Šiluminis drėkinimas: koeficientas, tipai ir pratimai
Šiluminė plėtra - tai įvairių metrinių matmenų (pvz., Ilgio ar tūrio), kurį patiria kūnas ar fizinis objektas, padidėjimas ar kitimas. Šis procesas vyksta dėl padidėjusios medžiagos temperatūros. Linijinio išsiplėtimo atveju šie pokyčiai vyksta viename matmenyje.
Šio išsiplėtimo koeficientas gali būti matuojamas lyginant kiekio vertę prieš ir po proceso. Kai kurios medžiagos prieštarauja šiluminei plėtrai; tai yra, 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 išsiplėtimo koeficientas.
Kristalizuotų kietųjų medžiagų atveju, jei jis yra izometrinis, išsiplėtimas bus bendras visuose kristalo matmenyse. Jei jis nėra izometrinis, palei kristalą galima rasti skirtingus išsiplėtimo koeficientus, o tai pakeis temperatūrą.
Šiluminio plėtimosi koeficientas
Šiluminio plėtimosi koeficientas (Y) apibrėžiamas kaip pokyčio spindulys, per kurį medžiaga, praėjusi dėl temperatūros pokyčio. 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 yra 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, - ledo ar kompleksinių junginių atveju - tarp kitų - kai kurie ceolitai, Cu2O.
Kai kurie tyrimai taip pat parodė, kad neigiamas šiluminis išsiplėtimas vyksta ir vienkomponentėse grotelėse kompaktiškos formos ir su centrine jėgos sąveika.
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 didėti arba susitarti dėl jo dydžio.
Kai kuriems objektams nereikia drastiško temperatūros pokyčio, kad pakeistų jų dydį, todėl tikėtina, kad skaičiavimais išmesta vertė yra vidutinė.
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. Šiuo atveju vienintelis vienetas, kuriam atliekamas keitimas, yra objekto aukštis arba plotis.
Paprastas būdas apskaičiuoti tokio tipo išplėtimą yra lyginant kiekio vertę prieš temperatūros pokytį su kiekio verte po temperatūros pasikeitimo.
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 iki 1 ° C.
Šis išsiplėtimas veikia kietoms medžiagoms. Jei taip pat turite linijinį koeficientą, galite matyti, kad objekto dydis bus dvigubai didesnis. Formulė ją apskaičiuoti yra:
A f = A 0 [1 + YA (T f - T 0 )]
Šioje frazėje:
γ = ploto išplėtimo koeficientas [° C-1]
A 0 = Pradinė sritis
A f = Galutinė sritis
T 0 = pradinė temperatūra.
T f = galutinė temperatūra
Skirtumas tarp ploto išsiplėtimo ir tiesinio išsiplėtimo yra tas, kad pirmojoje dalyje pasikeičia objekto srities padidėjimas, o antrajame - vieneto matavimas (nes gali būti ilgis arba ilgis). fizinio objekto plotis).
Pavyzdžiai
Pirmasis pratimas (tiesinis išsiplėtimas)
Bėgių, sudarančių traukinio, pagaminto iš plieno, ilgis yra 1500 m. Koks bus ilgis, kai temperatūra pakyla nuo 24 iki 45 ° C?
Sprendimas
Duomenys:
L0 (pradinis ilgis) = 1500 m
L f (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. Norint pasiekti šį skirtumą, atimkite aukščiausią temperatūrą iš mažiausios.
Δt = 45 ° C - 24 ° C = 21 ° C
Kai ši informacija bus 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 temperatūra pakils 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 sparčiai judėti dėl kinetinės energijos padidėjimo, todėl objekto forma ar tūris padidės.
Neigiamos temperatūros atveju atsitinka priešingai, tokiu atveju objekto tūris paprastai susitraukia esant žemai temperatūrai.
