Sen sıvılar acı çekebilir termal Genleşme, ısıtıldığında katıların yanı sıra. Sıvıların genleşmesi, sıcaklıkları arttığında meydana gelir. artışlar, böylece molekülleri daha çalkalanır. Bir sıvının hacminin genişlemesini belirlemek için, onun değerini bilmemiz gerekir. hacimsel genleşme katsayısıdeğil, aynı zamanda maruz kaldığı genişleme konteyner bu sıvıyı içeren
Sıvıların maruz kaldığı genişlemeye denir. hacimsel genişleme. Bu tip genişlemede, bir cismin tüm boyutları veya sıvısıvılar ve gazlar gibi, sıcaklıktaki bir artışa tepki olarak önemli artışlara uğrarlar. Bu fenomen, vücut moleküllerinin termal ajitasyonu nedeniyle ortaya çıkar: sıcaklık ne kadar yüksek olursa, daha geniş bir alanda hareket etmeye başlayan bu moleküllerin ajitasyonunun genliği o kadar büyük olur.
BakAyrıca: Hidrostatiğin Temel Kavramları
Hacimsel genişleme formülü
Aşağıdaki formülü kullanarak bir sıvının maruz kaldığı hacimsel genleşmeyi hesaplayabiliriz:
ΔV — hacim değişimi (m³)
V0— başlangıç hacmi (m³)
γ — hacimsel genleşme katsayısı (°C-1)
ΔT — sıcaklık değişimi (°C)
Yukarıda gösterilen formül, hacimdeki artışı hesaplamak için kullanılabilir (ΔV) sıcaklığındaki bir değişiklik nedeniyle bir sıvının (ΔT). Bazı cebirsel işlemlerle, yukarıdaki formülün aynısını, bir sıvının ısıtıldıktan sonra nihai hacmini doğrudan hesaplamamıza izin veren bir biçimde yazmak mümkündür, bakınız:
V - nihai sıvı hacmi
Her iki formülde de ne kadar olduğunu bilmek gerektiğini unutmayın. sabit yolarak bilinen hacimsel genleşme katsayısı. ºC cinsinden ölçülen bu büyüklük-1(Santigrat derece üzerinde 1 olarak okunur), sıcaklığındaki her 1°C'lik değişim için bir maddenin genleşmesinin ne kadar büyük olduğunu bize verir.
Hacimsel genleşme katsayısı
Hacimsel genleşme katsayısı bir fiziksel özellik Bu, bir cismin sıcaklığındaki belirli bir değişiklik için hacim değişikliğinin ne kadar büyük olduğunu ölçer. Bu miktar sabit değildir ve değeri sadece bazı sıcaklık aralıkları için sabit kabul edilebilir. bazılarına göz atın Tipik değerler 20 °C sıcaklıkta sıvı haldeki bazı maddelerin genleşme katsayıları:
Madde |
Hacimsel genleşme katsayısı (°C-1) |
Su |
1,3.10-4 |
Merkür |
1,8.10-4 |
Etil alkol |
11,2.10-4 |
aseton |
14,9.10-4 |
Gliserin |
4,9.10-4 |
Yukarıda belirtildiği gibi, hacimsel genleşme katsayısı bağımlılık ile sıcaklık, yani modülünüz ısınma veya soğuma sırasında dalgalanabilir. Bu nedenle, hesaplamaları yapmak için, V x T grafiğinin formatta olduğu sıcaklık aralıkları içindeki genleşme katsayılarını kullanırız. doğrusal. İzlemek:
T sıcaklıkları arasında1 ve T2, genişleme katsayısı sabittir.
Sıvıların görünür genişlemesi
Sıvıların görünür genleşmesi, sıvının hacmi tarafından belirlenir. taştı bu sıvıyla tamamen dolu bir kap varsa ısıtılmış. Bununla birlikte, kap, sıvının maruz kaldığı hacimsel değişime eşit bir hacim değişikliği yaşarsa, hiçbir sıvı taşmamalıdır.
Şekilde taşan sıvının hacmi, görünen genişlemeye karşılık gelir.
Görünür Genişleme Formülleri
Şişeden taşan sıvının hacmini hesaplamak için görünür genişleme formülünü kullanmalıyız, not edin:
ΔVap - görünür genişleme (m³)
V0 — ilk sıvı hacmi (m³)
γap — görünür hacimsel genleşme katsayısı (°C)-1)
ΔT — sıcaklık değişimi (°C)
Yukarıdaki formülde, ΔVap taşan sıvının hacmine karşılık gelirken, γap görünür genişleme katsayısıdır. Görünen genişleme katsayısının nasıl hesaplanacağını bilmek için, şişenin maruz kaldığı genişlemeyi hesaba katmalıyız (ΔVF) sıvıyı içeriyordu. Bunu yapmak için aşağıdaki formülü kullanacağız:
ΔVF — şişe genleşmesi (m³)
V0— şişenin ilk hacmi (m³)
γF - şişenin hacimsel genleşme katsayısı (°C-1)
ΔT — sıcaklık değişimi (°C)
Önceki ifadede, γF sıvıyı içeren kabın hacimsel genleşme katsayısını ifade eder ve ΔVF o şişenin genişlemesinin ne olduğunu ölçer. Böylece, sıvının maruz kaldığı gerçek genleşme (ΔV$) flakon genişlemesi ile görünen genişlemenin toplamı olarak hesaplanabilir, not edin:
ΔV$-gerçek sıvı dilatasyonu
ΔVap - görünür sıvı dilatasyonu
ΔV$ - gerçek flakon genişlemesi
Sunulan formüller ile bazı cebirsel işlemlerden sonra aşağıdaki sonuca ulaşmak mümkündür:
γ — gerçek sıvı genleşme katsayısı (°C)-1)
γF - şişenin hacimsel genleşme katsayısı (°C-1)
γap — görünür hacimsel genleşme katsayısı (°C)-1)
Yukarıdaki ilişki, sıvının gerçek genleşme katsayısının aşağıdaki formül kullanılarak bulunabileceğini gösterir. toplam arasında görünür genişleme katsayıları bu şişe genleşme katsayısı.
