Čo je objemová dilatácia? (S príkladmi)

Ten objemová dilatácia Je to fyzikálny jav, ktorý znamená variáciu v troch rozmeroch tela. Objem alebo rozmery väčšiny látok sa zvyšujú, keď sú vystavené tepla; Toto je jav známy ako tepelná dilatácia, existujú však aj látky, ktoré sa sťahujú pri zahrievaní.

Aj keď sú zmeny objemu relatívne malé pre tuhé látky, majú veľký technický význam, najmä v situáciách, keď sa požaduje spojenie materiálov, ktoré sa rozširujú odlišne.

Tvar niektorých tuhých látok trpí skreslením, keď je zahrievaný a môže sa rozširovať v niektorých smeroch a v iných sa sťahovať. Ak sa však v určitom počte dimenzií vyskytuje iba dilatácia, existuje klasifikácia pre takéto expanzie:

• Lineárna dilatácia sa vyskytuje, keď prevažuje variácia v konkrétnej dimenzii, ako je dĺžka, široká alebo vysoká časť tela.
• Povrchová dilatácia je taká, že v prípade, že variácia prevláda v dvoch z troch rozmerov.
• Nakoniec objemová dilatácia znamená zmenu troch rozmerov tela.

[TOC]

Základné koncepcie súvisiace s tepelnou dilatáciou

Termálna energia

Záležitosť je tvorená atómami, ktoré sú v nepretržitom pohybe, buď pohybujúce sa alebo vibračné. Kinetická energia (alebo pohyb), s ktorou sa pohybujú atómy, nazývajú tepelná energia, tým rýchlejšie sa pohybujú, tým väčšia tepelná energia má.

Zahrievať

Teplo je tepelná energia prenesená medzi dvoma alebo viacerými látkami alebo z jednej časti látky do druhej na makroskopickom meradle. To znamená, že horúce telo môže dať časť svojej tepelnej energie a ovplyvniť telo blízko k nej.

Množstvo prenesenej tepelnej energie závisí od povahy blízkeho tela a prostredia, ktoré ich oddeľuje.

Teplota

Koncept teploty je nevyhnutný na štúdium tepelných účinkov, teplota tela je miera jeho schopnosti preniesť teplo do iných telies.

Môže vám slúžiť: reakčná entalpia: Definícia, termochémia, cvičenia

Dve telá v vzájomnom kontakte alebo oddelené adekvátnymi prostriedkami (tepelný vodič) bude pri rovnakej teplote, ak medzi nimi nedochádza k tepelnému toku. Podobne bude teleso X pri teplote vyššej ako teplota tela a ak teplo tečie z x a a.

Aké sú základné vlastnosti tepelnej dilatácie?

Jasne to súvisí s zmenou teploty pri vyššom rozširovaní teploty. Závisí to tiež od vnútornej štruktúry materiálu, v teplomeri je expanzia ortuti oveľa väčšia ako rozšírenie skla, ktorá ho obsahuje.

Aká je základná príčina tepelnej dilatácie?

Zvýšenie teploty znamená zvýšenie kinetickej energie jednotlivých atómov v látke. V tuhej látke sú na rozdiel od plynu, atómy alebo molekuly úzko spolu, ale ich kinetická energia (vo forme malých a rýchlych vibrácií) sa od seba oddeľuje od seba k atómom alebo molekúl.

Toto oddelenie medzi susednými atómami sa zvyšuje a vedie k zvýšeniu veľkosti tuhej látky.

Pre väčšinu látok v bežných podmienkach neexistuje preferenčný smer, v ktorom dochádza k tepelnej dilatácii, a zvýšenie teploty zvýši veľkosť tuhej látky určitou frakciou v každej dimenzii.

Lineárna dilatácia

Najjednoduchším príkladom expanzie je rozšírenie v rozmere (lineárne). Experimentálne sa zistilo, že zmena dĺžky AL látky je úmerná zmene teploty AT a počiatočnou dĺžkou lo (obrázok 1). Môžeme to reprezentovať takto:

Dl = aodt

kde a je koeficient proporcionality nazývaný koeficient lineárneho dilatácie a je charakteristický pre každý materiál. Niektoré hodnoty tohto koeficientu sú uvedené v tabuľke a.

