Toplinska dilatacija, koeficijent, vrste i vježbe

toplinsko širenje je povećanje ili varijacija različitih metričkih dimenzija (kao što su dužina ili volumen) koje trpi tijelo ili fizički objekt. Taj se proces događa zbog povećanja temperature oko materijala. U slučaju linearne dilatacije, takve se promjene događaju u jednoj dimenziji.

Koeficijent ove dilatacije može se izmjeriti usporedbom vrijednosti količine prije i nakon postupka. Neki materijali trpe suprotno od toplinskog širenja; to jest, postaje "negativno". Ovaj koncept predlaže da se neki materijali ugovaraju kada su izloženi određenim temperaturama.  

Kod krutina se koristi koeficijent linearnog širenja kako bi se opisalo njegovo širenje. S druge strane, volumetrijski koeficijent ekspanzije koristi se za provođenje izračuna za tekućine.

U slučaju kristaliziranih krutina, ako je izometrijska, dilatacija će biti opća u svim dimenzijama kristala. Ako nije izometričan, duž kristala mogu se naći različiti koeficijenti ekspanzije, a mijenjanjem temperature mijenja se njegova veličina.

indeks

• 1 Koeficijent toplinskog širenja
• 2 Negativno toplinsko širenje
• 3 Vrste
  • 3.1 Linearno širenje
  • 3.2 Volumetrijska dilacija
  • 3.3 Širenje površine ili područja
• 4 Primjeri
  • 4.1 Prva vježba (linearna dilacija)
  • 4.2 Druga vježba (površinska dilacija)
• 5 Zašto se događa dilacija??
• 6 Reference

Koeficijent toplinskog širenja

Koeficijent toplinske ekspanzije (Y) definira se kao radijus promjene kroz koji je materijal promijenjen zbog promjene njegove temperature. Ovaj koeficijent je predstavljen simbolom α za krute tvari i β za tekućine, a vođen je međunarodnim sustavom jedinica.

Koeficijenti toplinskog širenja variraju kada je riječ o krutini, tekućini ili plinu. Svaki od njih ima drugačiju osobitost.

Na primjer, dilatacija krutine može se vidjeti duž duljine. Volumetrijski koeficijent je jedan od najosnovnijih što se tiče fluida i promjene su značajne u svim smjerovima; taj se koeficijent također koristi pri izračunavanju ekspanzije plina.

Negativna toplinska ekspanzija

Negativna toplinska ekspanzija javlja se u nekim materijalima koji, umjesto povećanja njihove veličine s visokim temperaturama, nastaju zbog niskih temperatura.

Ovaj tip toplinskog širenja obično se vidi u otvorenim sustavima gdje se promatraju usmjerene interakcije - kao u slučaju spojeva leda ili složenih spojeva - u slučaju nekih zeolita, Cu2O, između ostalih..

Također, neka istraživanja su pokazala da se negativna toplinska ekspanzija događa iu jednokomponentnim rešetkama u kompaktnom obliku i uz središnju interakciju sile.

Jasan primjer negativnog toplinskog širenja može se vidjeti pri dodavanju leda čaši vode. U tom slučaju visoka temperatura tekućine na ledu ne uzrokuje povećanje veličine, već umanjuje veličinu iste.

vrsta

Prilikom izračunavanja dilatacije fizičkog objekta, mora se uzeti u obzir da, ovisno o promjeni temperature, spomenuti objekt može povećati ili smanjiti svoju veličinu.

Neki objekti ne zahtijevaju drastičnu temperaturnu promjenu kako bi izmijenili njihovu veličinu, tako da je vjerojatno da je vrijednost koju su izračunali proračuni prosječna.

Kao i svi procesi, toplinsko širenje je podijeljeno na nekoliko tipova koji svaki fenomen objašnjavaju zasebno. U slučaju krutina, vrste toplinskog širenja su linearna dilatacija, volumetrijska dilatacija i površinska dilatacija.

