Kaj je volumetrična dilatacija? (S primeri)

The Volumetrična dilatacija To je fizični pojav, ki pomeni variacijo treh dimenzij telesa. Volumen ali dimenzije večine snovi se povečajo, ko so podvržene toploti; To je pojav, znan kot toplotna dilatacija, vendar obstajajo tudi snovi, ki se pri segrevanju krčijo.

Čeprav so spremembe prostornine relativno majhne za trdne snovi, so velikega tehničnega pomena, predvsem v situacijah, v katerih se želi pridružiti materialom, ki se različno razširijo.

Oblika nekaterih trdnih snovi trpi zaradi izkrivljanja, ko se ogreje, in se lahko razširi v nekatere smeri, v drugih. Ko pa je v določenem številu dimenzij le dilatacija, obstaja klasifikacija za takšne širitve:

• Linearna dilatacija se pojavi, ko prevladuje nihanje določene dimenzije, kot so dolžina, široka ali visoka telesa.
• Površna dilatacija je, da v dveh od treh dimenzij prevladuje variacija.
• Končno volumetrična dilatacija pomeni variacijo treh dimenzij telesa.

[TOC]

Osnovni koncepti, povezani s toplotno dilatacijo

Termalna energija

Zadevo tvorijo atomi, ki so v neprekinjenem gibanju, bodisi premikajo ali vibrirajo. Kinetična energija (ali gibanje), s katero se premikajo atomi, se imenuje toplotna energija, hitreje se premikajo, večja toplotna energija imajo.

Toplota

Toplota je toplotna energija, ki se prenaša med dve ali več snovi ali iz enega dela snovi na drugega na makroskopski lestvici. To pomeni, da lahko vroče telo del svoje toplotne energije in vpliva na telo blizu njega.

Količina prenesene toplotne energije je odvisna od narave tesnega telesa in okolja, ki jih ločuje.

Temperatura

Koncept temperature je bistven za preučevanje toplotnih učinkov, temperatura telesa je merilo njegove sposobnosti prenosa toplote na druga telesa.

Vam lahko služi: reakcija entalpija: definicija, termokemija, vaje

Dva telesa v vzajemnem stiku ali ločeni z ustreznimi sredstvi (toplotni prevodnik) bosta pri isti temperaturi, če med obema ni toplotnega pretoka. Podobno bo telo x pri temperaturi, večji od telesa in če toplota teče iz x a in.

Katere so osnovne lastnosti toplotne dilatacije?

Jasno je povezan s spremembo temperature pri večji ekspanziji temperature. Odvisno je tudi od notranje strukture materiala, v termometrih je širitev živega srebra veliko večja od širitve stekla, ki ga vsebuje.

Kakšen je temeljni vzrok toplotne dilatacije?

Povišanje temperature pomeni povečanje kinetične energije posameznih atomov v snovi. V trdni snovi so za razliko od plina tesno skupaj atomi ali molekule, vendar se njihova kinetična energija (v obliki majhnih in hitrih vibracij) loči drug od drugega do atomov ali molekul.

Ta ločitev med sosednjimi atomi se povečuje in povzroči povečanje velikosti trdne velikosti.

Za večino snovi v običajnih pogojih ni preferencialne smeri, v kateri se pojavi toplotna dilatacija, in zvišanje temperature se bo povečalo velikost trdne snovi za določeno frakcijo v vsaki dimenziji.

Linearna dilatacija

Najpreprostejši primer širitve je širitev v dimenziji (linearna). Eksperimentalno ugotovimo, da je sprememba dolžine ΔL snovi sorazmerna s temperaturno spremembo ΔT in začetnim dolžino LO (slika 1). To lahko predstavljamo na naslednji način:

Dl = alodt

kjer je α koeficient proporcionalnosti, imenovan linearni koeficient dilatacije in je značilen za vsak material. Nekatere vrednosti tega koeficienta so prikazane v tabeli A.

