ти рідини може страждати теплове розширення, а також тверді речовини при нагріванні. Розширення рідин відбувається при їх температурі збільшується, щоб його молекули були більш збудженими. Щоб визначити розширення об’єму рідини, нам потрібно знати її об'ємний коефіцієнт розширення, але також і розширення, яке зазнало контейнер що містить цю рідину.
Викликається дилатація, яку страждають рідини об'ємне розширення. При цьому типі розширення всі розміри тіла або рідина, як рідини та гази, зазнають значного підвищення у відповідь на підвищення температури. Це явище виникає внаслідок термічного збудження молекул тіла: чим вище температура, тим більша амплітуда збудження цих молекул, які починають рухатися у більшому просторі.
Дивисьтакож: Основні поняття гідростатики
Формула об'ємного розширення
Ми можемо розрахувати об’ємне розширення рідини, використовуючи наступну формулу:
ΔV - зміна обсягу (м³)
V0- початковий об'єм (м³)
γ - об'ємний коефіцієнт розширення (° С-1)
ΔT - зміна температури (° C)
Наведена вище формула може бути використана для розрахунку збільшення обсягу (
ΔV) рідини через зміну її температури (ΔT). За допомогою деяких алгебраїчних маніпуляцій можна написати ту саму формулу, що і вище, у форматі, що дозволяє нам безпосередньо розрахувати кінцевий об’єм рідини після її нагрівання, див .:
V - кінцевий об’єм рідини
Зауважимо, що в обох формулах необхідно знати, скільки константа γ, відомий як об'ємний коефіцієнт розширення. Ця величина, виміряна в ºC-1(Це читається: 1 градус Цельсія), це дає нам наскільки великим є розширення якоїсь речовини на кожні 1 ° C зміни температури.
Коефіцієнт об'ємного розширення
Об'ємний коефіцієнт розширення дорівнює a фізичне майно який вимірює, наскільки великою є зміна об’єму тіла для даної зміни його температури. Ця величина не є постійною, і її значення можна вважати постійним лише для деяких діапазонів температур. Перевірте деякі типові значення коефіцієнтів розширення деяких речовин у рідкому стані при температурі 20 ° C:
Речовина |
Коефіцієнт об'ємного розширення (° С-1) |
Вода |
1,3.10-4 |
Меркурій |
1,8.10-4 |
Етиловий спирт |
11,2.10-4 |
Ацетон |
14,9.10-4 |
Гліцерин |
4,9.10-4 |
Як зазначено вище, коефіцієнт об'ємного розширення має залежність за допомогою температури, тобто ваш модуль може коливатися під час розминки або охолодження. Тому для розрахунків ми використовуємо коефіцієнти розширення, що знаходяться в межах температурних діапазонів, де графік V x T має формат лінійний. Дивитися:
Між температурами T1 і Т2, коефіцієнт розширення постійний.
Явне розширення рідин
Уявне розширення рідин визначається об'ємом рідини, що є переповнений якщо ємність повністю заповнена цією рідиною з підігрівом. Однак, якщо ємність зазнає змін обсягу, рівних об'ємним варіаціям, які зазнає рідина, жодна рідина не повинна переливатися.
Об'єм рідини, переповненої на малюнку, відповідає видимому розширенню.
Формули очевидного розширення
Для того, щоб розрахувати об'єм рідини, яка переливається з пляшки, ми повинні скористатися формулою видимого розширення, зверніть увагу:
ΔVап - видиме розширення (м³)
V0 — початковий об'єм рідини (м³)
γап - видимий об'ємний коефіцієнт розширення (° С-1)
ΔT - зміна температури (° C)
У наведеній вище формулі ΔVап відповідає обсягу перелитої рідини, тоді як γап - очевидний коефіцієнт розширення. Для того, щоб знати, як розрахувати видимий коефіцієнт розширення, ми повинні взяти до уваги розширення, яке зазнає колба (ΔVF), що містила рідину. Для цього ми використаємо таку формулу:
ΔVF - розширення пляшки (м³)
V0- початковий об'єм пляшки (м³)
γF - коефіцієнт об'ємного розширення колби (° С-1)
ΔT - зміна температури (° C)
У попередньому виразі γF відноситься до коефіцієнта об'ємного розширення ємності, що містить рідину, і ΔVF вимірює, яким було розширення цієї пляшки. Таким чином, фактичне розширення, яке зазнає рідина (ΔVР.) може бути розрахована як сума видимого розширення з розширенням флакона, примітка:
ΔVР.—Фактичне розширення рідини
ΔVап - явне розширення рідини
ΔVР. - фактичне розширення флакона
Після деяких алгебраїчних маніпуляцій із представленими формулами можна досягти такого результату:
γ - реальний коефіцієнт розширення рідини (° С-1)
γF - коефіцієнт об'ємного розширення колби (° С-1)
γап - видимий об'ємний коефіцієнт розширення (° С-1)
Вищезазначена залежність вказує на те, що фактичний коефіцієнт розширення рідини можна знайти за допомогою сума між видимі коефіцієнти розширення це коефіцієнт розширення колби.
