Tepelná dilatácia, koeficient, typy a cvičenia

tepelná rozťažnosť je zväčšenie alebo zmena rôznych metrických rozmerov (ako je dĺžka alebo objem), ktoré utrpí telo alebo fyzický predmet. Tento proces nastáva v dôsledku zvýšenia teploty materiálu. V prípade lineárnej dilatácie sa takéto zmeny vyskytujú v jedinom rozmere.

Koeficient tejto dilatácie sa môže merať porovnaním hodnoty množstva pred a po procese. Niektoré materiály trpia opakom tepelnej rozťažnosti; to znamená, že sa stáva "negatívnym". Tento koncept navrhuje, aby sa niektoré materiály pri vystavení určitým teplotám stiahli.  

Pokiaľ ide o tuhé látky, na opis jeho expanzie sa používa lineárny koeficient rozťažnosti. Na druhej strane sa na uskutočnenie výpočtov používa pre objemy objemový koeficient expanzie.

V prípade kryštalizovaných tuhých látok, ak je izometrický, bude dilatácia všeobecná vo všetkých rozmeroch kryštálu. Ak to nie je izometrické, pozdĺž kryštálu možno nájsť rôzne koeficienty expanzie a pri zmene teploty sa zmení jeho veľkosť..

index

• 1 Koeficient tepelnej rozťažnosti
• 2 Negatívna tepelná rozťažnosť
• 3 Typy
  • 3.1 Lineárna expanzia
  • 3.2 Objemová dilatácia
  • 3.3 Povrchová alebo plošná dilatácia
• 4 Príklady
  • 4.1 Prvé cvičenie (lineárna dilatácia)
  • 4.2 Druhé cvičenie (povrchná dilatácia)
• 5 Prečo dochádza k dilatácii??
• 6 Referencie

Koeficient tepelnej rozťažnosti

Koeficient tepelnej rozťažnosti (Y) je definovaný ako polomer zmeny, ktorým prechádza materiál v dôsledku zmeny jeho teploty. Tento koeficient je reprezentovaný symbolom α pre tuhé látky a β pre kvapaliny a je riadený Medzinárodným systémom jednotiek.

Koeficienty tepelnej rozťažnosti sa menia, pokiaľ ide o pevnú látku, kvapalinu alebo plyn. Každý má inú zvláštnosť.

Napríklad dilatácia pevnej látky môže byť pozorovaná pozdĺž dĺžky. Volumetrický koeficient je jedným z najzákladnejších, čo sa týka kvapalín a zmeny sú pozoruhodné vo všetkých smeroch; tento koeficient sa používa aj pri výpočte expanzie plynu.

Negatívna tepelná rozťažnosť

Negatívna tepelná rozťažnosť sa vyskytuje v niektorých materiáloch, ktoré namiesto zvyšovania ich veľkosti pri vysokých teplotách spôsobujú kontrakciu v dôsledku nízkych teplôt.

Tento typ tepelnej rozťažnosti je zvyčajne pozorovaný v otvorených systémoch, kde sú pozorované smerové interakcie - v prípade ľadu alebo v komplexných zlúčeninách - ako v prípade niektorých zeolitov, okrem iného Cu2O..

Niektoré výskumy tiež ukázali, že negatívna tepelná rozťažnosť sa vyskytuje aj v jednozložkových mriežkach v kompaktnej forme a v interakcii s centrálnou silou.

Jasný príklad negatívnej tepelnej rozťažnosti možno vidieť pri pridaní ľadu do pohára vody. V tomto prípade vysoká teplota kvapaliny na ľade nespôsobuje žiadne zvýšenie veľkosti, ale skôr zmenšuje jej veľkosť.

typ

Pri výpočte dilatácie fyzického objektu je potrebné vziať do úvahy, že v závislosti od zmeny teploty sa môže predmet zväčšiť alebo zmenšiť jeho veľkosť.

Niektoré objekty nevyžadujú drastickú zmenu teploty, aby sa zmenila ich veľkosť, takže je pravdepodobné, že hodnota vyvolaná výpočtami je priemerná..

Rovnako ako všetky procesy, tepelná rozťažnosť je rozdelená do niekoľkých typov, ktoré vysvetľujú každý jav samostatne. V prípade pevných látok sú typmi tepelnej rozťažnosti lineárna dilatácia, objemová dilatácia a povrchová dilatácia.

Lineárna dilatácia

Pri lineárnej dilatácii prevláda jedna variácia. V tomto prípade je jedinou jednotkou, ktorá prechádza zmenou, výška alebo šírka objektu.