suyun anormal genişlemesi
Su var anormal davranış sıcaklıkları arasındaki termal genleşme ile ilgili olarak 0°C ve 4°C, anlayın: suyu 0°C'den 4°C'ye ısıtmak, hacim azalır, artırmak yerine. Bu nedenle sıvı haldeyken, yoğunluk suyun senin en yüksek değer sıcaklığı için 4°C. Aşağıdaki grafikler, sıcaklığının bir fonksiyonu olarak suyun yoğunluğunun ve hacminin davranışını anlamaya yardımcı olur, not edin:
4°C sıcaklıkta suyun yoğunluğu en yüksektir.
Bu davranışın bir sonucu olarak, alkolsüz içecekler veya su şişeleri, dondurucuda çok uzun süre bırakıldığında patlar. Su sıcaklığına ulaştığında 4°C, hacmi minimum sıvı su tarafından işgal edilir, soğutma devam ederse, su hacmi azalmak yerine artacaktır. su ulaştığında 0°C, suyun hacmi büyük ölçüde artarken, kabı kendi ölçümlerini azaltacak ve kırmak.
Dondurucuya giden suyla dolu şişeler 0°C'ye ulaştığında patlayabilir.
Suyun bu anormal davranışının bir başka sonucu da, nehir diplerinde donma yok çok soğuk bölgelerde. Su sıcaklığı 0 ºC'ye yaklaştığında yoğunluğu azalır ve ardından soğuk su yükselir. yüzdürme. Yükseldikçe, soğuk su donar ve nehirlerin üzerinde bir buz tabakası oluşturur. buz iyi olduğu için ısı yalıtkanı, nehirlerin dibi yaklaşık 4 ºC'de kalır, çünkü bu sıcaklıkta yoğunluğu maksimumdur ve nehirlerin dibinde kalma eğilimindedir.
Suyun anormal davranışının ardındaki neden moleküler bir kökene sahiptir: 0 °C ile 4 °C arasında, su arasındaki elektriksel çekim. su molekülleri, su molekülleri arasında mevcut olan hidrojen bağlarının varlığından dolayı termal ajitasyonun üstesinden gelir. Su.
BakAyrıca: Anormal su genleşmesi nasıl oluşur?
çözülmüş alıştırmalar
1) 25°C'den 225°C'ye ısıtıldığında 0,05 m3 genleşmeye uğrayan 1 m3'lük bir sıvı parçasının hacimsel genleşme katsayısını belirleyin.
Çözüm:
Hacimsel genleşme formülünü kullanarak söz konusu sıvının genleşme katsayısını hesaplayalım:
İfade tarafından sağlanan verileri bir önceki formüle uygulayarak aşağıdaki hesaplamayı yapacağız:
2) Hacimsel genleşme katsayısı 27.10 olan bir cam şişe-6 °C-1, 20 ºC sıcaklıkta 1000 ml termal kapasiteye sahiptir ve tamamen bilinmeyen bir sıvı ile doldurulur. Seti 120 ºC'ye ısıttığımızda kaptan 50 ml sıvı taşar. Görünen genişleme katsayılarını belirleyin; sıvının gerçek genleşme katsayısı; ve cam şişenin maruz kaldığı genişleme.
çözüm:
Görünen genişleme katsayısını hesaplayalım, bunun için aşağıdaki formülü kullanacağız:
Egzersiz verilerini kullanarak aşağıdaki hesaplamayı yapacağız:
Ardından, sıvının gerçek genleşme katsayısını hesaplayacağız. Bunu yapmak için, cam şişenin maruz kaldığı genişlemenin ne olduğunu hesaplamamız gerekiyor:
Alıştırma ifadesi tarafından sağlanan verileri değiştirerek aşağıdaki hesaplamayı çözmeliyiz:
Yukarıdaki hesaplama ile cam şişenin maruz kaldığı genleşmenin ne olduğunu belirledik. Bu nedenle, sıvının gerçek genleşmesini bulmak için, şişenin genleşme hacmine görünen genleşmenin hacmini eklemeniz yeterlidir:
Yukarıdaki cevapta elde edilen sonuç, flakon içindeki sıvının 52.7 ml'lik gerçek bir genleşmeye uğradığını gösterir. Son olarak sıvının gerçek genleşme katsayısını hesaplayalım:
Yukarıdaki formülü kullanarak, şuna eşit gerçek su genleşme katsayısını hesaplıyoruz:
Bu nedenle, bu sıvının termal genleşme katsayısı 5.27.10'dur.-4 °C-1.
Benden. Rafael Helerbrock
Kaynak: Brezilya Okulu - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/dilatacao-liquidos.htm