Lineárny dilatačný koeficient je vyšší pre materiály, ktoré majú väčšiu expanziu pre každý stupeň Celgigrade, ktorý zvyšuje jeho teplotu.

Môže vám slúžiť: Mladý modul: výpočet, aplikácie, príklady, cvičenia

Povrchná dilatácia

Ak sa rovina vezme do pevného tela, takže táto rovina je tá, ktorá trpí tepelnou expanziou (obrázok 2), zmena v oblasti AA je daná:

DA = 2AA0

Kde ΔA je zmena v počiatočnej oblasti AO, t je zmena teploty a a je lineárny dilatačný koeficient.

Objemová dilatácia

Rovnako ako v predchádzajúcich prípadoch, zmena objemu AV sa môže priblížiť s pomerom (obrázok 3). Táto rovnica je zvyčajne napísaná takto:

Dv = bvodt

kde p je objemový koeficient dilatácie a je približne rovný 3∝ λ∝ τ∝ ßλ∝ 2 Hodnoty objemových expanzných koeficientov pre niektoré materiály sú uvedené.

Vo všeobecnosti sa látky rozšíria pri zvýšení teploty, voda je najdôležitejšou výnimkou z tohto pravidla. Voda sa rozširuje, keď sa jej teplota zvýši, keď je väčšia ako 4 ° C.

Rozširuje sa však aj znížením svojej teploty v intervale 4 ° C na 0 ° C. Tento účinok je možné pozorovať, keď sa voda vloží do chladničky, voda sa rozširuje pri zmrazení a je ťažké vyťažiť ľad z nádoby uvedeným expanziou.

Príklady

Rozdiely v objemovej dilatácii môžu viesť k zaujímavým účinkom na benzínovej stanici. Príkladom je odkvapkávanie benzínu v nádrži, ktorá bola práve vyplnená na horúci deň.

Benzín ochladzuje oceľovú nádrž, keď sa rozliaje, a benzín a nádrž sa rozširujú s okolitou teplotou vzduchu. Benzín však dilatuje oveľa rýchlejšie ako oceľ, a tak sa vyskytuje kvapkanie mimo nádrže.

Môže vám slúžiť: citlivé teplo: koncept, vzorce a cvičenia vyriešené

Rozdiel v dilatácii medzi benzínom a nádržou, ktorá ho obsahuje, môže spôsobiť problémy čítaním ukazovateľa hladiny paliva. Množstvo benzínu (hmotnosť), ktorá zostáva v nádrži, keď indikátor dosiahne na úrovni vákua, je v lete oveľa nižšie ako v zime.

Benzín má rovnaký objem v oboch staniciach, keď sa zapne výstražné svetlo, ale pretože benzínové dilaty v lete má nižšiu hmotu.

Ako príklad je možné zvážiť benzínovú nádrž s plnou oceľou s kapacitou 60L. Ak je teplota nádrže a benzínu 15 ° C, koľko benzínu sa rozliaje v čase, keď dosiahne teplotu 35 ° C?

Tank a benzín sa zvýši objem v dôsledku zvýšenia teploty, ale benzín sa zvýši viac ako nádrž. Takže rozliaty benzín bude rozdiel v zmenách objemu. Volumetrická dilatačná rovnica sa potom môže použiť na výpočet zmien objemu:

Objem rozliaty zvýšením teploty je potom:

Kombinácia týchto 3 rovníc v jednej, máte:

Tabuľka 2 získala hodnoty koeficientu objemového dilatácie, nahradenie hodnôt:

Aj keď je toto množstvo rozliateho benzínu relatívne zanedbateľné v porovnaní so 60 L nádržou, účinok je prekvapujúci, pretože benzín a oceľ veľmi rýchlo rozširujú.

Bibliografia

1. Yen Ho Cho, Taylor R. Tematická expanzia Solids ASM International, 1998.
2. H. Ibach, Hans Lüth Solid-State Physics: Úvod do princípov materiálovej vedy Springer Science & Business Media, 2003.
3. Halliday D., Resnick r., Krane k. Fyzika, zväzok 1. Wiley, 2001.
4. Martin C. Martin, Charles a. Hewett Elements of Classic Physics Elsevier, 2013.
5. Zemansky Mark W. Teplo a termodynamika. Editorial Aguilar, 1979.