ТЕРМОДИЛАТАЦИЯ: КОЭФФИЦИЕНТ, ВИДЫ И УПРАЖНЕНИЯ - ФИЗИЧЕСКИЙ - 2025

Тепловое расширение увеличивается или изменение размеров различных метрических (такие как длина или объем) , который подвергается физическим объекту или тела. Этот процесс происходит из-за повышения температуры, окружающей материал. В случае линейного расширения эти изменения происходят только в одном измерении.

Коэффициент этого расширения можно измерить, сравнив значение величины до и после процесса. Некоторые материалы страдают обратным тепловым расширением; то есть становится «отрицательным». Эта концепция предполагает, что некоторые материалы сжимаются при воздействии определенных температур.

Тепловое расширение в воде

Для твердых тел коэффициент линейного расширения используется для описания их расширения. С другой стороны, для жидкостей для выполнения расчетов используется объемный коэффициент расширения.

В случае кристаллизованных твердых тел, если оно изометрическое, расширение будет общим для всех размеров кристалла. Если стекло не изометрично, по всему стеклу можно найти разные коэффициенты расширения, и оно изменит свой размер при изменении температуры.

Коэффициент термического расширения

Коэффициент теплового расширения (Y) определяется как радиус изменения, через который прошел материал из-за изменения его температуры. Этот коэффициент представлен символом α для твердых тел и β для жидкостей и соответствует Международной системе единиц.

Коэффициенты теплового расширения различаются, когда дело касается твердого тела, жидкости или газа. У каждого есть своя особенность.

Например, можно увидеть расширение твердого тела по длине. Объемный коэффициент - один из самых основных для жидкостей, и изменения заметны во всех направлениях; Этот коэффициент также используется при расчете расширения газа.

Отрицательное тепловое расширение

Отрицательное тепловое расширение происходит в некоторых материалах, которые вместо увеличения размера при высоких температурах сжимаются из-за низких температур.

Этот тип теплового расширения обычно наблюдается в открытых системах, где наблюдаются направленные взаимодействия, как в случае льда, или в сложных соединениях, как это происходит с некоторыми цеолитами, в том числе с Cu2O.

Аналогичным образом, некоторые исследования показали, что отрицательное тепловое расширение также происходит в однокомпонентных решетках в компактной форме и с центральным силовым взаимодействием.

Наглядный пример отрицательного теплового расширения можно увидеть, когда мы добавляем лед в стакан с водой. В этом случае высокая температура жидкости на льду не вызывает какого-либо увеличения размера, а, скорее, размер льда уменьшается.

Типы

При расчете расширения физического объекта необходимо учитывать, что в зависимости от изменения температуры указанный объект может увеличиваться или уменьшаться в размерах.

Некоторым объектам не требуется резкое изменение температуры для изменения их размера, поэтому вполне вероятно, что значение, возвращаемое расчетами, является средним.

Как и любой процесс, тепловое расширение делится на несколько типов, которые объясняют каждое явление отдельно. В случае твердых тел типами теплового расширения являются линейное расширение, объемное расширение и расширение поверхности.

Линейное расширение

В линейном расширении преобладает одиночная вариация. В этом случае единственная единица измерения, которая претерпевает изменение, - это высота или ширина объекта.

Простой способ рассчитать этот тип расширения - сравнить значение величины до изменения температуры со значением величины после изменения температуры.

Объемное расширение

В случае объемного расширения способ его вычисления заключается в сравнении объема жидкости до изменения температуры с объемом жидкости после изменения температуры. Формула для его расчета:

Расширение поверхности или площади

В случае расширения поверхности наблюдается увеличение площади тела или предмета за счет изменения его температуры на 1 ° С.

Это расширение работает для твердых тел. Если у нас еще есть линейный коэффициент, то можно увидеть, что размер объекта будет в 2 раза больше. Формула для его расчета:

A _f = A ₀

В этом выражении:

γ = коэффициент расширения площади

A ₀ = начальная область

A _f = конечная зона

T ₀ = начальная температура.

T _f = конечная температура

Разница между расширением площади и линейным расширением состоит в том, что в первом случае вы видите увеличение площади объекта, а во втором - изменение одной единицы измерения (например, длины или длины). ширина физического объекта).

Примеры

Первое упражнение (линейное расширение)

Рельсы, составляющие путь поезда из стали, имеют длину 1500 м. Какой будет долгота, когда температура упадет с 24 до 45 ° C?

Решение

Данные:

Lο (начальная длина) = 1500 м

L _f (конечная длина) =?

Tο (начальная температура) = 24 ° C

T _f (конечная температура) = 45 ° C

α (коэффициент линейного расширения, соответствующий стали) = 11 x ^10-6 ° C ^-1

Данные подставляются в следующую формулу:

Тем не менее, вы должны сначала узнать значение разницы температур, чтобы включить эти данные в уравнение. Для достижения этой разницы необходимо вычесть самую высокую температуру из самой низкой.

Δt = 45 ° C - 24 ° C = 21 ° C

Как только эта информация известна, можно использовать предыдущую формулу:

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

Lf = 1500 м (1 + 2,31 x ^10-4 )

Lf = 1500 м (1,000231)

Lf = 1500,3465 м

Второе упражнение (поверхностное расширение)

В средней школе стекольный магазин имеет площадь 1,4 м ^ 2 при температуре 21 ° С. Какой будет его конечная площадь при повышении температуры до 35 ° C?

Решение

Af = A0

Af = 1,4 м ² 204,4 x 10 ^-6 ]

Af = 1,4 м ² . 1,0002044

Af = 1,40028616 м ²

Почему происходит расширение?

Всем известно, что весь материал состоит из различных субатомных частиц. Изменяя температуру, повышая или понижая ее, эти атомы начинают процесс движения, который может изменить форму объекта.

Когда температура повышается, молекулы начинают быстро двигаться из-за увеличения кинетической энергии, и, таким образом, форма или объем объекта будут увеличиваться.

В случае отрицательных температур происходит обратное, в этом случае объем объекта имеет тенденцию сокращаться из-за низких температур.

Ссылки

1. Линейное, поверхностное и объемное расширение - упражнения. Решено Восстановлено 8 мая 2018 г. с сайта Fisimat: fisimat.com.mx
2. Поверхностное расширение - решенные упражнения. Получено 8 мая 2018 г. с сайта Fisimat: fisimat.com.mx
3. Термическое расширение. Получено 8 мая 2018 г. из Encyclopædia Britannica: britannica.com.
4. Термическое расширение. Получено 8 мая 2018 г. с сайта Hyper Physics Concepts: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
5. Термическое расширение. Получено 8 мая 2018 г. с сайта Lumen Learning: course.lumenlearning.com.
6. Термическое расширение. Получено 8 мая 2018 г. из Гипертекста по физике: Physics.info.
7. Термическое расширение. Получено 8 мая 2018 г. из Википедии: en.wikipedia.org.