevolumetrik vücudun.
Hacimsel termal genleşme örnekleri
Uçak gövdelerinde kullanılan vidalar, diş açılmadan önce çok düşük sıcaklıklarda yerleştirilebilir. Diş açma işleminden sonra vida sıcaklığındaki artış, boyutunu genişleterek daha sonra çıkarılmasını neredeyse imkansız hale getirir.
Termal genleşme katsayısı
Bazı malzemelerin genleşmelerinin olabilmesi için çok büyük sıcaklık değişimlerinden geçmesi gerekir. fark edilirse, diğerlerinin sıcaklıklarını birkaç derece değiştirmeleri gerekir, böylece aralarındaki farklar boyutlar.
Sıcaklık değişimi ile boyutları değişen malzemenin kolaylığını veya zorluğunu belirleyen fiziksel özelliğe denir. termal genleşme katsayısı.
Sıcaklığın artmasıyla, bir cismin molekülleri daha büyük bir yer işgal etmeye başlar.
BakAyrıca: kalorimetri
Her malzemenin üç farklı tipte olabilen kendi termal genleşme katsayısı vardır: genişlemedoğrusal, sığ ve volumetrik. Bir cismin maruz kaldığı genişlemeyi hesaplamak için, cismin sunduğu şekle göre belirlenen bu katsayılardan yalnızca birini kullanırız.
Yüzeysel ve hacimsel genişlemeye maruz kalmasına rağmen, doğrusal simetriye sahip uzun gövdeler, örneğin kablolar ve teller, uzunlukları, alanlarındaki genişlemeden çok daha fazla genişlemeye tabidir veya Ses.
genişleme katsayıları doğrusal, sığ ve volumetrik sırasıyla Yunan harfleriyle gösterilir α, β, ve γ, ve ölçü birimi ºC'dir-1.
Katıların termal genleşmesinin etkisi büyük ticari ve teknolojik öneme sahiptir. Örneğin bina yapımında genellikle büyük ve bazen keskin sıcaklık değişimlerine maruz kalan malzemeler kullanılır. Bu durumda, çatlak ve diğer yapısal kusurların ortaya çıkmasını önlemek için inşaatta kullanılan her malzemenin genleşme katsayılarını bilmek önemlidir.
Katıların genleşme katsayıları arasındaki ilişki
Aynı malzemeden yapılmış farklı simetrilere sahip cisimler farklı genişleme biçimlerine uğrarlar. Örneğin bir demir çubuk lineer genleşmeye uğrarken, aynı malzemeden bir levha yüzey genleşmesine maruz kalır. Bunun nedeni, yüzey genleşme katsayısının genleşme katsayısının iki katı olmasıdır. doğrusal, hacimsel genleşme katsayısı, genleşme katsayısından üç kat daha büyüktür doğrusal. İzlemek:
Şimdi durma... Reklamdan sonra devamı var ;)
α – doğrusal genişleme katsayısı
β – yüzey genleşme katsayısı
γ – hacimsel genleşme katsayısı
Köprülerde termal genleşme
Isıl genleşmenin etkileri, özellikle köprüler gibi yapılarını deforme etmeyen veya çatlamayan yapılarda önemlidir. Bu nedenle bu tip yapılarda birden fazla genleşme derzi kullanılır.
Aşağıdaki resim bir köprünün genleşme derzini göstermektedir. İzlemek:
Genleşme derzleri, köprülerdeki betonun genleşmesi sonucu çatlama olasılığını azaltır.
Termal genleşme formülleri
Katıların doğrusal, yüzeysel ve hacimsel açılımlarını hesaplamak için kullanılan formülleri aşağıdan kontrol edin.
Doğrusal genişleme formülü
Doğrusal genişleme formülü iki şekilde sunulabilir: biri nihai vücut boyutunu hesaplamak için, diğeri ise genişleme sırasında maruz kalınan uzunluk değişimini hesaplamak için:
L - son uzunluk
L0 – başlangıç uzunluğu
ΔT - sıcaklık değişimi
ΔL – uzunluk değişimi
Yüzey genişletme formülü
Doğrusal genişleme formülü gibi, yüzey genişleme formülü de iki farklı şekilde yazılabilir:
s – son alan
s0 – başlangıç alanı
ΔT - sıcaklık değişimi
S - alan varyasyonu
Hacimsel genişleme formülü
Son olarak, bir cismin son hacmini veya hacimsel değişimini hesaplamamıza izin veren ifadelere sahibiz:
V - Son Hacim
V0 - İlk ses
ΔT - sıcaklık değişimi
ΔV – hacim değişimi
Özet
Bir katı ısıtıldığında, molekülleri daha geniş titreşmeye başlar ve daha fazla yer kaplar. Malzemenin ısınma ve genleşme katsayısına bağlı olarak etkisi çıplak gözle gözlemlenebilir.
Aynı homojen malzemenin (tek bir maddeden yapılmış) yüzey ve hacimsel genleşme katsayıları, doğrusal genleşme katsayısının sırasıyla iki ve üç katıdır.
Her beden aynı anda üç tip genişlemeye de maruz kalır, ancak bunlardan biri vücudun şekline göre daha ayrıcalıklı olduğu için diğerlerinden daha önemlidir.
Termal genleşme üzerine alıştırmalar
Doğrusal genleşme katsayısı α=1.2.10 olan 2.0 m uzunluğunda bir demir çubuk-5 °C-1 oda sıcaklığındadır (25ºC). Bu vücut daha sonra bir ısı kaynağına maruz bırakılır ve ısıtılmasının sonunda 100°C sıcaklığa ulaşır.
Belirleyin:
a) çubuğun maruz kaldığı genişleme.
b) çubuğun son uzunluğu.
c) Bu çubuğun yapıldığı malzemenin yüzey ve hacimsel genleşme katsayıları.
çözüm
a) Çubuğun maruz kaldığı genişlemeyi hesaplamak için, şeklinin lineer olduğunu hatırlamamız gerekir, dolayısıyla bu, onun maruz kaldığı en önemli genişleme şeklidir. Doğrusal genişleme formülünü kullanarak şunları elde ederiz:
Yukarıdaki sonuca göre, bu çubuk, uzunluğunda 1.8 mm'lik bir genişlemeye uğrayacaktır.
b) Çubuğun son uzunluğu kolayca bulunabilir, çünkü onun maruz kaldığı genişlemeyi zaten biliyoruz. Son uzunluğu olacak 2.0018 m (2 metre ve 1.8 mm)
c) Yüzey ve hacimsel genleşme katsayıları, doğrusal genleşme katsayısının katlarıdır. Değerleri sırasıyla, 2,4.10-5 °C-1ve 3,6.10-5 °C-1.
Benden. Rafael Helerbrock
50 °C'ye ısıtıldığında doğrusal genleşmesi 5,10 olan 5,0 m uzunluğundaki homojen bir çelik kirişin yüzey genleşme katsayısının modülünü belirleyin.-3 m.
Katı ve homojen bir malzemenin 1.2.10'a eşit sabit bir hacimsel genleşme katsayısına sahip olduğunu bilmek-5 °C-1, bu malzemenin yüzey genleşme katsayısını belirleyin ve doğru alternatifi kontrol edin:
