Definiția și formula coeficientului de expansiune volumetrică
Ca și coeficientul de temperatură de dilatare liniară, este posibil să se introducă și să se aplice coeficientul de temperatură al expansiunii volumetrice, care este o caracteristică a modificării volumului corpului pe măsură ce variază temperatura acestuia. Se stabilește empiric că creșterea în volum în acest caz poate fi considerată proporțională cu schimbarea temperaturii dacă nu se modifică cu o cantitate foarte mare. Coeficientul de expansiune volumetrică poate fi desemnat diferit, nu există o singură notație. Deseori există o desemnare:
Indicăm volumul corpului la temperatura inițială (t) ca V, volumul corpului la o temperatură finită, ca și volumul corpului la temperatură, ca atunci, coeficientul de expansiune volumetrică este definit ca formula:
Solidele și lichidele își măresc volumul cu o ușoară creștere a temperaturii, prin urmare, așa-numitul "volum normal" () la o temperatură care este nesemnificativ diferită de volumul la o temperatură diferită. Prin urmare, în expresia (1) se înlocuiește cu V, cu aceasta:
Trebuie remarcat faptul că pentru gaze expansiunea termică este diferită și înlocuirea volumului "normal" cu V este posibilă numai pentru intervale mici de temperatură.
Coeficientul de expansiune a volumului și volumul corpului
Folosind coeficientul de expansiune volumetrică, putem scrie o formulă care ne permite să calculam volumul unui corp dacă se cunoaște volumul inițial și creșterea temperaturii:
în cazul în care. Expresia () este numită binomul de expansiune a volumului.
Extinderea termică a unui corp solid este asociată cu anarmonica vibrațiilor termice ale particulelor care constituie rețeaua cristalină a corpului. Ca urmare a acestor oscilații, pe măsură ce crește temperatura corpului, distanța de echilibru dintre particulele vecine ale acestui corp crește.
Coeficientul de expansiune în vrac și densitatea materiei
Dacă volumul corpului se modifică cu o masă constantă, aceasta duce la o modificare a densității substanței sale:
unde densitatea inițială este densitatea substanței la noua temperatură. Deoarece cantitatea, atunci expresia (4) este uneori scrisă ca:
Formulele (3) - (5) pot fi folosite atunci când corpul este încălzit și când este răcit.
Relația dintre coeficienții volumetrici și liniari ai expansiunii termice
În prima aproximare, putem presupune că coeficienții de expansiune liniară () și volum a unui corp izotropic sunt corelați de relația:
Unități de măsură
Unitatea de bază de măsurare a coeficientului de dilatare termică în sistemul SI este:
Exemple de rezolvare a problemelor
Ce presiune este afișată de barometrul de mercur care este în cameră dacă temperatura camerei este constantă și este egală cu t = 37 o C. Coeficientul de expansiune volumetrică a mercurului este egal cu Expansiunea sticlei poate fi neglijată.
Volumul real al mercurului din barometru va fi valoarea lui V, care poate fi găsită în funcție de expresie:
unde este volumul de mercur la presiunea atmosferică normală și la temperatură.
Deci, temperatura din cameră nu se schimbă, atunci putem folosi legea lui Boyle-Mariotte și notează:
Care este diferența în nivelul lichidului în două tuburi de comunicare identice, dacă tubul stâng are o temperatură constantă și cel corect). Înălțimea lichidului din tubul stâng este (figura 1). Coeficientul de expansiune volumetrică a lichidului este. Extinderea mono-ului de sticlă nu este luată în considerare.
Creșterea relativă a volumului lichidului cu temperatură în creștere în problema noastră poate fi găsită ca:
Zonele transversale ale tuburilor sunt egale (prin ipoteză). Volumul fluidului din genunchi cu temperatura este:
volumul de lichid din genunchi cu temperatura
Împărțim expresia (2.3) cu (2.2), luăm în considerare (2.1), obținem:
Din formula (2.4) găsim diferența de nivel cerută:
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: