HŐTÁGULÁS: EGYÜTTHATÓ, TÍPUSOK ÉS GYAKORLATOK - FIZIKAI - 2025

A hőtágulás megnövekszik, vagy különféle metrikus méretek (például hossz vagy térfogat) változása következik be, amely egy fizikai tárgyon vagy testön megy keresztül. Ez a folyamat az anyagot körülvevő hőmérséklet-emelkedés miatt zajlik. Lineáris dilatáció esetén ezek a változások csak egy dimenzióban fordulnak elő.

Ennek a tágulási tényezőnek a nagyságának a folyamat előtti és utáni értékének összehasonlításával mérhető. Egyes anyagok ellentétben vannak a hőtágulással; vagyis "negatív" lesz. Ez a koncepció azt javasolja, hogy egyes anyagok összehúzódjanak, ha bizonyos hőmérsékleten vannak kitéve.

Hő expanzió a vízben

Szilárd anyagok esetében lineáris tágulási együtthatót használnak a tágulásának leírására. Másrészt folyadékok esetében a számítások elvégzéséhez térfogati tágulási együtthatót alkalmaznak.

Kristályosított szilárd anyagok esetében, ha izometrikus, a tágulás általános lesz a kristály minden dimenziójában. Ha ez nem izometrikus, akkor az üvegben különböző tágulási együtthatók találhatók, és a hőmérséklet megváltozásakor meg fog változni a mérete.

Termikus dilatációs együttható

A hőtágulási együtthatót (Y) az a változás sugara, amelyen keresztül az anyag áthalad a hőmérséklet változása miatt. Ezt az együtthatót az α szimbólum jelöli szilárd anyagok és β szimbólummal, és a Nemzetközi Egységrendszer irányítja.

A hőtágulási együtthatók szilárd, folyékony vagy földgáz esetén változnak. Mindegyik eltérő sajátosságokkal rendelkezik.

Például egy szilárd anyag tágulása hosszirányban látható. A térfogat-együttható a folyadékok szempontjából az egyik legalapvetőbb, és a változások minden irányban figyelemre méltóak; Ezt az együtthatót kell használni egy gáz tágulásának kiszámításához.

Negatív hőtágulás

Néhány anyag negatív hőtágulása előfordul, amelyek ahelyett, hogy magasabb hőmérsékleten növekednének, az alacsony hőmérsékletek miatt összehúzódnak.

Az ilyen típusú hőtágulást általában nyílt rendszerekben látják, ahol irányzott kölcsönhatásokat figyelnek meg - jég esetén vagy komplex vegyületek esetén -, például bizonyos zeolitokkal, többek között Cu2O-val.

Hasonlóképpen, néhány kutatás kimutatta, hogy a negatív hőtágulás egykomponensű rácsokban is kialakul, kompakt formában és központi erő kölcsönhatással.

A negatív hőtágulás egyértelmű példája látható, ha egy pohár vízhez jégtöltünk. Ebben az esetben a jég magas hőmérséklete nem növeli a méretét, hanem csökkenti a jég méretét.

típusai

A fizikai objektum tágulásának kiszámításakor figyelembe kell venni, hogy a hőmérséklet változásától függően az objektum méretét növekedhet vagy csökkenhet.

Egyes objektumok méretének megváltoztatásához nincs szükség drasztikus hőmérsékleti változásra, ezért valószínű, hogy a számítások által visszaadott érték átlag.

Mint minden eljárás, a hőtágulást többféle típusra osztják, amelyek az egyes jelenségeket külön magyarázzák. Szilárd anyagok esetében a hőtágulástípusok a lineáris, térfogati és a felületi expanzió.

Lineáris tágulás

Az egy variáció dominál a lineáris dilatációban. Ebben az esetben az egyetlen elem, amelyen változás történik, az objektum magassága vagy szélessége.

Az ilyen típusú dilatáció kiszámításának egyszerű módja az, ha a hőmérsékletváltozás előtti nagyságot összehasonlítja a hőmérséklet-változás utáni nagyságértékkel.

