Termiskā atdalīšana, koeficienti, veidi un vingrinājumi



The siltuma izplešanās ir dažādu metrisko izmēru (piemēram, garuma vai tilpuma) pieaugums vai variācija, ko cieta ķermenis vai fizisks objekts. Šis process notiek sakarā ar materiāla temperatūras pieaugumu. Lineārās dilatācijas gadījumā šādas izmaiņas notiek vienā dimensijā.

Šī dilatācijas koeficientu var izmērīt, salīdzinot daudzuma vērtību pirms un pēc procesa. Daži materiāli cieš pretēji siltuma izplešanās procesam; tas ir, tas kļūst "negatīvs". Šī koncepcija paredz, ka daži materiāli tiek pakļauti, ja tie ir pakļauti noteiktām temperatūrām.  

Attiecībā uz cietajām vielām lineārās izplešanās koeficients tiek izmantots, lai aprakstītu tā paplašināšanos. No otras puses, aprēķinos izmanto šķidrumu tilpuma koeficientu.

Kristalizētu cietvielu gadījumā, ja tā ir izometriska, paplašināšanās būs vispārīga visos kristāla izmēros. Ja tas nav izometrisks, gar kristālu var atrast dažādus izplešanās koeficientus, un tas mainīs temperatūru, mainot temperatūru.

Indekss

  • 1 Termiskās izplešanās koeficients
  • 2 Negatīva termiskā izplešanās
  • 3 veidi
    • 3.1. Lineārā paplašināšana
    • 3.2. Tilpuma paplašināšanās
    • 3.3 Virsmas vai laukuma paplašināšanās
  • 4 Piemēri
    • 4.1. Pirmais vingrinājums (lineāra paplašināšanās)
    • 4.2. Otrais uzdevums (virspusēja paplašināšanās)
  • 5 Kāpēc notiek paplašināšanās??
  • 6 Atsauces

Termiskās izplešanās koeficients

Termiskās izplešanās koeficients (Y) ir definēts kā izmaiņu rādiuss, caur kuru materiāls, kas ir pagājis sakarā ar tās temperatūras izmaiņām. Šo koeficientu attēlo α simbols cietām vielām un β šķidrumiem, un to vada Starptautiskā vienību sistēma..

Termiskās izplešanās koeficienti atšķiras, ja runa ir par cieto, šķidro vai gāzi. Katram no tiem ir atšķirīga īpatnība.

Piemēram, cieta materiāla paplašināšanu var redzēt garumā. Tilpuma koeficients ir viens no vienkāršākajiem attiecībā uz šķidrumiem, un izmaiņas ir ievērojamas visos virzienos; šo koeficientu izmanto arī, aprēķinot gāzes paplašinājumu.

Negatīva termiskā izplešanās

Negatīvā siltuma izplešanās notiek dažos materiālos, kas, nevis palielinot to lielumu ar augstām temperatūrām, ir zemas temperatūras dēļ.

Šis termiskās izplešanās veids parasti ir atklātajās sistēmās, kur novērojami virziena mijiedarbības, piemēram, ledus vai kompleksu savienojumu gadījumā, dažu ceolītu gadījumā, Cu2O..

Daži pētījumi liecina, ka negatīva termiskā izplešanās notiek arī vienkomponentu režģos kompaktajā formā un ar centrālo spēku mijiedarbību.

Skaidru negatīva termiskās izplešanās piemēru var redzēt, pievienojot ledus glāzei ūdens. Šajā gadījumā augstā šķidruma temperatūra uz ledus nerada lieluma palielināšanos, bet drīzāk samazina tā izmēru.

Veidi

Aprēķinot fiziskā objekta paplašināšanos, jāņem vērā, ka atkarībā no temperatūras izmaiņām minētais objekts var palielināties vai samazināt līgumu..

Daži objekti neprasa krasu temperatūras maiņu, lai mainītu to lielumu, tāpēc ir iespējams, ka aprēķinos izmērītā vērtība ir vidēja.

Tāpat kā visi procesi, termiskā izplešanās ir sadalīta vairākos veidos, kas katrai parādībai izskaidro atsevišķi. Attiecībā uz cietām vielām termiskās izplešanās veidi ir lineāra dilatācija, tilpuma paplašināšanās un virsmas paplašināšanās.

Lineāra dilatācija

Lineārā dilatācijā dominē viena variācija. Šajā gadījumā vienīgā vienība, kas mainās, ir objekta augstums vai platums.