Linearna dilatacija

U linearnoj dilataciji prevladava jedna varijacija. U ovom slučaju, jedina jedinica koja je podvrgnuta promjeni je visina ili širina objekta.

Jednostavan način izračuna ove vrste dilatacije je uspoređivanje vrijednosti količine prije promjene temperature s vrijednošću količine nakon promjene temperature.

Volumetrijska dilatacija

U slučaju volumetrijske dilatacije, način izračuna je usporedbom volumena tekućine prije promjene temperature s volumenom tekućine nakon promjene temperature. Formula za izračunavanje je:

Širenje površine ili područja

U slučaju površinske dilatacije, povećava se površina tijela ili objekta kada se promijeni temperatura na 1 ° C.

Ova dilatacija djeluje na krute tvari. Ako imate i linearni koeficijent, možete vidjeti da će veličina objekta biti dvostruko veća. Formula za izračunavanje je:

_F = A₀ [1 + YA (T_F - T₀)]

U ovom izrazu:

γ = koeficijent širenja područja [° C^-1]

₀ = Početno područje

_F = Završno područje

T₀ = Početna temperatura.

T_F = Krajnja temperatura

Razlika između dilatacije područja i linearne dilatacije je u tome što u prvoj postoji promjena porasta površine objekta, au drugoj promjena je mjerne jedinice (kao što može biti dužina ili širina fizičkog objekta).

Primjeri

Prva vježba (linearna dilacija)

Tračnice koje čine tračnicu vlaka izgrađene od čelika imaju duljinu od 1500 m. Kolika će biti duljina u vremenu kada temperatura ide od 24 do 45 ° C?

otopina

podaci:

L0 (početna duljina) = 1500 m

L_F (konačna duljina) = ?

T (početna temperatura) = 24 ° C

T_F (konačna temperatura) = 45 ° C

α (linearni koeficijent širenja koji odgovara čeliku) = 11 x 10^-6 ° C^-1

Podaci se zamjenjuju sljedećom formulom:

Međutim, najprije moramo znati vrijednost temperaturne razlike, kako bismo uključili te podatke u jednadžbu. Da biste dobili tu razliku morate oduzeti najvišu temperaturu od najniže.

T = 45 ° C - 24 ° C = 21 ° C

Jednom kada su te informacije poznate, moguće je koristiti prethodnu formulu:

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

Druga vježba (površinska dilacija)

U srednjoj školi prodaja stakla ima površinu od 1,4 m ^ 2, ako je temperatura na 21 ° C. Koje će biti vaše posljednje područje pri povećanju temperature na 35 ° C?

otopina

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

Zašto se događa dilacija?

Svi znaju da je sav materijal sastavljen od različitih subatomskih čestica. Promjenom temperature, bilo povišenjem ili spuštanjem, ti atomi započinju proces kretanja koji može promijeniti oblik objekta.

Kada temperatura raste, molekule počinju brzo kretati zbog povećanja kinetičke energije i stoga će se oblik ili volumen objekta povećati..

U slučaju negativnih temperatura događa se suprotno, u ovom slučaju volumen objekta obično se snižava niskim temperaturama.

reference

1. Linearne, površne i volumetrijske dilatacije - vježbe. Rješeno Oporavljeno 8. svibnja 2018. od tvrtke Fisimat: fisimat.com.mx
2. Površna dilatacija - riješene vježbe. Preuzeto 8. svibnja 2018. iz tvrtke Fisimat: fisimat.com.mx
3. Toplinska ekspanzija. Preuzeto 8. svibnja 2018. iz enciklopedije Britannice: britannica.com
4. Toplinska ekspanzija. Preuzeto 8. svibnja 2018. iz Hyper Physics Concepts: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
5. Toplinska ekspanzija. Preuzeto 8. svibnja 2018. iz Lumen Learninga: courses.lumenlearning.com
6. Toplinska ekspanzija. Preuzeto 8. svibnja 2018. iz časopisa The Physics Hypertextbook: physics.info
7. Toplinska ekspanzija. Preuzeto 8. svibnja 2018. s Wikipedije: en.wikipedia.org.