Tepelná dilatácia

Vysvetľujeme, čo je tepelná dilatácia, typy, ktoré existujú, a uvádzame niekoľko príkladov

Tepelná dilatácia

Čo je tepelná dilatácia?

Ten Tepelná dilatácia o Tepelná expanzia je zvýšenie rozmerov tela, keď sa zahrievajú. Stáva sa to takmer s všetkými materiálmi, s výnimkou niektorých, ktoré sa rozširujú, napríklad, ako napríklad voda a kyselina octová.

Vysvetlenie javu spočíva v tepelnom agitácii častíc. Podľa kinetickej teórie nie sú molekuly, ktoré tvoria látky.

V pevných látkach častice kmitajú okolo pevného bodu, ale zvýšením teploty rastie amplitúda kmitania a v dôsledku toho sa objekt rozširuje.

Táto vlastnosť materiálov rozširovania teploty sa používa v mnohých aplikáciách, napríklad v bimetalickej tekutine a prúžkoch, sú zložené určitým spôsobom zvýšením teploty a týmto spôsobom sa môžu obvody otvoriť alebo zatvoriť.

Niekedy však tepelná dilatácia spôsobuje nepríjemnosti, ako v prípade živíc používaných na liečbu zubného rozkladu. Tieto živice sa rozširujú s teplom rýchlejšie ako zuby, čo spôsobuje nepohodlie pri požití horúcích nápojov.

Ak sa tepelná expanzia nezohľadňuje pri tvorbe dizajnu, kus alebo objekt môže stratiť funkčnosť, keď sa z nejakého dôvodu zvyšuje teplota.

Typy tepelnej dilatácie

Tieto železničné koľajnice sú postavené a zanechávajú medzeru alebo medzeru, takže tepelná dilatácia nespôsobuje vnútorné napätie, ktoré deformujú koľajnice

Väčšina materiálov sa pri zahrievaní rozširuje, ale niekoľko z nich robí práve opak, takže v zásade existujú dva typy tepelných expanzií:

• Najčastejšie, čo sa vyskytuje, keď zvyšovanie materiálu jednoducho jeho rozmery s teplotou a nazývajú sa dilatácia ani Tepelná rozťažnosť.
• Negatívna tepelná expanzia, Ak je látka pokrčiť plecami, keď.

Môže vám slúžiť: prenos žiarenia (s príkladmi)

Podľa prevládajúcich rozmerov v objekte môže byť tepelná expanzia lineárne, povrchné alebo objemové. Napríklad, ak máte tenký drôt alebo tyč, objekt je predĺžený a dilatácia je lineárna, pretože dĺžka je primárne upravená.

Na druhej strane, keď sa zahrieva tenký list, zvyšuje sa jej povrchová oblasť, zatiaľ čo trojrozmerný objekt zvyšuje svoj objem. V každom z týchto prípadov existuje jednoduchá rovnica, ktorá je splnená v dobrom teplotnom rozmedzí.

1. Lineárna dilatácia

Zmena dĺžky tenkej tyče, tyče alebo drôtu je označená ako AL a je priamo úmerná zmene teploty ΔT a pôvodnej dĺžke L_ani:

ΔL = a⋅l_aniΔt

Kde:

• ΔL = konečná dĺžka - počiatočná dĺžka = l_F - L_ani
• Δt = konečná teplota - počiatočná teplota = t_F - Tón_ani
• α je konštantná proporcionalita, ktorá sa nazýva koeficient lineárneho rozširovania , Pozitívne, ak sa dĺžka zvyšuje s teplotou.

Hodnoty a pre rôzne látky v teplotných inverzných jednotkách sú takmer vždy pri 20 ° C, hoci hodnota zostáva konštantná v dobrom teplotnom rozsahu.

