Тепловое Расширение, Коэффициент, Типы и Упражнения

тепловое расширение является увеличением или изменением различных метрических размеров (таких как длина или объем), которым подвергается тело или физический объект. Этот процесс происходит из-за повышения температуры, окружающей материал. В случае линейного расширения такие изменения происходят в одном измерении.

Коэффициент этого расширения может быть измерен путем сравнения значения количества до и после процесса. Некоторые материалы страдают от теплового расширения; то есть оно становится «отрицательным». Эта концепция предполагает, что некоторые материалы сжимаются при воздействии определенных температур..  

Что касается твердых тел, коэффициент линейного расширения используется для описания его расширения. С другой стороны, объемный коэффициент расширения используется для жидкостей для выполнения расчетов.

В случае кристаллизованного твердого вещества, если оно изометрическое, расширение будет общим для всех размеров кристалла. Если он не изометрический, вдоль кристалла могут быть найдены разные коэффициенты расширения, и он изменит свой размер при изменении температуры..

индекс

• 1 Коэффициент теплового расширения
• 2 Отрицательное тепловое расширение
• 3 типа
  • 3.1 Линейное расширение
  • 3.2 Объемная дилатация
  • 3.3 Поверхность или площадь расширения
• 4 примера
  • 4.1 Первое упражнение (линейное расширение)
  • 4.2 Второе упражнение (поверхностное расширение)
• 5 Почему происходит расширение??
• 6 Ссылки

Коэффициент теплового расширения

Коэффициент теплового расширения (Y) определяется как радиус изменения, через который материал прошел из-за изменения его температуры. Этот коэффициент представлен символом α для твердых веществ и β для жидкостей и определяется Международной системой единиц.

Коэффициенты теплового расширения варьируются, когда речь идет о твердом теле, жидкости или газе. У каждого своя особенность.

Например, расширение тела может быть видно по длине. Объемный коэффициент является одним из самых основных в отношении жидкостей, и изменения являются значительными во всех направлениях; этот коэффициент также используется при расчете расширения газа.

Отрицательное тепловое расширение

Отрицательное тепловое расширение возникает в некоторых материалах, которые вместо увеличения их размера при высоких температурах сжимаются из-за низких температур.

Этот тип теплового расширения обычно наблюдается в открытых системах, где наблюдаются направленные взаимодействия - как в случае льда - или в сложных соединениях - как в случае некоторых цеолитов, Cu2O, среди других..

Кроме того, некоторые исследования показали, что отрицательное тепловое расширение также происходит в однокомпонентных решетках в компактной форме и с взаимодействием центральной силы..

Яркий пример отрицательного теплового расширения можно увидеть при добавлении льда в стакан воды. В этом случае высокая температура жидкости на льду не вызывает какого-либо увеличения размера, а скорее уменьшает размер того же самого.

тип

При расчете расширения физического объекта необходимо учитывать, что в зависимости от изменения температуры указанный объект может увеличиваться или уменьшаться в размере..

Некоторые объекты не требуют резкого изменения температуры, чтобы изменить их размер, поэтому вполне вероятно, что значение, полученное в результате расчетов, является средним.

Как и все процессы, тепловое расширение делится на несколько типов, которые объясняют каждое явление в отдельности. В случае твердых веществ типами теплового расширения являются линейное расширение, объемное расширение и поверхностное расширение.

Линейная дилатация

В линейной дилатации преобладает один вариант. В этом случае единственной единицей, которая подвергается изменению, является высота или ширина объекта..

Простой способ рассчитать этот тип расширения - это сравнить значение количества до изменения температуры со значением количества после изменения температуры..

Объемная дилатация

В случае объемного расширения способ его расчета заключается в сравнении объема жидкости до изменения температуры с объемом жидкости после изменения температуры. Формула для расчета:

Поверхностная или площадь дилатации

В случае поверхностного расширения увеличение площади тела или объекта наблюдается при изменении его температуры на 1 ° C..

Это расширение работает для твердых веществ. Если у вас также есть линейный коэффициент, вы можете видеть, что размер объекта будет в два раза больше. Формула для расчета:

_F = A₀ [1 + Я (Т_F - T₀)]

В этом выражении:

γ = коэффициент расширения площади [° C^-1]

₀ = Начальная площадь

_F = Конечная зона

T₀ = Начальная температура.

T_F = Конечная температура

Разница между расширением области и линейным расширением заключается в том, что в первом случае происходит изменение увеличения площади объекта, а во втором - изменение одной единицы измерения (как это может быть длина или ширина физического объекта).

примеров

Первое упражнение (линейная дилатация)

Рельсы, которые составляют путь поезда, построенного из стали, имеют длину 1500 м. Какой будет длина в то время, когда температура поднимется от 24 до 45 ° C??

решение

данные:

L0 (начальная длина) = 1500 м

L_F (конечная длина) = ?

То (начальная температура) = 24 ° C

T_F (конечная температура) = 45 ° C

α (линейный коэффициент расширения, соответствующий стали) = 11 х 10^-6 ° С^-1

Данные заменяются по следующей формуле:

Однако сначала мы должны знать значение разности температур, чтобы включить эти данные в уравнение. Чтобы получить этот дифференциал, вы должны вычесть самую высокую температуру из самой низкой.

Δt = 45 ° C - 24 ° C = 21 ° C

Как только эта информация станет известна, можно использовать предыдущую формулу:

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

Lf = 1500 м (1 + 2,31 х 10^-4)

Lf = 1500 м (1000231)

Lf = 1500,3465 м

Второе упражнение (поверхностное расширение)

В средней школе продажа стекла имеет площадь 1,4 м ^ 2, если температура составляет 21 ° C. Какой будет ваша последняя область при повышении температуры до 35 ° C?

решение

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

Аф = 1,4 м² [1] 204,4 х 10^-6]

Аф = 1,4 м² . 1.0002044

Af = 140028616 м²

Почему происходит расширение?

Все знают, что весь материал состоит из различных субатомных частиц. Изменяя температуру, повышая или понижая, эти атомы начинают процесс движения, который может изменить форму объекта.

Когда температура повышается, молекулы начинают быстро двигаться из-за увеличения кинетической энергии, и, следовательно, форма или объем объекта будут увеличиваться.

В случае отрицательных температур происходит обратное, в этом случае объем объекта обычно сокращается из-за низких температур..

ссылки

1. Линейная, поверхностная и объемная дилатация - упражнения. Решено Восстановлено 8 мая 2018 года от Fisimat: fisimat.com.mx
2. Поверхностное расширение - упражнения решены. Получено 8 мая 2018 г. от Fisimat: fisimat.com.mx
3. Тепловое Расширение. Получено 8 мая 2018 г. из Британской энциклопедии: britannica.com
4. Тепловое Расширение. Получено 8 мая 2018 г. от Hyper Physics Concepts: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
5. Тепловое Расширение. Получено 8 мая 2018 г. от Lumen Learning: courses.lumenlearning.com
6. Тепловое Расширение. Получено 8 мая 2018 года из Гипертекстовой книги по физике.
7. Тепловое Расширение. Получено 8 мая 2018 г. из Википедии: en.wikipedia.org.