Térfogati dilatáció

Térfogati expanzió esetén a kiszámításának módja az, ha a hőmérsékletváltozás előtti folyadék térfogatát összehasonlítjuk a hőmérsékletváltozás utáni folyadék térfogatával. A képlet kiszámításához:

Felület vagy terület kitágulása

Felületi tágulás esetén a test vagy tárgy növekedése figyelhető meg, mert hőmérséklete 1 ° C-on megváltozik.

Ez a tágulás szilárd anyagok esetében működik. Ha rendelkezünk a lineáris együtthatóval is, akkor láthatjuk, hogy az objektum mérete kétszer nagyobb. A képlet kiszámításához:

A _f = A ₀

Ebben a kifejezésben:

γ = a terület tágulási együtthatója

A ₀ = Kezdeti terület

A _f = végső terület

T ₀ = kezdeti hőmérséklet.

T _f = végső hőmérséklet

A terület dilatáció és a lineáris dilatáció között az a különbség, hogy az elsőben az objektum területének növekvő változása látható, a másodikban a változás egyetlen egységméret (például hosszúság vagy a fizikai tárgy szélessége).

Példák

Első gyakorlat (lineáris dilatáció)

Az acélból készült vonat pályáját alkotó sínek hossza 1500 m. Mekkora a hosszúsága, ha a hőmérséklet 24 és 45 ° C között megy?

Megoldás

Adat:

Lο (kezdeti hosszúság) = 1500 m

L _f (végső hossz) =?

Tο (kezdeti hőmérséklet) = 24 ° C

T _f (végső hőmérséklet) = 45 ° C-on

α (az acélnak a lineáris tágulási együtthatója) = 11 x 10 ^-6 ° C ^-1

Az adatokat a következő képlet helyettesíti:

Először azonban meg kell tudnia a hőmérsékleti különbség értékét, hogy ezeket az adatokat bele lehessen illeszteni az egyenletbe. Ennek a különbségnek a eléréséhez a legmagasabb hőmérsékletet kell levonni a legalacsonyabból.

Δt = 45 ° C - 24 ° C = 21 ° C

Amint ez az információ megismerhető, az előző képletet lehet használni:

Lf = 1500 m (1 + 21 ° C. ^11x10-6 ° C ^-1)

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

Lf = 1500 m (1 000231)

Lf = 1500,3465 m

Második gyakorlat (felületes tágulás)

Egy középiskolában egy üvegáru területe 1,4 m ^ 2, ha a hőmérséklet 21 ° C. Mi lesz a végterülete, ha a hőmérséklet 35 ° C-ra emelkedik?

Megoldás

Af = A0

Af = 1,4 m ² 204,4 x 10 ^-6]

Af = 1,4 m ². 1,0002044

Af = 1,40028616 m ²

Miért történik a dilatáció?

Mindenki tudja, hogy minden anyag különféle szubatomi részecskékből áll. A hőmérséklet megváltoztatásával, akár emelésével, akár csökkentésével ezek az atomok megindítják a mozgás folyamatát, amely megváltoztathatja a tárgy alakját.

A hőmérséklet emelésekor a molekulák a kinetikus energia növekedése miatt gyorsan mozogni kezdenek, és így a tárgy alakja vagy térfogata növekszik.

Negatív hőmérsékletek esetén fordítva történik, ebben az esetben az objektum térfogata csökken az alacsony hőmérsékletek miatt.

Irodalom

1. Lineáris, felületes és térfogati dilatáció - gyakorlatok. Feloldva: 2018. május 8-án, a Fisimat oldalról: fisimat.com.mx
2. Felületes dilatáció - Megoldott gyakorlatok. Beolvasva 2018. május 8-án, a Fisimat webhelyről: fisimat.com.mx
3. Hőtágulás. Beolvasva 2018. május 8-án, az Encyclopædia Britannica-tól: britannica.com
4. Hőtágulás. Visszakeresve: 2018. május 8-án a Hyper Physics Concepts oldalról: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
5. Hőtágulás. Beolvasva: 2018. május 8-án, a Lumen Learning oldalról:ours.lumenlearning.com
6. Hőtágulás. Beolvasva 2018. május 8-án, a The Physics Hypertextbook-ból: fizika.info
7. Hőtágulás. Visszakeresve: 2018. május 8-án, a Wikipedia-ról: en.wikipedia.org.