Predchádzajúcu rovnicu je možné prepísať na priame vypočítanie konečnej dĺžky:

L_F = L_ani + aL_aniΔt = l_ani(1 + aAt)

2. Povrchná dilatácia

Analogické s predchádzajúcou rovnicou pre laminu s počiatočným povrchom S_ani , Je možné preukázať, že nový povrch S_F Je daný:

Siež_F = S_ani + 2a_ani Δt

3. Objemová dilatácia

Nakoniec pre pôvodný objekt hlasitosti v_ani , Nový zväzok V_F je:

Vložka_F = V_ani + 3a v_ani Δt

Príklady tepelnej dilatácie

Horúci vzduch v balóne

Vzduch vo svete sa rozširuje, keď sa zahrieva. Je vhodné, aby ste ho nepriblížili k plameni

Pri zahrievaní vzduchu vo vnútri balóna sa nafúkne, pretože plyn vo vnútri sa rozširuje kvôli zvýšeniu teploty. Ľahko sa skontroluje zakrytím sklenenej fľaše vypusteným balónom, ktorý je ponorený do horúcej vody. Čoskoro je zrejmé, že balón začne nafúknuť.

Môže vám slúžiť: Materiálová mechanika: História, oblasť štúdia, aplikácie

Rozširujúce spojy na chodníkoch a cestách

Rozširovaná doska na tvare zubov na betónovom moste

Pri konštrukcii chodníkov a dopravných trás sa pre rozširovacie spojy ponecháva okraj, pozostávajúca z oddelenia medzi doskami, takže keď sa teplota zvyšuje, nepraskajú prasknutie.

Na diaľniciach a betónových mostoch sú priestory ponechané s flexibilným materiálom alebo s expanznými spojmi vo forme zubov, ktoré sa navzájom stúpajú a zanechávajú priestory. Týmto spôsobom existuje marža, aby sa betón rozšíril a sťahoval sa so zmenami teploty.

Zlomeniny v skle

Sklenené praskliny pred náhlymi zmenami teploty. Ak je studené sklo naplnené veľmi horúcou vodou, materiál sa zahreje a na niektorých miestach spôsobuje expanziu, čo spôsobuje vnútorné napätie, ktoré vedú k zlomeninám.

Na rozdiel od toho, čo sa považuje, silné sklenené praskliny ľahšie ako tenké sklo. Je to kvôli skutočnosti, že čím riedidlo je materiál, tým rýchlejšie sa teplo distribuuje, takže nie je čas, aby sa objavilo vnútorné napätie.

Zamrznutie vody

Voda je príkladom negatívnej tepelnej expanzie, to znamená, že pri chladení sa rozširuje, jav, ktorý sa vyskytuje medzi 0 a 4 ° C. Ako je známe, keď mrazí úplne plnú fľašu vody, praskne.

Táto kvalita vody však umožňuje pozadie riek a jazera.

Môže vám slúžiť: latentné teplo

Elektrické ležanie

Elektrické kladiace káble nie sú umiestnené v priamke medzi dvoma stĺpmi, ale ponechávajú trochu okraja, aby sa trochu zavesili, čím sa vytvorí krivka. Je to preto, že keď je počasie veľmi chladné, vedenie má tendenciu uzatvárať sa.

Na druhej strane, keď je počasie veľmi horúce, je bežné vidieť, že elektrické kladiace káble sa veľa uvoľňujú a veľa zavesia.

Nožnice na lietadlá

V lietadlách sa používajú hliník vyrobený na spojenie s časťami a sú vždy vyrobené väčšie ako zodpovedajúci otvor. Potom, ako ich vložíte na svoje miesto, musíte ich uzavrieť a ochladiť ich suchým ľadom.

Existuje veľa dôvodov, prečo sú nity uprednostňované raz z zvárania pre lietadlá. Napríklad typ hliníka použitého pri výrobe lietadiel je ťažké zvárať a aj keď sa dosiahne, zváranie končí oslabením materiálu. Na druhej strane je ľahšie skontrolovať a opraviť nity ako zvary.

Cvičenie

Tenká tyč vyrobená z bronzových meraní 0.5 m dlhé do 20.0 ° C. Vypočítajte dĺžku tyče, keď sa zahrieva na 50.0 ° C, s vedomím, že lineárny dilatačný koeficient bronzu pri 20 ° C je: 19 × 10^-6 ° C^-1 .

Riešenie

Keďže tyč je tenká, platí rovnica pre lineárnu expanziu:

L_F = L_ani (1 + aAt)

Stačí nahradiť hodnoty, ktoré sa zobrazujú vo vyhlásení:

Δt = (50,0 −20,0) ° C = 30,0 ° C

L_F = 0.5 (1 + 19 × 10^-6 × 30) m = 0.500285 m