Linearni koeficient dilatacije je višji za materiale, ki doživljajo večjo širitev za vsako stopnjo centigrade, ki se dvigne.

Lahko vam služi: Mladi modul: izračun, aplikacije, primeri, vaje

Površinska dilatacija

Ko se ravnina vzame znotraj trdnega telesa, tako da je ta ravnina tista, ki trpi toplotno ekspanzijo (slika 2), je sprememba območja ΔA podana z:

DA = 2AA0

Kadar je ΔA sprememba začetnega območja AO, je T sprememba temperature in α je linearni koeficient dilatacije.

Volumetrična dilatacija

Kot v prejšnjih primerih je mogoče spremembo volumna ΔV približati z razmerjem (slika 3). Ta enačba je običajno napisana na naslednji način:

Dv = bvodt

Kadar je β volumetrični koeficient dilatacije in je približno enak 3∝ λ∝ τ∝ ßλ∝ 2.

Na splošno se bodo snovi razširile pod zvišanjem temperature, voda je najpomembnejša izjema od tega pravila. Voda se širi, ko se temperatura poveča, ko je večja od 4 ° C.

Vendar se tudi širi tako, da se zniža temperaturo v intervalu od 4 ° C do 0 ° C. Ta učinek lahko opazimo, ko se voda vstavi v hladilnik, voda se pri zamrzovanju razširi in je težko izvleči led iz svoje posode z omenjenim širjenjem.

Primeri

Razlike v volumetrični dilataciji lahko privedejo do zanimivih učinkov na bencinski črpalki. Primer je kaplja bencina v rezervoarju, ki je pravkar napolnjen za vroč dan.

Bencin hladi jekleno rezervoar, ko se razlije, in oba bencin in rezervoar razširita z okoliško temperaturo zraka. Vendar bencin precej hitreje razblini kot jeklo in tako se pojavi kapljanje zunaj rezervoarja.

Lahko vam služi: občutljiva toplota: koncept, formule in vaje rešene

Razlika v dilataciji med bencinom in rezervoarjem, ki ga vsebuje, lahko povzroči težave z branjem kazalca ravni goriva. Količina bencina (mase), ki ostane v rezervoarju, ko indikator doseže na vakuumski ravni, je poleti precej nižja kot pozimi.

Bencin ima v obeh postajah enako količino, ko se opozorilna luč vklopi, a ker se bencin poleti razširi, ima nižjo maso.

Kot primer je mogoče upoštevati celoten jekleni bencinski rezervoar z zmogljivostjo 60L. Če je temperatura rezervoarja in bencina 15 ° C, koliko bencina bo razlil v času, ko dosežejo temperaturo 35 ° C?

Rezervoar in bencin se bosta povečala zaradi zvišanja temperature, vendar se bo bencin povečal več kot rezervoar. Tako da bo razlitje bencina razlika v spremembah volumna. Volumetrična enačba dilatacije lahko nato uporabite za izračun sprememb volumna:

Količina, ki jo razlije s povečanjem temperature, je potem:

Če združite te 3 enačbe v enem, imate:

Tabela 2 je dobila vrednosti koeficienta volumetrične dilatacije, ki nadomeščajo vrednosti:

Čeprav je ta količina razlitega bencina v primerjavi s 60 L rezervoarjem razmeroma nepomembna, je učinek presenetljiv, saj se bencin in jeklo zelo hitro razširita.

Bibliografija

1. Yen Ho Cho, Taylor R. Temalna širitev trdnih snovi ASM International, 1998.
2. H. Ibach, Hans Lüth Fizika trdne države: Uvod v načela znanosti o materialih Springer Science & Business Media, 2003.
3. Halliday d., Resnick r., Krane K. Fizika, 1. zvezek. Wiley, 2001.
4. Martin c. Martin, Charles a. Hewett Elementi klasične fizike Elsevier, 2013.
5. Zemansky Mark W. Toplota in termodinamika. Uredništvo Aguilar, 1979.