Toplotna dilatacija

Pojasnjujemo, kaj je toplotna dilatacija, vrste, ki obstajajo, in navedemo več primerov

Vodna toplotna dilatacija

Kaj je toplotna dilatacija?

The Toplotna dilatacija o Toplotna ekspanzija je povečanje dimenzij teles, ko se segrejejo. Zgodi se s skoraj vsemi materiali, razen z nekaterimi, ki se širijo, ko zamrznejo, na primer voda in ocetna kislina.

Razlaga pojava je v toplotni vznemirjenosti delcev. Po kinetični teoriji molekule, ki predstavljajo snovi, niso v mirovanju, ampak v trajnem gibanju.

V trdnih snovi se delci nihajo okoli fiksne točke, vendar s povečanjem temperature amplituda nihanja raste in posledično se objekt širi.

Ta lastnost materialov širjenja s temperaturo se uporablja v številnih aplikacijah, na primer v bimetalni tekočini in trakovih, ki jih na določen način zložimo s povečanjem temperature in na ta način se lahko odprejo ali zaprejo vezja.

Vendar včasih toplotna dilatacija povzroča neprijetnosti, kot v primeru smole, ki se uporabljajo za zdravljenje zobnega razpada. Te smole se širijo s toploto hitreje kot zobe, kar povzroča nelagodje, ko se zaužijejo vroče pijače.

Če se pri oblikovanju ne upošteva toplotne ekspanzije, lahko kos ali predmet izgubi funkcionalnost, kadar se iz nekega razloga temperatura zviša.

Vrste toplotne dilatacije

Te železniške tirnice so zgrajene in puščajo vrzel ali vrzel, tako da toplotna dilatacija ne povzroči notranje napetosti, ki deformirajo tirnice

Večina materialov se pri ogrevanju razširi, nekaj pa ravno nasprotno, zato načeloma obstajata dve vrsti toplotne ekspanzije:

• Najpogostejši, ki se pojavi, ko Material se poveča preprosto njene dimenzije s temperaturo in se imenuje Dilatacija tudi Toplotno raztezanje.
• Negativna toplotna ekspanzija, Če snov Skomigne, kdaj.

Lahko vam služi: sevalni prenos toplote (s primeri)

Glede na prevladujoče dimenzije v predmetu je lahko toplotna ekspanzija linearno, površinsko ali volumetrično. Na primer, če imate tanko žico ali palico, se predmet podaljša in dilatacija je linearna, saj je dolžina predvsem spremenjena.

Po drugi strani, ko se tanek list segreje, se poveča njegovo površinsko območje, medtem ko tridimenzionalni predmet dvigne glasnost. Za vsak od teh primerov je preprosta enačba, ki je izpolnjena v dobrem temperaturnem območju.

1. Linearna dilatacija

Sprememba dolžine tanke palice, palice ali žice je označena kot ΔL in je neposredno sorazmerna s spremembo temperature ΔT in prvotno dolžino L_tudi:

Δl = α⋅l_tudiΔT

Kje:

• ΔL = končna dolžina - začetna dolžina = l_F - L_tudi
• ΔT = končna temperatura - začetna temperatura = t_F - T_tudi
• α je konstanta sorazmernosti, imenovana Linearni koeficient širitve , pozitivno, če se dolžina poveča s temperaturo.

Vrednosti α za različne snovi v temperaturnih inverznih enotah so skoraj vedno pri 20 ° C, čeprav vrednost ostane konstantna v dobrem temperaturnem območju.

Prejšo enačbo je mogoče napisati za neposredno izračun končne dolžine:

L_F = L_tudi + αL_tudiΔT = l_tudi(1 + αΔT)

2. Površinska dilatacija

Analogno prejšnje enačbe, za lamino z začetno površino S_tudi , Lahko je dokazano, da je nova površina s_F Daje ga:

S_F = S_tudi + 2αs_tudi ΔT

3. Volumetrična dilatacija

Končno za začetni objekt glasnosti V_tudi , Novi zvezek V_F je:

V_F = V_tudi + 3α v_tudi ΔT

Primeri toplotne dilatacije

Vroč zrak v balonu

Zrak znotraj sveta se širi, ko se segreje. Priročno je, da ga ne približate plamenu

Pri segrevanju zraka znotraj balona se napihne, ker se plin v notranjosti razširi zaradi zvišanja temperature. Zlahka ga preverimo tako. Kmalu se vidi, da se balon začne napihniti.

Lahko vam služi: Mehanika materiala: Zgodovina, študijsko področje, aplikacije

Razširitveni spoji na pločnikih in cestah

Razširitvena deska z zobmi na betonskem mostu

Pri konstrukciji pločnikov in prometnih poti ostane marža za ekspanzijske spoje, sestavljena iz ločitve med ploščami, tako da se, ko se temperatura zviša, ne razpokajo.

Na avtocestah in betonskih mostovih prostori ostanejo s prilagodljivim materialom ali z ekspanzijskimi spoji v obliki zob, ki se dvigajo med seboj in puščajo prostore. Na ta način obstaja marža, da se beton širi in krči s temperaturnimi spremembami.

Zlomi v steklu

Steklene razpoke pred nenadnimi spremembami temperature. Če je hladno steklo napolnjeno z zelo vročo vodo, se material segreje, kar na nekaterih mestih povzroči širitev, kar povzroči notranje napetosti, ki vodijo do zlomov.

V nasprotju s tem, kar je misli. To je posledica dejstva, da je tanjši material, hitrejša je toplota, zato ni časa, da bi se pojavile notranje napetosti.

Zamrzovanje vode

Voda je primer negativne toplotne ekspanzije, to je, da se širi pri hlajenju, pojav, ki se pojavi med 0 in 4 ° C. Kot je znano, bo pri zamrznitvi popolnoma polne steklenice vode počila.

Vendar ta kakovost vode omogoča ozadje rek in jezera.

Vam lahko služi: latentna toplota

Električno laganje

Električni kabli za polaganje niso nameščeni v ravni črti med dvema deloma, ampak pustijo nekaj marže, da se malo obesi, kar tvori krivuljo. To je zato, ker se vreme, ko postane zelo hladno, ožičenje nagiba.

Po drugi strani pa je, ko je vreme zelo vroče, običajno videti, da se električni polaganje kabli sprostijo in veliko visijo.

Letala zakovice

Na letalih se uporabljajo aluminij, izdelani za združevanje delov in so vedno večji od ustrezne luknje. Potem pa jih morate, preden jih postavite na svoje mesto.

Obstaja veliko razlogov, zakaj so zakovice nekoč prednostno zaradi varjenja za letala. Na primer, vrsta aluminija, ki se uporablja pri proizvodnji zrakoplova. Po drugi strani je lažje pregledati in popraviti zakovice kot zvarki.

Vaja rešena

Tanka palica, narejena iz bronastih ukrepov 0.5 m dolg do 20.0 ° C. Izračunajte dolžino palice, ko se segreva na 50.0 ° C, vedoč, da je linearni koeficient dilatacije brona pri 20 ° C: 19 × 10^-6 ºC^-1 .

Rešitev

Ker je vrstica tanka, velja enačba za linearno širitev:

L_F = L_tudi (1 + αΔT)

Dovolj je, da zamenjate vrednosti, ki se pojavijo v izjavi:

ΔT = (50,0 −20,0) ºC = 30,0 ° C

L_F = 0.5 (1 + 19 × 10^-6 × 30) M = 0.500285 m