Termisk fortynning: koeffisient, typer og øvelser
Termisk ekspansjon er økningen eller variasjonen av ulike metriske dimensjoner (som lengde eller volum) som lider av en kropp eller fysisk gjenstand. Denne prosessen skjer på grunn av økningen i temperaturen rundt materialet. Ved lineær utvidelse skjer disse endringene i en enkelt dimensjon.
Koeffisienten til denne utvidelsen kan måles ved å sammenligne verdien av mengden før og etter prosessen. Noen materialer har det motsatte av termisk ekspansjon; det vil si at det blir "negativt". Dette konseptet foreslår at noen materialer kontrakt når de blir utsatt for visse temperaturer.
For faste stoffer brukes en lineær ekspansjonskoeffisient for å beskrive dens ekspansjon. På den annen side brukes en volumetrisk utvidelseskoeffisient for væskene til å utføre beregningene.
I tilfelle av krystalliserte faste stoffer, hvis det er isometrisk, vil dilatasjonen være generell i alle dimensjoner av krystallet. Hvis det ikke er isometrisk, kan forskjellige ekspansjonskoeffisienter bli funnet langs krystallet, og det vil endre størrelsen når temperaturen endres.
Termisk ekspansjonskoeffisient
Termisk ekspansjonskoeffisient (Y) er definert som endringsradius gjennom hvilken et materiale passerer på grunn av endringen i temperaturen. Denne koeffisienten er representert ved symbolet α for faste stoffer og β for væsker, og styres av det internasjonale system av enheter.
Koeffisientene for termisk ekspansjon varierer når det gjelder fast, flytende eller gass. Hver og en har en annen spesiellitet.
For eksempel kan dilatasjonen av et fast stoff ses langs en lengde. Den volumetriske koeffisienten er en av de mest grunnleggende når det gjelder væsker, og endringene er bemerkelsesverdige i alle retninger; Denne koeffisienten benyttes også ved beregning av gassutvidelsen.
Negativ termisk ekspansjon
Den negative termiske ekspansjonen forekommer i enkelte materialer som, i stedet for å øke størrelsen ved høye temperaturer, kontrakt på grunn av lave temperaturer.
Denne typen termisk ekspansjon er vanligvis sett i åpne systemer der retningsbestemte interaksjoner blir observert - som i tilfelle av is- eller i komplekse forbindelser - forekommer det blant annet med noen zeolitter, Cu2O.
På samme måte har enkelte undersøkelser vist at negativ termisk ekspansjon også forekommer i enkeltkomponentgitter i kompakt form og med en sentral kraftinteraksjon.
Et klart eksempel på negativ termisk ekspansjon kan ses når man legger is til et glass vann. I dette tilfellet forårsaker høy temperatur på væsken på isen ikke noen økning i størrelse, men reduserer størrelsen på det samme.
typen
Når du beregner dilatasjonen av et fysisk objekt, må det tas hensyn til at, avhengig av temperaturendringen, kan objektet øke eller kontrakten sin størrelse.
Noen objekter krever ikke en drastisk temperaturendring for å endre størrelsen, så det er sannsynlig at verdien som kastes av beregningene, er gjennomsnittlig.
Som alle prosesser, er termisk ekspansjon delt inn i flere typer som forklarer hvert fenomen separat. I tilfelle av faste stoffer er typene termisk ekspansjon lineær utvidelse, volumetrisk dilasjon og overflateutvidelse.
Lineær dilatasjon
I lineær dilatasjon dominerer en enkelt variasjon. I dette tilfellet er den eneste enheten som gjennomgår en endring, objektets høyde eller bredde.
En enkel måte å beregne denne typen utvidelse på er å sammenligne verdien av mengden før temperaturendringen med verdien av mengden etter endring i temperatur.
Volumetrisk utvidelse
Ved volumetrisk utvidelse beregnes måten å beregne den ved å sammenligne volumet av væsken før temperaturendringen med volumet av væsken etter endring i temperatur. Formelen for å beregne den er:
Overflate eller arealutvidelse
I tilfelle av overfladisk dilatasjon observeres økningen i området av en kropp eller gjenstand når det er en temperaturendring på 1 ° C.
Denne utvidelsen fungerer for faste stoffer. Hvis du også har den lineære koeffisienten, kan du se at størrelsen på objektet vil være dobbelt så stor. Formelen for å beregne den er:
A f = A 0 [1 + YA (T f - T 0 )]
I dette uttrykket:
y = områdeutvidelseskoeffisient [° C-1]
A 0 = Initialt område
Et f = Endelig område
T 0 = Innledende temperatur.
T f = sluttemperatur
Forskjellen mellom arealutvidelse og lineær utvidelse er at i den første er det en økning i økningen i objektets område, og i den andre er endringen en enhetlig måling (som det kan være lengden eller den bredde av det fysiske objektet).
eksempler
Første øvelse (lineær dilatasjon)
Skinnene som utgjør sporet av et tog bygget av stål har en lengde på 1500 m. Hva vil være lengden på det tidspunktet når temperaturen går fra 24 til 45 ° C?
oppløsning
data:
L0 (innledende lengde) = 1500 m
L f (endelig lengde) =?
Til (innledende temperatur) = 24 ° C
T f (sluttemperatur) = 45 ° C
α (lineær utvidelseskoeffisient tilsvarende stål) = 11 x 10-6 ° C-1
Dataene erstattes i følgende formel:
Men først må vi vite verdien av temperaturforskjellen, for å inkludere disse dataene i ligningen. For å oppnå denne differensialen trekker du den høyeste temperaturen fra det laveste.
Δt = 45 ° C - 24 ° C = 21 ° C
Når denne informasjonen er kjent, er det mulig å bruke forrige 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
Andre øvelse (overfladisk dilatasjon)
På en videregående skole har et glassalg et område på 1, 4 m ^ 2, hvis temperaturen er ved 21 ° C. Hva blir ditt siste område når temperaturen øker til 35 ° C?
oppløsning
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 skjer dilatasjon?
Alle vet at alt materiale består av ulike subatomære partikler. Ved å endre temperaturen, enten heve eller senke, begynner disse atomene en bevegelsesprosess som kan endre formen på objektet.
Når temperaturen stiger, begynner molekylene å bevege seg raskt på grunn av økningen av den kinetiske energien, og formenes form eller volum vil derfor øke.
I tilfelle av negative temperaturer skjer det motsatte, i dette tilfellet er volumet av objektet vanligvis kontrahert av lave temperaturer.
