Šiluminis drėkinimas, koeficientai, tipai ir pratimai



The šiluminė plėtra yra įvairių metrinių matmenų (pvz., ilgio arba tūrio), kurį patyrė kūnas arba fizinis objektas, padidėjimas ar kitimas. Šis procesas vyksta dėl padidėjusios medžiagos temperatūros. Linijinio išsiplėtimo atveju tokie pokyčiai vyksta viename matmenyje.

Šio išsiplėtimo koeficientas gali būti matuojamas lyginant kiekio vertę prieš ir po proceso. Kai kurios medžiagos patiria priešingą šiluminio plėtimosi poveikį; tai reiškia, kad jis tampa „neigiamas“. Šioje koncepcijoje siūloma, kad kai kurioms medžiagoms būtų taikoma tam tikra temperatūra.  

Kalbant apie kietąsias medžiagas, jo išplėtimui apibūdinti naudojamas tiesinis plėtimosi koeficientas. Kita vertus, skaičiavimams atlikti naudojamas skysčių tūrinis išplėtimo koeficientas.

Kristalizuotų kietųjų medžiagų atveju, jei jis yra izometrinis, išsiplėtimas bus bendras visuose kristalo matmenyse. Jei jis nėra izometrinis, palei kristalą galima rasti skirtingus išplėtimo koeficientus, o tai pakeis temperatūrą.

Indeksas

  • 1 Šiluminio plėtimosi koeficientas
  • 2 Neigiamas šiluminis plėtimas
  • 3 tipai
    • 3.1 Linijinė plėtra
    • 3.2. Tūrio išsiplėtimas
    • 3.3 Paviršiaus ar ploto išplėtimas
  • 4 Pavyzdžiai
    • 4.1 Pirmasis pratimas (tiesinis išsiplėtimas)
    • 4.2. Antras pratimas (paviršinis išsiplėtimas)
  • 5 Kodėl išsiplėtimas vyksta??
  • 6 Nuorodos

Šiluminio plėtimosi koeficientas

Terminio išsiplėtimo koeficientas (Y) apibrėžiamas kaip pokyčio spindulys, per kurį medžiaga, praėjusi dėl jo temperatūros pokyčių. Šis koeficientas yra simbolis α kietoms medžiagoms ir β skysčiams ir vadovaujamasi Tarptautine vienetų sistema..

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

Pavyzdžiui, kietos medžiagos išsiplėtimas gali būti matomas išilgai. Tūrio koeficientas yra vienas iš svarbiausių, kiek tai susiję su skysčiais, ir pokyčiai pastebimi visomis kryptimis; šis koeficientas taip pat naudojamas apskaičiuojant dujų išplėtimą.

Neigiamas šiluminis plėtimasis

Neigiama šiluminė plėtra vyksta kai kuriose medžiagose, o ne didinant jų dydį, esant aukštai temperatūrai, dėl mažos temperatūros.

Tokio tipo šiluminė plėtra dažniausiai matoma atvirose sistemose, kuriose pastebimos kryptinės sąveikos, - kai kurių zeolitų, Cu2O atveju, ledo ar sudėtinių junginių atveju..

Be to, kai kurie tyrimai parodė, kad neigiamas šiluminis išsiplėtimas vyksta ir vienkomponentėse grotelėse kompaktišku pavidalu ir su centrine jėga.

Aiškus neigiamo šiluminio plėtimosi pavyzdys gali būti matomas, kai ledui pridedama vandens. Šiuo atveju aukšta skysčio temperatūra ant ledo nesukelia jokio dydžio padidėjimo, o sumažina to paties dydžio.

Tipai

Apskaičiuojant fizinio objekto išsiplėtimą, reikia atsižvelgti į tai, kad, priklausomai nuo temperatūros pokyčio, minėtas objektas gali padidinti arba susitarti dėl jo dydžio.

Kai kuriems objektams nereikia drastiško temperatūros pokyčio, kad pakeistų jų dydį, todėl tikėtina, kad skaičiavimais išmestas dydis yra vidutinis.

Kaip ir visi procesai, šiluminė plėtra yra suskirstyta į keletą tipų, kurie atskirai paaiškina kiekvieną reiškinį. Kietų medžiagų atveju šiluminės plėtimosi rūšys yra tiesinis išsiplėtimas, tūrio išsiplėtimas ir paviršiaus išsiplėtimas.