Vienkāršs veids, kā aprēķināt šāda veida dilatāciju, ir, salīdzinot daudzuma vērtību pirms temperatūras maiņas ar daudzuma vērtību pēc temperatūras izmaiņām..

Tilpuma paplašināšanās

Tilpuma dilatācijas gadījumā veids, kā to aprēķināt, ir šķidruma tilpuma salīdzinājums pirms temperatūras maiņas ar šķidruma tilpumu pēc temperatūras maiņas. Formula, lai aprēķinātu, ir šāda:

Virsmas vai zonas paplašināšana

Virsmas dilatācijas gadījumā ķermeņa vai objekta platības pieaugums tiek novērots, ja ir mainījusies tās temperatūra 1 ° C temperatūrā..

Šī dilatācija darbojas cietvielām. Ja jums ir arī lineārais koeficients, varat redzēt, ka objekta lielums būs divreiz lielāks. Formula, lai aprēķinātu, ir šāda:

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

Šajā izteiksmē:

γ = laukuma izplešanās koeficients [° C-1]

A0 = Sākotnējā platība

Af = Galīgā zona

T0 = Sākotnējā temperatūra.

Tf = Galīgā temperatūra

Starpība starp platības paplašināšanu un lineāro dilatāciju ir tā, ka pirmajā ir izmaiņas objekta laukuma pieaugumā, bet otrajā - izmaiņas vienības mērījumā (jo tas var būt garums vai garums). fiziskā objekta platums).

Piemēri

Pirmais vingrinājums (lineārā dilatācija)

Sliedes, kas veido tērauda sliežu ceļu, ir 1500 m garas. Kāds būs laiks, kad temperatūra ir no 24 līdz 45 ° C?

Risinājums

Dati:

L0 (sākotnējais garums) = 1500 m

Lf (galīgais garums) = ?

(Sākotnējā temperatūra) = 24 ° C

Tf (galīgā temperatūra) = 45 ° C

α (lineārais izplešanās koeficients, kas atbilst tēraudam) = 11 x 10-6 ° C-1

Dati tiek aizstāti ar šādu formulu:

Tomēr vispirms mums jāzina temperatūras starpības vērtība, lai šos datus iekļautu vienādojumā. Lai iegūtu šo diferenciālu, jums ir jāatņem visaugstākā temperatūra no zemākās.

Δt = 45 ° C - 24 ° C = 21 ° C

Tiklīdz šī informācija ir zināma, ir iespējams izmantot iepriekšējo formulu:

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

Otrais uzdevums (virspusēja paplašināšanās)

Vidusskolā stikla tirdzniecība ir 1,4 m ^ 2, ja temperatūra ir 21 ° C. Kāda būs jūsu galīgā platība, paaugstinot temperatūru līdz 35 ° C?

Risinājums

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

Kāpēc notiek paplašināšanās?

Visi zina, ka viss materiāls sastāv no dažādām subatomiskām daļiņām. Mainot temperatūru, paaugstinot vai pazeminot, šie atomi sāk kustības procesu, kas var mainīt objekta formu.

Pieaugot temperatūrai, molekulas strauji sāk kustēties kinētiskās enerģijas pieauguma dēļ, un līdz ar to objekta forma vai apjoms palielināsies.

Negatīvās temperatūras gadījumā notiek pretējs, šajā gadījumā objekta tilpums parasti tiek samazināts zemās temperatūrās.

Atsauces

  1. Lineārā, virspusējā un volumetriskā izkliedēšana - vingrinājumi. Atrisināts Atjaunots 2018. gada 8. maijā no Fisimat: fisimat.com.mx
  2. Virspusēja atdalīšana - uzdevumi atrisināti. Ielādēts 2018. gada 8. maijā no Fisimatas: fisimat.com.mx
  3. Termiskā izplešanās. Saturs saņemts 2018. gada 8. maijā no Encyclopædia Britannica: britannica.com
  4. Termiskā izplešanās. Saturs iegūts 2018. gada 8. maijā no Hyper Physics Concepts: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
  5. Termiskā izplešanās. Saturs iegūts 2018. gada 8. maijā no Lumen Learning: courses.lumenlearning.com
  6. Termiskā izplešanās. Ielādēts 2018. gada 8. maijā no fizikas hipertextbook: physics.info
  7. Termiskā izplešanās. Saturs iegūts 2018. gada 8. maijā no Wikipedia: en.wikipedia.org.