Termisk fortynding, koefficient, typer og øvelser

den termisk udvidelse er stigningen eller variationen af ​​forskellige metriske dimensioner (såsom længde eller volumen), der lider af en krop eller et fysisk objekt. Denne proces sker på grund af stigningen i temperaturen omkring materialet. I tilfælde af lineær dilation forekommer sådanne ændringer i en enkelt dimension.

Koefficienten for denne udvidelse kan måles ved at sammenligne værdien af ​​mængden før og efter processen. Nogle materialer lider det modsatte af termisk ekspansion; det vil sige, bliver det "negativt". Dette koncept foreslår at nogle materialer kontrakt, når de udsættes for visse temperaturer.  

For faste stoffer anvendes en lineær ekspansionskoefficient til at beskrive dens ekspansion. På den anden side anvendes en volumetrisk udvidelseskoefficient til væskerne til at udføre beregningerne.

I tilfælde af krystalliserede faste stoffer, hvis det er isometrisk, vil dilationen være generel i alle krystalets dimensioner. Hvis det ikke er isometrisk, kan der findes forskellige udvidelseskoefficienter langs krystalet, og det vil ændre sin størrelse ved ændring af temperaturen.

indeks

• 1 Termisk udvidelseskoefficient
• 2 Negativ termisk ekspansion
• 3 typer
  • 3.1 Lineær ekspansion
  • 3.2 Volumetrisk dilation
  • 3.3 Udvidelse af areal eller areal
• 4 eksempler
  • 4.1 Første øvelse (lineær dilation)
  • 4.2 Anden øvelse (overfladisk dilation)
• 5 Hvorfor sker udvidelse??
• 6 referencer

Termisk ekspansionskoefficient

Varmeudvidelseskoefficienten (Y) er defineret som ændringsradien, gennem hvilken et materiale passerer på grund af ændringen i dens temperatur. Denne koefficient er repræsenteret ved symbolet α for faste stoffer og β for væsker og styres af det internationale system af enheder.

Varmeudvidelseskoefficienterne varierer, når det gælder faststof, flydende eller gas. Hver enkelt har en anden egenart.

For eksempel kan dilatationen af ​​et faststof ses langs en længde. Den volumetriske koefficient er en af ​​de mest grundlæggende, hvad angår væsker, og ændringerne er bemærkelsesværdige i alle retninger; Denne koefficient anvendes også ved beregning af udvidelsen af ​​en gas.

Negativ termisk ekspansion

Den negative termiske ekspansion forekommer i nogle materialer, som i stedet for at øge deres størrelse med høje temperaturer, kontrakt på grund af lave temperaturer.

Denne type termiske udvidelse ses sædvanligvis i åbne systemer, hvor retningsbestemte interaktioner observeres - som i tilfælde af is- eller i komplekse forbindelser - som for nogle zeolitter, bl.a. Cu2O..

En del undersøgelser har også vist, at negativ termisk ekspansion også forekommer i enkeltkomponentgittere i kompakt form og med en central kraftinteraktion.

Et klart eksempel på negativ termisk ekspansion kan ses ved tilsætning af is til et glas vand. I dette tilfælde forårsager væskens høje temperatur på isen ikke nogen forøgelse i størrelse, men reducerer snarere størrelsen af ​​det samme.

typen

Ved beregning af dilatationen af ​​en fysisk genstand skal det tages i betragtning, at objektet, afhængigt af temperaturændringen, kan øge eller kontraheres i størrelse.

Nogle objekter kræver ikke en drastisk temperaturændring for at ændre deres størrelse, så det er sandsynligt, at den værdi, der er kastet af beregningerne, er gennemsnitlig.

Som alle processer er termisk ekspansion opdelt i flere typer, der forklarer hvert fænomen separat. I tilfælde af faste stoffer er typerne af termisk ekspansion lineær dilation, volumetrisk dilation og overfladens dilation.

