Termisk fördjupning: koefficient, typer och övningar
Termisk expansion är ökningen eller variationen av olika metriska dimensioner (såsom längd eller volym) som lider av en kropp eller ett fysiskt objekt. Denna process sker på grund av ökningen av temperaturen kring materialet. Vid linjär utvidgning sker dessa förändringar i en enda dimension.
Koefficienten för denna utvidgning kan mätas genom att jämföra värdet av kvantiteten före och efter processen. Vissa material lider motsatt av termisk expansion; det blir det "negativt". Det här konceptet föreslår att vissa material kontrakt när de utsätts för vissa temperaturer.
Vad gäller fastämnen används en linjär expansionskoefficient för att beskriva dess expansion. Å andra sidan används en volymetrisk expansionskoefficient för vätskorna för att utföra beräkningarna.
I fallet med kristalliserade fasta ämnen, om det är isometriskt, kommer dilatationen att vara generell i alla kristallens dimensioner. Om det inte är isometriskt, kan olika expansionskoefficienter hittas längs kristallen, och det kommer att ändra dess storlek när temperaturen ändras.
Värmeutvidgningskoefficient
Värmeutvidgningskoefficienten (Y) definieras som ändringsradien genom vilken ett material passerade på grund av förändringen i dess temperatur. Denna koefficient representeras av symbolen α för fastämnen och β för vätskor och styrs av det internationella systemet för enheter.
Värmekonduktionens koefficienter varierar när det gäller fast, flytande eller gas. Var och en har en annan särdrag.
Till exempel kan dilatationen av ett fastämne ses längs en längd. Den volymetriska koefficienten är en av de mest grundläggande vad gäller vätskor och förändringarna är anmärkningsvärda i alla riktningar; Denna koefficient används också vid beräkning av expansionen av en gas.
Negativ termisk expansion
Den negativa termiska expansionen förekommer i vissa material som, i stället för att öka sin storlek med höga temperaturer, kontrakt på grund av låga temperaturer.
Denna typ av termisk expansion ses vanligen i öppna system där riktningsinteraktioner observeras - som i fallet med is- eller i komplexa föreningar - förekommer bland annat med några zeoliter, Cu2O.
På samma sätt har vissa undersökningar visat att negativ termisk expansion också uppträder i enkomponentgitterar i kompakt form och med en central kraftväxelverkan.
Ett tydligt exempel på negativ termisk expansion kan ses när man lägger is i ett glas vatten. I det här fallet orsakar vätskans höga temperatur på isen inte någon ökning i storlek, men reducerar snarare storleken på densamma.
Typ
Vid beräkning av dilatation av ett fysiskt objekt måste det beaktas att objektet kan öka eller kontrahera beroende på temperaturförändringen.
Vissa objekt kräver ingen drastisk temperaturändring för att ändra storlek, så det är troligt att värdet som kastas av beräkningarna är genomsnittligt.
Liksom alla processer är termisk expansion uppdelad i flera typer som förklarar varje fenomen separat. I fallet med fasta ämnen är typerna av termisk expansion linjär dilatation, volymetrisk dilatering och ytdilation.
Linjär dilatation
Vid linjär utvidgning dominerar en enda variation. I det här fallet är den enda enheten som genomgår en ändring objektets höjd eller bredd.
Ett enkelt sätt att beräkna denna typ av expansion är att jämföra värdet av kvantiteten före temperaturförändringen med värdet av kvantiteten efter temperaturförändringen.
Volumetrisk utvidgning
Vid volymetrisk utvidgning är sättet att beräkna det genom att jämföra volymen av vätskan före temperaturförändringen med volymen av vätskan efter temperaturförändringen. Formeln för att beräkna den är:
Yta eller yta dilatation
Vid ytlig dilatering observeras ökningen i området för en kropp eller ett objekt när temperaturen ändras till 1 ° C.
Denna utvidgning fungerar för fasta ämnen. Om du också har den linjära koefficienten kan du se att objektets storlek blir dubbelt så stor. Formeln för att beräkna den är:
A f = A 0 [1 + YA ( Tf- T0)]
I detta uttryck:
y = områdesexpansionskoefficient [° C-1]
A 0 = Initialt område
Ett f = slutligt område
T 0 = Initial temperatur.
Tf = Slutlig temperatur
Skillnaden mellan områdets dilatation och linjär utvidgning är att i den första en förändras ökningen i objektets område, och i andra änden är förändringen en enda enhetsmätning (eftersom det kan vara längden eller bredden på det fysiska objektet).
exempel
Första övningen (linjär dilation)
Räcken som utgör spåret av ett tåg byggt av stål har en längd på 1500 m. Vad blir längden vid den tidpunkt då temperaturen går från 24 till 45 ° C?
lösning
data:
L0 (initial längd) = 1500 m
L f (slutlig längd) =?
Till (initial temperatur) = 24 ° C
Tf (slutlig temperatur) = 45 ° C
a (linjär expansionskoefficient motsvarande stål) = 11 x 10-6 ° C-1
Data ersätts med följande formel:
Först måste vi dock veta värdet av temperaturskillnaden, för att inkludera dessa data i ekvationen. För att uppnå denna differential, subtrahera den högsta temperaturen från det lägsta.
Δt = 45 ° C - 24 ° C = 21 ° C
När denna information är känd är det möjligt att använda den tidigare formeln:
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
Andra övningen (ytlig dilatering)
På högstadiet har en glasförsäljning ett område på 1, 4 m ^ 2, om temperaturen är 21 ° C. Vad blir ditt sista område när temperaturen ökar till 35 ° C?
lösning
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
Varför sker dilatation?
Alla vet att allt material består av olika subatomiska partiklar. Genom att ändra temperaturen, antingen höja eller sänka, börjar dessa atomer en rörelse som kan ändra formen på objektet.
När temperaturen stiger börjar molekylerna att röra sig snabbt på grund av ökningen av den kinetiska energin och därför kommer formen eller volymen av föremålet att öka.
I fallet med negativa temperaturer händer det motsatta, i det här fallet är volymen av föremålet vanligen kontraherad av låga temperaturer.
