ŠILUMINIS IŠSIPLĖTIMAS: KOEFICIENTAS, RŪŠYS IR PRATIMAI - FIZINIS - 2025

Šiluminio plėtimosi yra padidinamas arba variacijos įvairių metrinių matmenų (pavyzdžiui, ilgio arba tūris), kad patiria fizinis objektas arba įstaigą. Šis procesas vyksta dėl padidėjusios temperatūros aplink medžiagą. Linijinio išsiplėtimo atveju šie pokyčiai vyksta tik viename matmenyje.

Šio išsiplėtimo koeficientą galima išmatuoti palyginus dydžio reikšmę prieš ir po proceso. Kai kurios medžiagos patiria šiluminę plėtrą priešingai; y., ji tampa „neigiama“. Ši koncepcija siūlo, kad kai kurios medžiagos veiktų tam tikrą temperatūrą.

Šiluminis plėtimasis vandenyje

Kietosioms medžiagoms jų išsiplėtimui apibūdinti naudojamas tiesinis plėtimosi koeficientas. Kita vertus, skysčiams skaičiavimams naudojamas tūrinis išplėtimo koeficientas.

Kristalizuotų kietų medžiagų atveju, jei ji yra izometrinė, plėtimasis bus bendras visų kristalo matmenų atžvilgiu. Jei jis nėra izometrinis, stikle galima rasti skirtingus išsiplėtimo koeficientus, ir, pasikeitus temperatūrai, jis pasikeis.

Terminio išsiplėtimo koeficientas

Šilumos plėtimosi koeficientas (Y) yra apibrėžiamas kaip pokyčio spindulys, per kurį medžiaga praėjo dėl jos temperatūros pokyčių. Šis koeficientas žymimas simboliu α kietosioms medžiagoms ir β skysčiams ir juo vadovaujasi Tarptautinė vienetų sistema.

Šiluminio plėtimosi koeficientai skiriasi, kai kalbama apie kietą, skystą ar dujas. Kiekvienas iš jų turi skirtingą savitumą.

Pavyzdžiui, kietosios medžiagos išsiplėtimas gali būti matomas išilgai. Tūrinis koeficientas yra vienas iš elementariausių skysčių atžvilgiu, o pokyčiai pastebimi visomis kryptimis; Šis koeficientas taip pat naudojamas apskaičiuojant dujų išsiplėtimą.

Neigiama šiluminė plėtra

Neigiamas šiluminis plėtimasis vyksta kai kuriose medžiagose, kurios, užuot padidėjusios dėl aukštos temperatūros, susitraukia dėl žemos temperatūros.

Šio tipo šiluminis plėtimasis paprastai pastebimas atvirose sistemose, kur stebima kryptinė sąveika, pavyzdžiui, ledo atveju arba sudėtiniuose junginiuose, kai tai įvyksta su kai kuriais ceolitais, Cu2O.

Taip pat kai kurie tyrimai parodė, kad neigiamas šiluminis plėtimasis taip pat vyksta kompaktiškos vienkomponentės grotelės ir su centrine jėgos sąveika.

Aiškų neigiamo šiluminio plėtimosi pavyzdį galima pamatyti, kai į stiklinę vandens įpilame ledo. Šiuo atveju aukšta skysčio temperatūra ant ledo nesukelia jokio dydžio padidėjimo, greičiau sumažėja ledo dydis.

Tipai

Skaičiuojant fizinio objekto išplėtimą, reikia atsižvelgti į tai, kad priklausomai nuo temperatūros pokyčio minėtas objektas gali padidėti arba susitraukti.

Kai kuriems objektams nereikia drastiško temperatūros pokyčio, kad būtų pakeistas jų dydis, todėl tikėtina, kad skaičiavimais grąžinta vertė yra vidutinė.

Kaip ir bet kuris procesas, šiluminis plėtimasis yra padalintas į keletą tipų, kurie paaiškina kiekvieną reiškinį atskirai. Kietųjų medžiagų atveju šiluminio plėtimosi tipai yra tiesinis, tūrinis ir paviršiaus plėtimasis.

Linijinis išsiplėtimas

Tiesinis išsiplėtimas vyrauja vienoje variacijoje. Šiuo atveju vienintelis pakeistas vienetas yra objekto aukštis arba plotis.

Paprastas būdas apskaičiuoti tokio tipo išsiplėtimą yra palyginus didumo vertę prieš temperatūros pokyčius su didumo verte pasikeitus temperatūrai.

