Termiline kuivamine, koefitsient, tüübid ja harjutused



The soojuspaisumine on keha või füüsilise objekti poolt kannatanud erinevate metriliste mõõtmete (nagu pikkus või maht) suurenemine või varieerumine. See protsess toimub materjali ümbritseva temperatuuri suurenemise tõttu. Lineaarse laienemise korral toimuvad sellised muutused ühes mõõtmes.

Selle laienemise koefitsienti saab mõõta koguse väärtuse võrdlemisel enne ja pärast protsessi. Mõned materjalid kannatavad termilise paisumise vastandina; see tähendab, et see muutub "negatiivseks". See kontseptsioon teeb ettepaneku, et mõned materjalid sõlmitakse teatud temperatuuride korral.  

Tahkete ainete puhul kasutatakse selle laienemise kirjeldamiseks lineaarset laiendustegurit. Teisest küljest kasutatakse vedelike jaoks arvutusteks mahulist paisumistegurit.

Kristalliseeritud tahkete ainete puhul on laienemine üldjuhul kristallilise tahke aine korral. Kui see ei ole isomeetriline, võib kristallil leida erinevaid laienemise koefitsiente ja see muudab selle suurust temperatuuri muutmisel.

Indeks

  • 1 Soojuspaisumise koefitsient
  • 2 Negatiivne soojuspaisumine
  • 3 tüüpi
    • 3.1 Lineaarne laienemine
    • 3.2 Volumetriline laienemine
    • 3.3 Pinna või ala laienemine
  • 4 Näited
    • 4.1 Esimene harjutus (lineaarne laienemine)
    • 4.2 Teine harjutus (pealiskaudne laienemine)
  • 5 Miks laienemine toimub??
  • 6 Viited

Soojuspaisumise koefitsient

Termilise paisumise koefitsient (Y) on määratletud kui muutusraadius, mille kaudu temperatuur on muutunud. Seda koefitsienti tähistab sümbol α vedelike tahkete ainete ja β puhul ning juhindub rahvusvahelisest ühikute süsteemist.

Soojuspaisumise koefitsiendid erinevad tahkete, vedelate või gaasiliste omaduste poolest. Igaühel neist on erinev eripära.

Näiteks võib tahke aine laienemist näha piki pikkust. Volumetriline koefitsient on vedelike osas üks kõige elementaarsemaid ja kõik muutused on märkimisväärsed; seda koefitsienti kasutatakse ka gaasi laiendamise arvutamisel.

Negatiivne soojuspaisumine

Negatiivne soojuspaisumine esineb mõnedes materjalides, mis suurendavad nende suurust kõrgetel temperatuuridel, madalate temperatuuride tõttu.

Seda tüüpi soojuspaisumist täheldatakse tavaliselt avatud süsteemides, kus täheldatakse suundumuslikke koostoimeid - jää- või kompleksühendite puhul, näiteks mõnede tseoliitide puhul, Cu2O..

Samuti on mõned uuringud näidanud, et negatiivne soojuspaisumine toimub ka kompaktses vormis ühekomponentsetes võredes ja keskse jõuallikaga.

Jää lisamisel klaasi veele on selge näide negatiivsest soojuspaisumisest. Sel juhul ei põhjusta jääl oleva vedeliku kõrge temperatuur suurust, vaid pigem vähendab selle suurust.

Tüübid

Füüsilise objekti dilatatsiooni arvutamisel tuleb arvestada, et sõltuvalt temperatuurimuutusest võib nimetatud objekt suurendada või kokku leppida selle suurusega.

Mõned objektid ei vaja nende suuruse muutmiseks drastilist temperatuuri muutust, mistõttu on tõenäoline, et arvutustes visandatud väärtus on keskmine.

Nagu kõik protsessid, on soojuspaisumine jagatud mitmeks tüübiks, mis selgitavad iga nähtust eraldi. Tahkete ainete puhul on soojuspaisumise tüübid lineaarne laienemine, ruumala laienemine ja pinna laienemine.

Lineaarne dilatatsioon

Lineaarse laienemise korral domineerib üks variatsioon. Sel juhul on ainus seade, mis läbib muutuse, objekti kõrguse või laiuse.