Jednoduchý spôsob výpočtu tohto typu dilatácie je porovnaním hodnoty množstva pred zmenou teploty s hodnotou množstva po zmene teploty..

Objemová dilatácia

V prípade objemovej dilatácie je spôsob, ako ju vypočítať, porovnaním objemu tekutiny pred zmenou teploty s objemom tekutiny po zmene teploty. Vzorec na jeho výpočet je:

Povrchová alebo plošná dilatácia

V prípade povrchovej dilatácie je pozorované zvýšenie plochy tela alebo predmetu pri zmene teploty na 1 ° C..

Táto dilatácia funguje pre pevné látky. Ak máte aj lineárny koeficient, môžete vidieť, že veľkosť objektu bude dvakrát väčšia. Vzorec na jeho výpočet je:

_F = A₀ [1 + YA (T_F - T₀)]

V tomto výraze:

γ = koeficient rozťažnosti plochy [° C^-1]

₀ = Počiatočná oblasť

_F = Konečná oblasť

T₀ = Počiatočná teplota.

T_F = Konečná teplota

Rozdiel medzi dilatáciou v oblasti a lineárnou dilatáciou je ten, že v prvom prípade dochádza k zmene nárastu v oblasti objektu av druhej je zmena v jednotkovom meraní (pretože to môže byť dĺžka alebo šírka fyzického objektu).

Príklady

Prvé cvičenie (lineárna dilatácia)

Koľajnice, ktoré tvoria koľaj vlaku postaveného z ocele, majú dĺžku 1500 m. Aká bude dĺžka v čase, keď sa teplota pohybuje od 24 do 45 ° C?

riešenie

údaje:

L0 (počiatočná dĺžka) = 1500 m

L_F (konečná dĺžka). \ t ?

Tο (počiatočná teplota) = 24 ° C

T_F (konečná teplota) = 45 ° C

α (lineárny koeficient rozťažnosti zodpovedajúci oceli) = 11 x 10^-6 ° C^-1

Údaje sa nahrádzajú nasledujúcim vzorcom:

Najprv však musíme poznať hodnotu teplotného rozdielu, aby sme mohli zahrnúť tieto údaje do rovnice. Ak chcete získať tento rozdiel, musíte odpočítať najvyššiu teplotu od najnižšej.

At = 45 ° C - 24 ° C = 21 ° C

Keď je táto informácia známa, je možné použiť predchádzajúci vzorec:

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

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

Lf = 1500 m (1 000231)

Lf = 1500,3465 m

Druhé cvičenie (povrchná dilatácia)

Na strednej škole má predaj skla rozlohu 1,4 m ^ 2, ak je teplota na 21 ° C. Aká bude vaša konečná plocha pri zvýšení teploty na 35 ° C?

riešenie

Af = A0 [1 + (Tf - T0)]

Af = 1,4 m² [1] 204,4 x 10^-6]

Af = 1,4 m² . 1.0002044

Af = 1,40028616 m²

Prečo dochádza k dilatácii?

Každý vie, že všetok materiál sa skladá z rôznych subatomárnych častíc. Zmenou teploty, buď zvýšením alebo znížením, tieto atómy začnú proces pohybu, ktorý môže zmeniť tvar objektu.

Keď teplota stúpa, molekuly sa v dôsledku zvyšovania kinetickej energie začínajú rýchlo pohybovať, a preto sa tvar alebo objem objektu zvýši..

V prípade záporných teplôt sa opakuje, v tomto prípade sa objem predmetu zvyčajne znižuje pri nízkych teplotách.

referencie

1. Lineárna, povrchová a objemová dilatácia - cvičenia. Vyriešené Obnovené 8. mája 2018, z Fisimat: fisimat.com.mx
2. Povrchová dilatácia - cvičenia vyriešené. Získané dňa 8. mája 2018, z Fisimat: fisimat.com.mx
3. Tepelná expanzia. Získané dňa 8. mája 2018, od Encyclopædia Britannica: britannica.com
4. Tepelná expanzia. Získané 8. mája 2018, z Hyper Physics Concepts: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
5. Tepelná expanzia. Získané dňa 8. mája 2018, z Lumen Learning: courses.lumenlearning.com
6. Tepelná expanzia. Získané dňa 8. mája 2018, z Fyzikálnej Hypertextbook: physics.info
7. Tepelná expanzia. Získané dňa 8. mája 2018, z Wikipédie: en.wikipedia.org.