Tepelná dilatace, součinitel, typy a cvičení



tepelná roztažnost je zvýšení nebo změna různých metrických rozměrů (jako je délka nebo objem), které utrpí tělo nebo fyzický objekt. Tento proces nastává v důsledku zvýšení teploty materiálu. V případě lineární dilatace se takové změny vyskytují v jediném rozměru.

Koeficient této dilatace může být měřen porovnáním hodnoty množství před a po procesu. Některé materiály trpí opakem tepelné roztažnosti; to znamená, že se stává "negativním". Tento koncept navrhuje, aby se některé materiály při vystavení určitým teplotám stahovaly.  

Co se týče pevných látek, lineární expanzní koeficient se používá k popisu jeho expanze. Na druhé straně je pro kapaliny použit objemový koeficient expanze pro provádění výpočtů.

V případě krystalizovaných pevných látek, pokud je izometrický, bude dilatace obecná ve všech rozměrech krystalu. Jestliže to není izometrický, různé koeficienty expanze mohou být najity podél krystalu, a to změní jeho velikost když mění teplotu.

Index

  • 1 Koeficient tepelné roztažnosti
  • 2 Záporná tepelná roztažnost
  • 3 Typy
    • 3.1 Lineární expanze
    • 3.2 Objemová dilatace
    • 3.3 Dilatace povrchu nebo plochy
  • 4 Příklady
    • 4.1 První cvičení (lineární dilatace)
    • 4.2 Druhé cvičení (povrchní dilatace)
  • 5 Proč se dilatace děje??
  • 6 Odkazy

Koeficient tepelné roztažnosti

Koeficient tepelné roztažnosti (Y) je definován jako poloměr změny, kterým prochází materiál v důsledku změny jeho teploty. Tento koeficient je reprezentován symbolem α pro pevné látky a β pro kapaliny a je řízen Mezinárodním systémem jednotek.

Koeficienty tepelné roztažnosti se mění, pokud jde o tuhou látku, kapalinu nebo plyn. Každý má jinou zvláštnost.

Dilatace pevné látky může být například pozorována podél délky. Volumetrický koeficient je jedním z nejzákladnějších, co se týče kapalin, a změny jsou pozoruhodné ve všech směrech; tento koeficient se také používá při výpočtu expanze plynu.

Záporná tepelná roztažnost

Negativní tepelná roztažnost se vyskytuje v některých materiálech, které namísto zvětšování jejich velikosti při vysokých teplotách se smršťují v důsledku nízkých teplot.

Tento typ tepelné roztažnosti je obvykle pozorován v otevřených systémech, kde jsou pozorovány směrové interakce - v případě ledových nebo komplexních sloučenin - v případě některých zeolitů, mimo jiné Cu2O..

Některý výzkum také ukázal, že negativní tepelná roztažnost se vyskytuje také v jednokomponentních mřížkách v kompaktní formě a s interakcí s centrální silou.

Jasný příklad negativní tepelné roztažnosti lze pozorovat při přidávání ledu do sklenice vody. V tomto případě vysoká teplota kapaliny na ledu nezpůsobuje žádné zvýšení velikosti, ale spíše zmenšuje její velikost.

Typy

Při výpočtu dilatace fyzického objektu je třeba vzít v úvahu, že v závislosti na změně teploty může tento předmět zvětšit nebo zmenšit jeho velikost..

Některé objekty nevyžadují drastickou změnu teploty, aby se změnila jejich velikost, takže je pravděpodobné, že hodnota vyvolaná výpočty je průměrná..

Stejně jako všechny procesy je tepelná roztažnost rozdělena do několika typů, které každý jev vysvětlují zvlášť. V případě pevných látek jsou typy tepelné roztažnosti lineární dilatace, objemová dilatace a povrchová dilatace.

Lineární dilatace

V lineární dilataci převažuje jediná variace. V tomto případě jedinou jednotkou, která prochází změnou, je výška nebo šířka objektu.

