TERMISK DILATATION: KOEFFICIENT, TYPER OG ØVELSER - FYSISK - 2025

Den termiske ekspansion øges eller variation af forskellige metriske dimensioner (såsom længde eller volumen), der gennemgår en fysisk genstand eller krop. Denne proces sker på grund af stigningen i temperatur omkring materialet. I tilfælde af lineær udvidelse forekommer disse ændringer kun i en dimension.

Koefficienten for denne ekspansion kan måles ved at sammenligne størrelsen af ​​størrelsesordenen før og efter processen. Nogle materialer har det modsatte af termisk ekspansion. det vil sige, det bliver "negativt". Dette koncept foreslår, at nogle materialer sammentrækkes, når de udsættes for visse temperaturer.

Termisk ekspansion i vand

For faste stoffer anvendes en lineær ekspansionskoefficient til at beskrive deres ekspansion. På den anden side bruges en væskeudvidelseskoefficient for væsker til at udføre beregningerne.

I tilfælde af krystalliserede faste stoffer, hvis det er isometrisk, vil ekspansionen være generel i alle dimensioner af krystallen. Hvis det ikke er isometrisk, kan der findes forskellige udvidelseskoefficienter i hele glasset, og det vil ændre dets størrelse, når temperaturen ændres.

Termisk dilatationskoefficient

Den termiske ekspansionskoefficient (Y) er defineret som den ændringsradius, gennem hvilket et materiale passerer som følge af ændringen i dets temperatur. Denne koefficient er repræsenteret ved symbolet α for faste stoffer og β for væsker og styres af det internationale system af enheder.

Koefficienterne for termisk ekspansion varierer, når det kommer til fast stof, væske eller gas. Hver af dem har en anden særegenhet.

F.eks. Kan udvidelsen af ​​et fast stof ses langs en længde. Den volumetriske koefficient er en af ​​de mest basale med hensyn til væsker, og ændringerne er bemærkelsesværdige i alle retninger; Denne koefficient anvendes også ved beregning af udvidelsen af ​​en gas.

Negativ termisk ekspansion

Negativ termisk ekspansion forekommer i nogle materialer, som i stedet for at stige i størrelse med høje temperaturer, trækkes sammen på grund af lave temperaturer.

Denne type termisk ekspansion ses normalt i åbne systemer, hvor retningsinteraktioner observeres - som i tilfælde af is- eller i komplekse forbindelser - som det sker med nogle zeolitter, Cu2O, blandt andre.

Ligeledes har nogle undersøgelser vist, at negativ termisk ekspansion også forekommer i enkeltkomponentgitter i kompakt form og med en central kraftinteraktion.

Et klart eksempel på negativ termisk ekspansion kan ses, når vi tilsætter is til et glas vand. I dette tilfælde medfører den høje temperatur på væsken på isen ingen stigning i størrelse, men snarere reduceres størrelsen på isen.

typer

Ved beregning af udvidelsen af ​​et fysisk objekt skal det tages i betragtning, at afhængigt af temperaturen ændres, kan objektet stige eller samle sig i størrelse.

Nogle genstande kræver ikke en drastisk temperaturændring for at ændre deres størrelse, så det er sandsynligt, at værdien, der returneres ved beregningerne, er gennemsnitlig.

Som enhver proces er termisk ekspansion opdelt i flere typer, der forklarer hvert fænomen separat. For faste stoffer er typerne af termisk ekspansion lineær ekspansion, volumetrisk ekspansion og overfladeekspansion.

Lineær udvidelse

En enkelt variation dominerer i lineær udvidelse. I dette tilfælde er den eneste enhed, der gennemgår en ændring, objektets højde eller bredde.

En nem måde at beregne denne type dilation er ved at sammenligne værdien på størrelsesordenen før temperaturændringen med værdien på størrelsesordenen efter temperaturændringen.