аномальне розширення води
Вода має a аномальна поведінка щодо теплового розширення між температурами 0 ° C і 4 ° C, розуміємо: нагрівання води від 0 ° C до 4 ° C, ваша обсяг зменшується, замість збільшення. З цієї причини в рідкому стані щільність води має ваш найвище значення для температури 4 ° C. Наведені нижче графіки допомагають зрозуміти поведінку густини та об’єму води як функції її температури, зверніть увагу:
При температурі 4 ° С густина води найвища.
В результаті такої поведінки безалкогольні напої або пляшки з водою лопаються, якщо їх занадто довго залишати в морозильній камері. Коли вода досягає температури 4 ° C, її об’єм мінімально зайнятий рідкою водою, якщо охолодження триватиме, об’єм води збільшиться, а не зменшиться. коли вода досягне 0 ° C, об'єм води значно збільшиться, тоді як його ємність зменшить власні виміри, спричиняючи її перерва.
Пляшки, наповнені водою, які йдуть до морозильної камери, можуть лопнути, коли досягнуть 0 ° C.
Іншим наслідком цієї аномальної поведінки води є відсутність замерзання дна річки в дуже холодних регіонах. Коли температура води наближається до 0 ºC, її щільність зменшується, а потім холодна вода піднімається через плавучість. Піднімаючись, холодна вода замерзає, утворюючи над річками шар льоду. як лід - це добре теплоізолятордно річок залишається приблизно на 4 ºC, оскільки при цій температурі його щільність максимальна і, як правило, залишається на дні річок.
Причина аномальної поведінки води має молекулярне походження: від 0 ° C до 4 ° C, електричне притягання між Молекули води долають термічне збудження завдяки існуванню водневих зв’язків, присутніх між молекулами води. Вода.
Дивисьтакож: Як відбувається аномальне розширення води?
розв’язані вправи
1) Визначте об'ємний коефіцієнт розширення порції рідини 1 м³, яка зазнає розширення 0,05 м³ при нагріванні від 25 ° C до 225 ° C.
Дозвіл:
Давайте обчислимо коефіцієнт розширення даної рідини, використовуючи формулу об'ємного розширення:
Застосувавши дані, надані твердженням, до попередньої формули, ми зробимо такий розрахунок:
2) Скляна колба, коефіцієнт об'ємного розширення якої становить 27,10-6 ° С-1, має теплову ємність 1000 мл при температурі 20 ºC і повністю заповнений невідомою рідиною. Коли ми нагріваємо набір до 120 ºC, 50 мл рідини виливається з ємності. Визначити видимі коефіцієнти розширення; фактичний коефіцієнт розширення рідини; і розширення, спричинене скляним флаконом.
Дозвіл:
Давайте обчислимо видимий коефіцієнт розширення, для цього скористаємось наступною формулою:
Використовуючи дані вправи, ми зробимо наступний розрахунок:
Далі ми розрахуємо фактичний коефіцієнт розширення рідини. Для цього нам потрібно розрахувати, яке розширення зазнала скляна пляшка:
Замінюючи дані, надані твердженням про вправу, ми маємо вирішити наступний розрахунок:
Розрахувавши вище, ми визначили, яке розширення зазнала скляна колба. Таким чином, щоб знайти реальне розширення рідини, просто додайте обсяг видимої дилатації до об’єму дилатації колби:
Результат, отриманий у відповіді вище, свідчить про те, що рідина всередині пляшки зазнала фактичного розширення 52,7 мл. Нарешті, давайте обчислимо реальний коефіцієнт розширення рідини:
Використовуючи наведену вище формулу, ми розраховуємо реальний коефіцієнт розширення води, який дорівнює:
Отже, коефіцієнт теплового розширення цієї рідини становить 5.27.10-4 ° С-1.
Мені Рафаель Хелерброк
Джерело: Бразильська школа - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/dilatacao-liquidos.htm
