TERMINEN DILAATIO: KERROIN, TYYPIT JA HARJOITUKSET - FYYSINEN - 2026

Lämpölaajeneminen on lisääntynyt tai vaihtelu eri Millimetrimittaiset (kuten pituus tai tilavuus), joka käy läpi fyysinen objekti tai elin. Tämä prosessi tapahtuu materiaalin ympäröivän lämpötilan nousun vuoksi. Lineaarisen dilaation tapauksessa nämä muutokset tapahtuvat vain yhdessä ulottuvuudessa.

Tämän laajenemiskerroin voidaan mitata vertaamalla suuruusluokan arvoa ennen prosessia ja sen jälkeen. Jotkut materiaalit kärsivät päinvastoin lämpölaajenemisesta; eli siitä tulee "negatiivinen". Tämä käsite ehdottaa, että jotkut materiaalit supistuvat, kun ne altistetaan tietyille lämpötiloille.

Lämpölaajeneminen vedessä

Kiinteille aineille käytetään lineaarista laajenemiskerrointa niiden laajenemisen kuvaamiseen. Toisaalta nesteille käytetään laskelmien suorittamiseksi tilavuuslaajenemiskerrointa.

Kiteytettyjen kiinteiden aineiden tapauksessa, jos se on isometrinen, laajeneminen on yleistä kaikissa kiteen mitoissa. Jos se ei ole isometrinen, lasista löytyy erilaisia ​​laajenemiskertoimia, ja se muuttaa kokoa lämpötilan muuttuessa.

Terminen dilataatiokerroin

Lämpölaajenemiskerroin (Y) määritellään muutossäteeksi, jonka läpi materiaali läpäisi lämpötilansa muutoksen vuoksi. Tätä kerrointa edustaa tunnus α kiinteille aineille ja β nesteille, ja sitä ohjaa kansainvälinen yksikköjärjestelmä.

Lämpölaajenemiskertoimet vaihtelevat kiinteän, nestemäisen tai kaasun suhteen. Jokaisella niistä on erilainen erikoisuus.

Esimerkiksi kiinteän aineen laajentuminen voidaan nähdä pitkin pituutta. Tilavuuskerroin on nesteiden suhteen yksi alkeellisimmista, ja muutokset ovat merkittäviä kaikkiin suuntiin; Tätä kerrointa käytetään myös laskettaessa kaasun laajenemista.

Negatiivinen lämpölaajeneminen

Negatiivista lämpölaajenemista esiintyy joissakin materiaaleissa, jotka sen sijaan, että kasvavat koon kanssa korkeissa lämpötiloissa, supistuvat alhaisten lämpötilojen takia.

Tämän tyyppinen lämpölaajeneminen nähdään yleensä avoimissa järjestelmissä, joissa havaitaan suunnattuja vuorovaikutuksia - kuten jäässä tai kompleksisissa yhdisteissä - kuten tapahtuu joidenkin zeoliittien, muun muassa Cu2O: n kanssa.

Samoin jotkut tutkimukset ovat osoittaneet, että negatiivinen lämpölaajeneminen tapahtuu myös yksikomponenttisissa hiiloissa kompakteina ja keskitetyn voimavuorovaikutuksen kanssa.

Selkeä esimerkki negatiivisesta lämpölaajenemisesta voidaan nähdä, kun lisäämme jäätä lasilliseen vettä. Tässä tapauksessa nesteen korkea lämpötila jäällä ei aiheuta koon nousua, vaan pikemminkin jään koko pienenee.

Tyypit

Laskettaessa fyysisen esineen laajentumista on otettava huomioon, että mainittu esine voi lämpötilan muutoksesta riippuen kasvaa tai supistua kooltaan.

Jotkut esineet eivät vaadi radikaaleja lämpötilan muutoksia koon muuttamiseksi, joten on todennäköistä, että laskelmien palauttama arvo on keskimääräinen.

Kuten mikä tahansa prosessi, lämpölaajeneminen on jaettu useisiin tyyppeihin, jotka selittävät jokaisen ilmiön erikseen. Kiintoaineiden tapauksessa lämpölaajenemismuodot ovat lineaarinen laajeneminen, tilavuuslaajeneminen ja pinnan laajeneminen.

Lineaarinen dilaatio

Yksittäinen variaatio on hallitseva lineaarisessa dilaatiossa. Tässä tapauksessa ainoa muutoksen läpikäyvä yksikkö on esineen korkeus tai leveys.