Tūrinis išsiplėtimas

Tūrinio išsiplėtimo atveju būdas apskaičiuoti yra palyginus skysčio tūrį prieš temperatūros pasikeitimą su skysčio tūriu pasikeitus temperatūrai. Jo apskaičiavimo formulė yra:

Paviršiaus ar srities išsiplėtimas

Esant paviršutiniam išsiplėtimui, pastebimas kūno ar daikto ploto padidėjimas, pasikeitus jo temperatūrai 1 ° C.

Šis išsiplėtimas veikia kietąsias medžiagas. Jei mes taip pat turime tiesinį koeficientą, matome, kad objekto dydis bus 2 kartus didesnis. Jo apskaičiavimo formulė yra:

A _f = A ₀

Šia išraiška:

γ = ploto plėtimosi koeficientas

A ₀ = pradinė sritis

A _f = galutinė sritis

T ₀ = Pradinė temperatūra.

T _f = galutinė temperatūra

Skirtumas tarp ploto ir tiesinio išsiplėtimo yra tas, kad pirmajame matote padidėjusį objekto srities pokytį, o antrajame pokytis yra vieno vieneto matas (pvz., Ilgio ar fizinio objekto plotis).

Pavyzdžiai

Pirmasis pratimas (tiesinis išsiplėtimas)

Bėgiai, sudarantys traukinio, pagaminto iš plieno, ilgį, yra 1500 m. Kokia bus ilguma, kai temperatūra kils nuo 24 iki 45 ° C?

Sprendimas

Duomenys:

Lο (pradinis ilgis) = 1500 m

L _f (galutinis ilgis) =?

Tο (pradinė temperatūra) = 24 ° C

T _f (galutinis temperatūra) = 45 ° C

α (plieno tiesinio plėtimosi koeficientas) = ​​11 x 10 ^-6 ° C ^-1

Duomenys pakeičiami tokia formule:

Tačiau pirmiausia turite žinoti temperatūros skirtumo vertę, kad šiuos duomenis galėtumėte įtraukti į lygtį. Norint pasiekti šį skirtumą, aukščiausia temperatūra turi būti atimta iš žemiausios.

Δt = 45 ° C - 24 ° C = 21 ° C

Kai ši informacija yra žinoma, galima naudoti ankstesnę formulę:

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

Lf = 1500 m (1 + 2,31 x ^10–4 )

Lf = 1500 m (1 000231)

Lf = 1500,3465 m

Antrasis pratimas (paviršinis išsiplėtimas)

Vidurinėje mokykloje stiklo parduotuvės plotas yra 1,4 m ^ 2, jei temperatūra 21 ° C. Koks bus jo galutinis plotas, kai temperatūra pakils iki 35 ° C?

Sprendimas

Af = A0

Af = 1,4 m ² 204,4 x ^10–6 ]

Af = 1,4 m ² . 1 0002044

Af = 1.40028616 m ²

Kodėl išsiplėtimas įvyksta?

Visi žino, kad visą medžiagą sudaro įvairios subatominės dalelės. Pakeitus temperatūrą, ją padidinant arba nuleidžiant, šie atomai pradeda judėjimo procesą, kuris gali pakeisti objekto formą.

Pakilus temperatūrai, molekulės pradeda greitai judėti dėl kinetinės energijos padidėjimo, todėl objekto forma ar tūris padidės.

Esant neigiamoms temperatūroms, atsitinka priešingai, tokiu atveju dėl žemos temperatūros objekto tūris mažėja.

Nuorodos

1. Linijinis, paviršinis ir tūrinis išsiplėtimas - pratimai. Nuspręsta susigrąžinti 2018 m. Gegužės 8 d. Iš „Fisimat“: fisimat.com.mx
2. Paviršinis išsiplėtimas - išspręsti pratimai. Gauta 2018 m. Gegužės 8 d. Iš „Fisimat“: fisimat.com.mx
3. Šiluminis išsiplėtimas. Gauta 2018 m. Gegužės 8 d. Iš „Encyclopædia Britannica“: britannica.com
4. Šiluminis išsiplėtimas. Gauta 2018 m. Gegužės 8 d. Iš hiperfizikos sąvokų: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
5. Šiluminis išsiplėtimas. Gauta 2018 m. Gegužės 8 d. Iš „Lumen Learning“: kursai.lumenlearning.com
6. Šiluminis išsiplėtimas. Gauta 2018 m. Gegužės 8 d. Iš „The Physics Hypertextbook“: fizika.info
7. Šiluminis išsiplėtimas. Gauta 2018 m. Gegužės 8 d. Iš Vikipedijos: en.wikipedia.org.