Definiția și formula coeficientului de expansiune termică
Când temperatura se schimbă, are loc o schimbare a dimensiunii solidului, numită expansiune termică. Distingeți între expansiunea termică liniară și volumetrică. Aceste procese se caracterizează prin coeficienții de dilatare termică (termică): - coeficientul mediu de expansiune termică liniară, coeficientul mediu de expansiune termică volumetrică.
Coeficientul de expansiune a temperaturii este o cantitate fizică care caracterizează modificarea dimensiunilor liniare ale unui corp solid cu o schimbare a temperaturii sale.
Aplicați, de obicei, coeficientul mediu de expansiune liniară. Aceasta este caracteristica expansiunii termice a materialului.
Dacă lungimea inițială a corpului este egală cu elongația sa cu creșterea temperaturii corpului prin, atunci este definită de formula:
Coeficientul de alungire liniară este o caracteristică a alungirii relative (), care apare când temperatura corpului crește cu 1 K.
Pe măsură ce crește temperatura, crește volumul solidului. În prima aproximare, putem presupune că:
unde - volumul inițial al corpului - schimbarea temperaturii corpului. Apoi, coeficientul de expansiune a volumului corpului este o cantitate fizică care caracterizează schimbarea relativă a volumului corpului (), care apare atunci când corpul este încălzit la 1 K și la presiune constantă. Definiția matematică a coeficientului de expansiune volumetrică este formula:
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.
Când volumul corpului se modifică, densitatea sa se modifică:
unde densitatea inițială este densitatea substanței la noua temperatură. Deoarece cantitatea, atunci expresia (4) este uneori scrisă ca:
Coeficienții de dilatare termică depind de substanță. În general, acestea vor depinde de temperatură. Coeficienții de dilatare termică sunt considerați independenți de temperatura într-un interval de temperatură mic.
Există o serie de substanțe care au un coeficient negativ de expansiune termică. Atunci când crește temperatura, astfel de materiale sunt comprimate. De obicei, acest lucru se întâmplă într-un interval de temperatură îngust. Există substanțe în care coeficientul de expansiune termică este aproape zero în jurul unui anumit interval de temperatură.
Expresia (3) este utilizată nu numai pentru substanțele solide, ci și pentru lichide. Se crede că coeficientul de expansiune a temperaturii pentru picăturile de lichide variază odată cu modificarea temperaturii nu este semnificativă. Cu toate acestea, atunci când se calculează sistemele de încălzire, este luată în considerare.
Relația dintre coeficienții de expansiune termică
În prima aproximare, putem presupune că coeficienții de expansiune liniară și volumică a unui corp izotropic sunt corelați de relația:
Unități de măsură
Unitatea de bază de măsurare a coeficienților de dilatare termică în sistemul SI este:
Exemple de rezolvare a problemelor
Pentru a determina coeficientul de expansiune volumetrică a lichidelor, se folosesc instrumentele numite picnometre. Acestea sunt sticle de sticlă cu gât îngust (figura 1). Pe gât puneți note pe capacitatea vasului (de obicei în ml). Cum se utilizează picnometrele?
Coeficientul de expansiune a volumului se măsoară după cum urmează. Picnometrul este umplut cu lichid de test la eticheta aleasă. Balonul a fost încălzit, observând schimbarea nivelului materiei. In aceste valori cunoscute ca volumul inițial al picnometrului, aria secțiunii canalului a gâtului balonului, modificarea temperaturii se determină cota volum inițial de lichid care a intrat în picnometru gât, atunci când este încălzit la 1 K. În acest caz, rețineți că coeficientul de dilatare al mai mare de lichid valoarea obținută, deoarece nu a existat încălzire și expansiune, și plic. substanță Prin urmare, pentru a calcula coeficientul a fost adăugat expansiune coeficientul de dilatare fluid al vasului (de obicei, sticlă). Trebuie spus că, deoarece coeficientul de dilatare volumetrică a sticlei este în mod substanțial mai mică decât lichidul, calculul aproximativ al coeficientului de dilatare fereastră poate fi neglijată.
Care sunt caracteristicile extinderii apei? Care este semnificația acestui fenomen?
Apa, spre deosebire de celelalte substanțe lichide, se extinde atunci când este încălzită, numai dacă temperatura este mai mare de 4 o C. În intervalul de temperatură, volumul de apă scade odată cu creșterea temperaturii. Apa dulce are o densitate maximă. Pentru apa de mare densitatea maximă este atinsă atunci când. Creșterea presiunii scade temperatura maximă a apei.
Deoarece aproape 80% din suprafața planetei noastre este acoperită cu apă, trăsăturile expansiunii sale joacă un rol semnificativ în crearea unui climat pe Pământ. Razele soarelui, care ajung pe suprafața apei, o încălzesc. Dacă temperatura este sub 1-2 o C, straturile încălzite de apă au o densitate mai mare decât cele reci și scad. În acest caz, locul lor este ocupat de straturi mai reci, care la rândul lor sunt încălzite. Deci, există o schimbare constantă a straturilor de apă și aceasta duce la încălzirea coloanei de apă, până la atingerea densității maxime. O creștere suplimentară a temperaturii conduce la faptul că straturile superioare ale apei reduc densitatea și rămân în partea superioară.
Astfel, se pare că un strat mare de apă este încălzit la densitatea maximă la o viteză destul de rapidă, iar o creștere suplimentară a temperaturii este lentă. Ca rezultat, corpurile de apă adâncă ale Pământului de la o anumită adâncime au o temperatură de aproximativ 2-3 o C. Temperatura straturilor superioare de apă din mările țărilor calde poate avea o temperatură de aproximativ 30 o C și mai mare.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: