Lämpöerotus, kertoimet, tyypit ja harjoitukset

lämpölaajeneminen on kehon tai fyysisen kohteen kärsimien metristen ulottuvuuksien (kuten pituuden tai tilavuuden) lisääntyminen tai vaihtelu. Tämä prosessi johtuu materiaalin ympäröivän lämpötilan kasvusta. Lineaarisen laajentumisen tapauksessa tällaiset muutokset tapahtuvat yhdessä ulottuvuudessa.

Tämän laajentumisen kerrointa voidaan mitata vertaamalla määrän määrää ennen prosessia ja sen jälkeen. Jotkut materiaalit kärsivät lämpölaajenemisen vastakkaisesta; se on "negatiivinen". Tämä käsite ehdottaa, että jotkin materiaalit sopivat tietyille lämpötiloille.  

Kiinteiden aineiden suhteen käytetään lineaarista laajennuskerrointa kuvaamaan sen laajenemista. Toisaalta nesteiden tilavuustekijää käytetään laskelmien suorittamiseen.

Kiteytyneiden kiintoaineiden tapauksessa, jos se on isometrinen, laajentuminen on yleistä kaikissa kiteen mitoissa. Jos se ei ole isometrinen, kristalleja pitkin löytyy erilaisia ​​laajennuskerroimia, ja se muuttaa sen kokoa lämpötilan muuttamisessa.

indeksi

• 1 Lämpölaajenemiskerroin
• 2 Negatiivinen lämpölaajennus
• 3 tyyppiä
  • 3.1 Lineaarinen laajennus
  • 3.2 Tilavuuslaajennus
  • 3.3 Pinnan tai alueen laajennus
• 4 Esimerkkejä
  • 4.1 Ensimmäinen harjoitus (lineaarinen laajentuminen)
  • 4.2 Toinen harjoitus (pinnallinen laajentuminen)
• 5 Miksi laajentuminen tapahtuu??
• 6 Viitteet

Lämpölaajenemiskerroin

Lämpölaajenemiskerroin (Y) määritellään muutossäteeksi, jonka läpi sen lämpötilan muutoksesta johtuva materiaali kulkee. Tätä kerrointa edustaa symboli α nesteiden kiintoaineille ja β: lle, ja sitä ohjaa kansainvälinen yksikköjärjestelmä.

Lämpölaajenemiskertoimet vaihtelevat kiinteän, nestemäisen tai kaasun suhteen. Jokaisella on erilainen ominaisuus.

Esimerkiksi kiinteän aineen laajeneminen voidaan nähdä pitkin pituutta. Tilavuuskerroin on yksi perusaineista nesteiden osalta ja muutokset ovat merkittäviä kaikissa suunnissa; tätä kerrointa käytetään myös laskettaessa kaasun laajenemista.

Negatiivinen lämpölaajeneminen

Negatiivinen lämpölaajeneminen esiintyy joissakin materiaaleissa, jotka sen sijaan, että niiden kokoa korotettaisiin korkeissa lämpötiloissa, supistuvat alhaisen lämpötilan vuoksi.

Tämäntyyppinen lämpölaajeneminen nähdään tavallisesti avoimissa järjestelmissä, joissa suuntaa-antavia vuorovaikutuksia havaitaan - esimerkiksi jään tai monimutkaisten yhdisteiden tapauksessa - joidenkin zeoliittien, Cu2O, tapauksessa..

Jotkut tutkimukset ovat myös osoittaneet, että negatiivinen lämpölaajeneminen esiintyy myös yksikomponenttisissa ristikkorakenteissa kompaktissa muodossa ja keskusjoukossa.

Selkeä esimerkki negatiivisesta lämpölaajenemisesta voidaan nähdä, kun jäätä lisätään lasilliseen vettä. Tässä tapauksessa nesteen korkea lämpötila jäällä ei aiheuta kokoluokan kasvua, vaan pienentää sen kokoa.

tyyppi

Kun lasketaan fyysisen esineen laajenemista, on otettava huomioon, että lämpötilan muutoksesta riippuen mainittu esine voi suurentaa tai supistaa sen kokoa..

Jotkut kohteet eivät vaadi voimakasta lämpötilan muutosta niiden koon muuttamiseksi, joten on todennäköistä, että laskelmien arvo on keskiarvo.

Kuten kaikki prosessit, lämpölaajeneminen on jaettu useisiin eri tyyppeihin, jotka selittävät jokaisen ilmiön erikseen. Kiinteän aineen tapauksessa lämpölaajenemisen tyypit ovat lineaarinen laajentuminen, tilavuuslaajennus ja pinnan laajentuminen.