Volumetrisk udvidelse

I tilfælde af volumetrisk ekspansion er måden at beregne den ved at sammenligne væskens volumen inden temperaturændringen med væskens volumen efter temperaturændringen. Formlen til beregning er:

Overfladen eller arealdilateringen

I tilfælde af overfladedilatation observeres en stigning i arealet af et legeme eller en genstand på grund af en ændring i dens temperatur ved 1 ° C.

Denne udvidelse fungerer til faste stoffer. Hvis vi også har den lineære koefficient, kan vi se, at størrelsen på objektet bliver 2 gange større. Formlen til beregning er:

A _f = A ₀

I dette udtryk:

y = koefficient for arealudvidelse

A ₀ = Startområde

A _f = Endelig område

T ₀ = Starttemperatur.

T _f = Endelig temperatur

Forskellen mellem arealdilatering og lineær udvidelse er, at i den første ser du en stigning ændring i objektets område, og i det andet er ændringen af ​​et enkelt enhedsmål (f.eks. Længden eller længden bredden af ​​det fysiske objekt).

eksempler

Første øvelse (lineær udvidelse)

Skinnerne, der udgør sporet af et tog lavet af stål, har en længde på 1500 m. Hvad vil længden være, når temperaturen går fra 24 til 45 ° C?

Løsning

Data:

Lο (startlængde) = 1500 m

L _f (endelig længde) =?

Tο (starttemperatur) = 24 ° C

T _f (slut temperatur) = 45 ° C

α (koefficient for lineær ekspansion svarende til stål) = 11 x ^10-6 ° C ^-1

Dataene er substitueret i følgende formel:

Du skal dog først kende værdien af ​​temperaturforskellen for at inkludere disse data i ligningen. For at opnå denne forskel skal den højeste temperatur trækkes fra den laveste.

Δt = 45 ° C - 24 ° C = 21 ° C

Når denne information er kendt, er det muligt at bruge den forrige formel:

Lf = 1500 m (1 + 21 ° C. 11 x ^10-6 ° C ^-1)

Lf = 1500 m (1 + 2,31 x ^10-4)

Lf = 1500 m (1.000231)

Lf = 1500.3465 m

Anden øvelse (overfladisk udvidelse)

I en gymnasium har et glaslager et areal på 1,4 m ^ 2, hvis temperaturen er 21 ° C. Hvad vil dets endelige areal være, når temperaturen stiger til 35 ° C?

Løsning

Af = A0

Af = 1,4 m ² 204,4 x ^10-6]

Af = 1,4 m ². 1,0002044

Af = 1.40028616 m ²

Hvorfor sker dilatation?

Alle ved, at alt materiale består af forskellige subatomære partikler. Ved at ændre temperaturen, enten hæve den eller sænke den, begynder disse atomer en bevægelsesproces, der kan ændre objektets form.

Når temperaturen hæves, begynder molekylerne at bevæge sig hurtigt på grund af stigningen i kinetisk energi, og dermed vil formens eller volumenet på objektet stige.

I tilfælde af negative temperaturer sker det modsatte, i dette tilfælde er volumen af ​​objektet en tendens til at samle sig på grund af lave temperaturer.

Referencer

1. Lineær, overfladisk og volumetrisk dilation - øvelser. Løst Gendannet den 8. maj 2018 fra Fisimat: fisimat.com.mx
2. Overfladisk dilatation - løste øvelser. Hentet den 8. maj 2018 fra Fisimat: fisimat.com.mx
3. Varmeudvidelse. Hentet den 8. maj 2018 fra Encyclopædia Britannica: britannica.com
4. Varmeudvidelse. Hentet den 8. maj 2018 fra Hyper Physics Concepts: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
5. Varmeudvidelse. Hentet den 8. maj 2018 fra Lumen Learning: kurser.lumenlearning.com
6. Varmeudvidelse. Hentet den 8. maj 2018 fra The Physics Hypertextbook: physics.info
7. Varmeudvidelse. Hentet den 8. maj 2018 fra Wikipedia: en.wikipedia.org.