Helppo tapa laskea tämäntyyppinen dilaatio on vertaamalla lämpötilan muutosta edeltävän suuruusarvon arvoa lämpötilan muutoksen jälkeisen suuruusluokan arvoon.

Tilavuuslaajennus

Tilavuuslaajenemisen tapauksessa tapa laskea se on vertaamalla nesteen tilavuutta ennen lämpötilan muutosta nesteen tilavuuteen lämpötilan muutoksen jälkeen. Kaava sen laskemiseksi on:

Pinnan tai alueen laajentuminen

Pinnallisen dilataation tapauksessa havaitaan ruumiin tai esineen pinnan lisääntyminen johtuen sen lämpötilan muutoksesta 1 ° C: ssa.

Tämä laajennus toimii kiinteille aineille. Jos meillä on myös lineaarinen kerroin, voidaan nähdä, että objektin koko on 2 kertaa suurempi. Kaava sen laskemiseksi on:

A _f = A ₀

Tässä ilmaisussa:

γ = alueen laajenemiskerroin

A ₀ = Alkualue

A _f = Lopullinen alue

T ₀ = Lämpötila.

T _f = lopullinen lämpötila

Ero pinta- ja lineaarisen dilaation välillä on se, että ensimmäisessä näet objektin pinta-alan muutoksen lisääntymisen ja toisessa muutos on yhden yksikön mitta (kuten pituus tai fyysisen esineen leveys).

esimerkit

Ensimmäinen harjoitus (lineaarinen dilaatio)

Kiskojen, jotka muodostavat teräksestä valmistetun junaradan, on pituus 1500 m. Mikä on pituusaste, kun lämpötila laskee 24 - 45 ° C?

Ratkaisu

tiedot:

Lο (alkuperäinen pituus) = 1500 m

L _f (lopullinen pituus) =?

Tο (lähtölämpötila) = 24 ° C

T _f (lopullinen lämpötila) = 45 ° C

α (terästä vastaava lineaarisen laajenemiskerroin) = 11 x ^10-6 ° C ^-1

Tiedot korvataan seuraavalla kaavalla:

Sinun on kuitenkin ensin tiedettävä lämpötilaeron arvo, jotta nämä tiedot sisällytetään yhtälöön. Tämän eron saavuttamiseksi korkein lämpötila on vähennettävä alimmasta.

AT = 45 ° C - 24 ° C = 21 ° C

Kun nämä tiedot ovat tiedossa, on mahdollista käyttää edellistä kaavaa:

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

Toinen harjoitus (pinnallinen laajentuminen)

Lukiossa lasikaupan pinta-ala on 1,4 m ^ 2, jos lämpötila on 21 ° C. Mikä on sen lopullinen pinta-ala lämpötilan noustessa 35 ° C: seen?

Ratkaisu

Af = A0

Af = 1,4 m ² 204,4 x 10 ^-6]

Af = 1,4 m ². 1,0002044

Af = 1,40028616 m ²

Miksi dilaatio tapahtuu?

Kaikki tietävät, että kaikki materiaalit koostuvat erilaisista subatomisista hiukkasista. Muuttamalla lämpötilaa, joko nostamalla tai laskemalla sitä, nämä atomit aloittavat liikeprosessin, joka voi muuttaa esineen muotoa.

Lämpötilan noustessa molekyylit alkavat liikkua nopeasti kineettisen energian lisääntymisen vuoksi, ja siten esineen muoto tai tilavuus kasvaa.

Negatiivisten lämpötilojen tapauksessa tapahtuu päinvastoin, tässä tapauksessa esineen tilavuudella on taipumus supistua alhaisten lämpötilojen takia.

Viitteet

1. Lineaarinen, pinnallinen ja volyyttinen dilaatio - harjoitukset. Päätettiin palauttaa 8. toukokuuta 2018, Fisimat: fisimat.com.mx
2. Pintainen dilaatio - ratkaistuja harjoituksia. Haettu 8. toukokuuta 2018, Fisimat: fisimat.com.mx
3. Lämpölaajeneminen. Haettu 8. toukokuuta 2018, Encyclopædia Britannica: britannica.com
4. Lämpölaajeneminen. Haettu 8. toukokuuta 2018, hyperfysiikan käsitteistä: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
5. Lämpölaajeneminen. Haettu 8. toukokuuta 2018, Lumen Learning -sivustolta: kurssit.lumenlearning.com
6. Lämpölaajeneminen. Haettu 8. toukokuuta 2018, The Physics Hypertextbookista: physics.info
7. Lämpölaajeneminen. Haettu 8. toukokuuta 2018, Wikipediasta: en.wikipedia.org.