Snadný způsob výpočtu tohoto typu dilatace je porovnáním hodnoty veličiny před změnou teploty s hodnotou množství po změně teploty..

Objemová dilatace

V případě objemové dilatace je způsob, jak ji vypočítat, porovnáním objemu tekutiny před změnou teploty s objemem tekutiny po změně teploty. Vzorec pro výpočet je:

Povrchová nebo plošná dilatace

V případě povrchové dilatace je pozorováno zvýšení plochy tělesa nebo předmětu při změně teploty na 1 ° C..

Tato dilatace funguje pro pevné látky. Pokud máte také lineární koeficient, můžete vidět, že velikost objektu bude dvakrát větší. Vzorec pro výpočet je:

Af = A0 [1 + YA (Tf - T0)]

V tomto výrazu:

γ = koeficient roztažnosti plochy [° C-1]

A0 = Počáteční plocha

Af = Konečná oblast

T0 = Počáteční teplota.

Tf = Konečná teplota

Rozdíl mezi plošnou dilatací a lineární dilatací je ten, že v prvním případě dochází ke změně vzestupu v oblasti objektu a ve druhé je změna jednoho měření jednotky (protože to může být délka nebo délka). šířka fyzického objektu).

Příklady

První cvičení (lineární dilatace)

Kolejnice, které tvoří dráhu vlaku postaveného z oceli, mají délku 1500 m. Jaká bude délka v době, kdy se teplota pohybuje od 24 do 45 ° C?

Řešení

Data:

L0 (počáteční délka) = 1500 m

Lf (konečná délka) = ?

Tο (počáteční teplota) = 24 ° C

Tf (konečná teplota) = 45 ° C

α (lineární koeficient expanze odpovídající oceli) = 11 x 10-6 ° C-1

Data jsou nahrazena následujícím vzorcem:

Nejdříve však musíme znát hodnotu teplotního rozdílu, abychom zahrnuli tato data do rovnice. Chcete-li získat tento rozdíl, musíte odečíst nejvyšší teplotu od nejnižší.

At = 45 ° C - 24 ° C = 21 ° C

Jakmile je tato informace známa, je možné použít předchozí vzorec:

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

Druhé cvičení (povrchní dilatace)

Ve střední škole má prodej skla plochu 1,4 m ^ 2, pokud je teplota na 21 ° C. Jaká bude vaše konečná plocha při zvýšení teploty na 35 ° C?

Řešení

Af = A0 [1 + (Tf - T0)]

Af = 1,4 m2 [1] 204,4 x 10-6]

Af = 1,4 m2 . 10002044

Af = 1,40028616 m2

Proč se dilatace děje?

Každý ví, že veškerý materiál se skládá z různých subatomárních částic. Změnou teploty, buď zvýšení nebo nižší, tyto atomy začínají proces pohybu, který může změnit tvar objektu.

Když teplota stoupá, molekuly se začnou rychle zvyšovat v důsledku zvýšení kinetické energie, a proto se tvar nebo objem objektu zvýší.

V případě záporných teplot se opak opakuje, v tomto případě je objem objektu obvykle stahován při nízkých teplotách.

Odkazy

  1. Lineární, povrchová a objemová dilatace - cvičení. Vyřešeno Obnoveno 8. května 2018, z Fisimat: fisimat.com.mx
  2. Povrchová dilatace - cvičení vyřešená. Získaný 8. května 2018, od Fisimat: fisimat.com.mx
  3. Tepelná expanze. Získaný 8. května 2018, od Encyclopædia Britannica: britannica.com
  4. Tepelná expanze. Získáno 8. května 2018, z Hyper Physics Concepts: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
  5. Tepelná expanze. Získáno 8. května 2018, z Lumen Learning: courses.lumenlearning.com
  6. Tepelná expanze. Získáno 8. května 2018, z Fyzikální Hypertextbook: physics.info
  7. Tepelná expanze. Získáno dne 8. května 2018, z Wikipedie: en.wikipedia.org.