Lineær dilatation

I lineær dilation dominerer en enkelt variation. I dette tilfælde er den eneste enhed, der undergår en ændring, objektets højde eller bredde.

En nem måde at beregne denne type udvidelse på er ved at sammenligne værdien af ​​mængden før temperaturændringen med værdien af ​​mængden efter temperaturændringen.

Volumetrisk dilation

I tilfælde af volumetrisk dilation beregnes vejen til beregning ved at sammenligne volumenet af væsken før temperaturændringen med væskens volumen efter temperaturændringen. Formlen til at beregne den er:

Overflade- eller arealudvidelse

I tilfælde af overfladisk udvidelse observeres stigningen i området af et legeme eller objekt, når der er en ændring i dens temperatur ved 1 ° C.

Denne udvidelse virker for faste stoffer. Hvis du også har den lineære koefficient, kan du se, at objektets størrelse bliver dobbelt så stor. Formlen til at beregne den er:

En_F = A₀ [1 + YA (T_F - T₀)]

I dette udtryk:

γ = områdeudvidelseskoefficient [° C^-1]

En₀ = Indledende område

En_F = Endelig område

T₀ = Indledende temperatur.

T_F = Afslutningstemperatur

Forskellen mellem arealudvidelse og lineær udvidelse er, at i den første er der en forandring i objektets område, og i anden er ændringen en enhedsmåling (da det kan være længden eller bredden af ​​det fysiske objekt).

eksempler

Første øvelse (lineær dilation)

Skinnerne, der udgør sporet af et tog bygget af stål, har en længde på 1500 m. Hvad er længden på det tidspunkt, hvor temperaturen går fra 24 til 45 ° C?

opløsning

data:

L0 (indledende længde) = 1500 m

L_F (sidste længde) = ?

Til (indledende temperatur) = 24 ° C

T_F (slut temperatur) = 45 ° C

a (lineær udvidelseskoefficient svarende til stål) = 11 x 10^-6 ° C^-1

Dataene erstattes i følgende formel:

Men først må vi kende værdien af ​​temperaturforskellen, for at inkludere disse data i ligningen. For at få denne differential skal du trække den højeste temperatur fra det laveste.

Δt = 45 ° C - 24 ° C = 21 ° C

Når disse oplysninger er kendt, er det muligt at bruge den tidligere formel:

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

Anden øvelse (overfladisk dilation)

På en gymnasium har et glassalg et areal på 1,4 m ^ 2, hvis temperaturen er ved 21 ° C. Hvad bliver dit sidste område, når temperaturen øges til 35 ° C?

opløsning

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

Hvorfor udvidelse sker?

Alle ved, at alt materiale består af forskellige subatomære partikler. Ved at ændre temperaturen, enten hæve eller sænke, begynder disse atomer en bevægelsesproces, der kan ændre formen på objektet.

Når temperaturen stiger, begynder molekylerne at bevæge sig hurtigt på grund af stigningen i den kinetiske energi, og formens eller volumenets form vil derfor øges.

I tilfælde af negative temperaturer sker det modsatte, i dette tilfælde er objektets volumen normalt kontraheret af de lave temperaturer.

referencer

1. Lineær, overfladisk og volumetrisk udtynding - øvelser. Besvaret genoprettet den 8. maj 2018, fra Fisimat: fisimat.com.mx
2. Overfladisk udtynding - opløst øvelser. Hentet den 8. maj 2018, fra Fisimat: fisimat.com.mx
3. Termisk udvidelse. Hentet den 8. maj 2018, fra Encyclopædia Britannica: britannica.com
4. Termisk udvidelse. Hentet den 8. maj 2018, fra Hyper Physics Concepts: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
5. Termisk udvidelse. Hentet den 8. maj 2018, fra Lumen Learning: courses.lumenlearning.com
6. Termisk udvidelse. Hent den 8. maj 2018, fra The Physics Hypertextbook: physics.info
7. Termisk udvidelse. Hentet den 8. maj 2018, fra Wikipedia: en.wikipedia.org.