Lineaarinen laajentuminen

Lineaarisessa laajentumisessa vallitsee yksi variaatio. Tällöin ainoa yksikkö, joka muuttuu, on kohteen korkeus tai leveys.

Helppo tapa laskea tämäntyyppinen laajentuminen on vertailla määrän määrää ennen lämpötilan muutosta määrän arvon muutoksen jälkeen lämpötilan muutoksen jälkeen..

Tilavuuslaajennus

Tilavuuden laajentamisen tapauksessa tapa laskea se on vertaamalla nesteen tilavuutta ennen lämpötilan muutosta nesteen tilavuuteen lämpötilan muutoksen jälkeen. Kaava sen laskemiseksi on:

Pinnan tai alueen laajennus

Pinnallisen laajentumisen tapauksessa kehon tai esineen alueen kasvua havaitaan, kun sen lämpötila muuttuu 1 ° C: ssa..

Tämä laajentuminen toimii kiintoaineiden osalta. Jos sinulla on myös lineaarinen kerroin, näet, että kohteen koko on kaksinkertainen. Kaava sen laskemiseksi on:

_F = A₀ [1 + YA (T_F - T₀)]

Tässä lausekkeessa:

γ = pinta-alan laajennuskerroin [° C^-1]

₀ = Alue

_F = Lopullinen alue

T₀ = Alkulämpötila.

T_F = Lopullinen lämpötila

Pinta-alan laajenemisen ja lineaarisen laajentumisen välinen ero on se, että ensimmäisessä on muutos kohteen alueella, ja toisessa muutos on yhden yksikön mittaus (koska se voi olla pituus tai fyysisen kohteen leveys).

esimerkit

Ensimmäinen harjoitus (lineaarinen laajentuminen)

Teräksestä rakennetun junan radan muodostavat kiskot ovat 1500 metrin pituisia. Mikä on pituus ajankohtana, jolloin lämpötila on 24 - 45 ° C?

ratkaisu

tiedot:

L0 (alkupituus) = 1500 m

L_F (lopullinen pituus) = ?

(Alkulämpötila) = 24 ° C

T_F (lopullinen lämpötila) = 45 ° C

α (lineaarinen laajennuskerroin, joka vastaa terästä) = 11 x 10^-6 ° C^-1

Tiedot korvataan seuraavalla kaavalla:

Ensin on kuitenkin tiedettävä lämpötilaeron arvo, jotta nämä tiedot voidaan sisällyttää yhtälöön. Saadaksesi tämän eron sinun on vähennettävä korkein lämpötila alimmasta.

At = 45 ° C - 24 ° C = 21 ° C

Kun tämä tieto on tiedossa, on mahdollista käyttää edellistä kaavaa:

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

Toinen harjoitus (pinnallinen laajentuminen)

Korkeakoulussa lasin myynti on 1,4 m ^ 2, jos lämpötila on 21 ° C. Mikä on lopullinen alue, kun lämpötilaa nostetaan 35 ° C: een?

ratkaisu

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

Miksi laajentuminen tapahtuu?

Kaikki tietävät, että kaikki materiaalit koostuvat erilaisista subatomisista hiukkasista. Muuttamalla lämpötilaa joko nostamalla tai laskemalla nämä atomit alkavat liikkumisprosessin, joka voi muuttaa kohteen muotoa.

Kun lämpötila nousee, molekyylit alkavat liikkua nopeasti kineettisen energian kasvun takia ja siksi kohteen muoto tai tilavuus kasvaa.

Negatiivisten lämpötilojen tapauksessa tapahtuu päinvastoin, jolloin tavallisesti kohteen lämpötila supistuu alhaisissa lämpötiloissa.

viittaukset

1. Lineaarinen, pinnallinen ja volumetrinen dilatointi - harjoitukset. Ratkaistu Palautettu 8. toukokuuta 2018 Fisimatilta: fisimat.com.mx
2. Pintakäsittely - Harjoitukset ratkaistu. Haettu 8. toukokuuta 2018 Fisimatilta: fisimat.com.mx
3. Lämpölaajennus. Haettu 8. toukokuuta 2018 osoitteesta Encyclopædia Britannica: britannica.com
4. Lämpölaajennus. Haettu 8. toukokuuta 2018 alkaen Hyper Physics Concepts: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
5. Lämpölaajennus. Haettu 8. toukokuuta 2018 osoitteesta Lumen Learning: courses.lumenlearning.com
6. Lämpölaajennus. Haettu 8. toukokuuta 2018 The Physics Hypertextbookista: physics.info
7. Lämpölaajennus. Haettu 8. toukokuuta 2018 Wikipediasta: en.wikipedia.org.