Tiesinė dilatacija

Linijinio išsiplėtimo atveju vyrauja vienas variantas. Tokiu atveju vienintelis vienetas, kuriam atliekamas keitimas, yra objekto aukštis arba plotis.

Paprastas būdas apskaičiuoti šio tipo išsiplėtimą yra lyginant kiekio vertę iki temperatūros pokyčio ir kiekio vertės po temperatūros pokyčio.

Tūrinis išsiplėtimas

Tūrio išsiplėtimo atveju būdas jį apskaičiuoti yra lyginant skysčio tūrį prieš temperatūros pasikeitimą su skysčio tūriu po temperatūros pasikeitimo. Formulė ją apskaičiuoti yra:

Paviršiaus ar vietos išplėtimas

Paviršinio išsiplėtimo atveju kūno ar objekto ploto padidėjimas stebimas, kai pasikeičia jo temperatūra 1 ° C temperatūroje..

Šis išsiplėtimas veikia kietoms medžiagoms. Jei taip pat turite linijinį koeficientą, galite matyti, kad objekto dydis bus dvigubai didesnis. Formulė ją apskaičiuoti yra:

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

Šioje frazėje:

γ = ploto išplėtimo koeficientas [° C-1]

A0 = Pradinė sritis

Af = Galutinė sritis

T0 = Pradinė temperatūra.

Tf = Galutinė temperatūra

Skirtumas tarp ploto išsiplėtimo ir tiesinio išsiplėtimo yra tas, kad pirmojoje dalyje pasikeičia objekto srities padidėjimas, o antrajame - vieno vieneto matavimas (nes tai gali būti ilgis arba ilgis). fizinio objekto plotis).

Pavyzdžiai

Pirmasis pratimas (tiesinis išsiplėtimas)

Bėgių, sudarančių iš plieno pagaminto traukinio, ilgis yra 1500 m. Koks bus ilgis, kai temperatūra pakyla nuo 24 iki 45 ° C?

Sprendimas

Duomenys:

L0 (pradinis ilgis) = 1500 m

Lf (galutinis ilgis) = ?

(Pradinė temperatūra) = 24 ° C

Tf (galutinė temperatūra) = 45 ° C

α (linijinis išsiplėtimo koeficientas, atitinkantis plieną) = 11 x 10-6 ° C-1

Duomenys pakeičiami tokia formule:

Tačiau pirmiausia turime žinoti temperatūros skirtumo vertę, kad šiuos duomenis būtų galima įtraukti į lygtį. Kad gautumėte šį skirtumą, turite atimti didžiausią temperatūrą iš mažiausios.

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 pardavimas yra 1,4 m ^ 2, jei temperatūra yra 21 ° C. Koks bus jūsų galutinis plotas, kai padidinsite temperatūrą iki 35 ° C?

Sprendimas

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

Kodėl išsiplėtimas vyksta?

Visi žino, kad visa medžiaga yra sudaryta iš įvairių subatominių dalelių. Pakeitus temperatūrą, pakelti arba sumažinti, šie atomai pradeda judėjimo procesą, kuris gali pakeisti objekto formą.

Kai temperatūra pakyla, molekulės pradeda greitai judėti dėl kinetinės energijos padidėjimo, todėl objekto forma ar tūris padidės.

Neigiamų temperatūrų atveju atsitinka priešingai, šiuo atveju objekto tūris paprastai sumažėja esant žemai temperatūrai.

Nuorodos

  1. Linijinė, paviršinė ir tūrio išlyginimas - pratimai. Išspręsta Atkurta 2018 m. Gegužės 8 d. Iš Fisimat: fisimat.com.mx
  2. Paviršinės dilatacijos - išspręstos pratybos. Gauta 2018 m. Gegužės 8 d. Iš Fisimat: fisimat.com.mx
  3. Šiluminė plėtra. Gauta 2018 m. Gegužės 8 d. Iš Encyclopædia Britannica: britannica.com
  4. Šiluminė plėtra. Gauta 2018 m. Gegužės 8 d. Iš Hyper Physics Concepts: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
  5. Šiluminė plėtra. Gauta 2018 m. Gegužės 8 d. Iš „Lumen Learning“: courses.lumenlearning.com
  6. Šiluminė plėtra. Gauta 2018 m. Gegužės 8 d. Iš fizikos hipertextbook: physics.info
  7. Šiluminė plėtra. Gauta 2018 m. Gegužės 8 d. Iš Wikipedia: en.wikipedia.org.