Lihtne viis seda tüüpi dilatatsiooni arvutamiseks on koguse väärtuse võrdlemine enne temperatuuri muutumist koguse väärtusega pärast temperatuuri muutumist.

Volumetriline laienemine

Mahulise dilatatsiooni korral on selle arvutamise viis vedeliku mahu võrdlemine enne temperatuuri muutumist vedeliku mahuga pärast temperatuuri muutumist. Valem selle arvutamiseks on:

Pinna või ala laienemine

Pinnase laienemise korral täheldatakse keha või objekti pindala suurenemist, kui selle temperatuur on muutunud 1 ° C juures..

See dilatatsioon töötab tahkete ainete puhul. Kui teil on ka lineaarne koefitsient, näete, et objekti suurus on kaks korda suurem. Valem selle arvutamiseks on:

Af = A0 [1 + YA (Tf - T0)]

Selles väljendis:

γ = pindala paisumistegur [° C-1]

A0 = Esialgne ala

Af = Lõplik ala

T0 = Esmane temperatuur.

Tf = Lõpptemperatuur

Erinevus pindala laienemise ja lineaarse laienemise vahel on see, et esimeses on muutus objekti pindala suurenemisel ja teisel juhul on muutus ühe ühiku mõõtmisega (kuna see võib olla pikkus või pikkus). füüsilise objekti laius).

Näited

Esimene harjutus (lineaarne laienemine)

Raudteed, mis moodustavad terase rongi raja, on 1500 m pikkused. Mis on pikkus ajal, mil temperatuur tõuseb 24 ° C-lt 45 ° C-ni?

Lahendus

Andmed:

L0 (esialgne pikkus) = 1500 m

Lf (lõplik pikkus) = ?

(Algtemperatuur) = 24 ° C

Tf (lõpptemperatuur) = 45 ° C

α (lineaarne laienemistegur, mis vastab terasele) = 11 x 10-6 ° C-1

Andmed asendatakse järgmise valemiga:

Kõigepealt peame teadma temperatuuri erinevuse väärtust, et lisada need andmed võrrandisse. Selle diferentsiaali saamiseks peate lahutama kõige madalama temperatuuri.

Δt = 45 ° C - 24 ° C = 21 ° C

Kui see teave on teada, on võimalik kasutada eelmist valemit:

Lf = 1500 m (1 + 21 ° C. 11 x 10 ° C-6 ° C-1)

Lf = 1500 m (1 + 2,31 x 10-4)

Lf = 1500 m (1,000231)

Lf = 1500,3465 m

Teine harjutus (pealiskaudne laienemine)

Keskkoolis on klaasmüügi pindala 1,4 m ^ 2, kui temperatuur on 21 ° C. Milline on teie lõplik ala temperatuuri tõstmisel 35 ° C-ni?

Lahendus

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

Miks laienemine juhtub?

Igaüks teab, et kõik materjalid koosnevad erinevatest subatoomilistest osakestest. Temperatuuri muutmisega, kas tõsta või langetada, alustavad need aatomid liikumisprotsessi, mis võib muuta objekti kuju.

Kui temperatuur tõuseb, hakkavad molekulid kineetilise energia suurenemise tõttu kiiresti liikuma ja seetõttu suureneb objekti kuju või maht..

Negatiivsete temperatuuride puhul juhtub vastupidine, sel juhul on objekti maht tavaliselt madalate temperatuuride tõttu kokku lepitud.

Viited

  1. Lineaarne, pealiskaudne ja volumetriline dilatatsioon - harjutused. Lahendatud Taastati 8. mail 2018 Fisimatilt: fisimat.com.mx
  2. Pealiskaudne katkestamine - harjutused lahendatud. Välja otsitud 8. mail 2018 Fisimatilt: fisimat.com.mx
  3. Termiline laiendamine. Välja otsitud 8. mail 2018, Encyclopædia Britannica: britannica.com
  4. Termiline laiendamine. Välja otsitud 8. mail 2018 Hyper Physics Conceptsist: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
  5. Termiline laiendamine. Välja otsitud 8. mail 2018, Lumen Learningist: courses.lumenlearning.com
  6. Termiline laiendamine. Välja otsitud 8. mail 2018, The Physics Hypertextbook: physics.info
  7. Termiline laiendamine. Välja otsitud 8. mail 2018, Wikipediast: en.wikipedia.org.