התפשטות תרמית, מקדם, סוגים ותרגילים



ה התפשטות תרמית היא הגדלה או וריאציה של ממדים מטריים שונים (כגון אורך או נפח) שסבלו מגוף או אובייקט פיזי. תהליך זה קורה בשל עליית הטמפרטורה המקיפה את החומר. במקרה של התרחבות ליניארית, שינויים כאלה מתרחשים בממד אחד.

מקדם ההתרחבות ניתן למדוד על ידי השוואת ערך הכמות לפני ואחרי התהליך. חומרים מסוימים סובלים את ההפך להתרחבות תרמית; כלומר, הוא הופך להיות "שלילי". מושג זה מציע כי חומרים מסוימים חוזה כאשר נחשף לטמפרטורות מסוימות.  

באשר למוצקים, מקדם הרחבה ליניארי משמש לתיאור התרחבותו. מצד שני, מקדם הרחבה וולומטרי משמש לנוזלים לביצוע החישובים.

במקרה של מוצקים מגובשים, אם הוא איזומטרי, ההתרחבות תהיה כללית בכל ממדי הגביש. אם זה לא איזומטרי, שונים מקדמי ההתרחבות ניתן למצוא לאורך הגביש, וזה ישתנה גודלו בעת שינוי הטמפרטורה.

אינדקס

  • 1 מקדם התפשטות תרמית
  • 2 התפשטות תרמית שלילית
  • 3 סוגים
    • 3.1 הרחבה ליניארית
    • 3.2 התרחבות נפחית
    • 3.3 פני שטח או שטח
  • 4 דוגמאות
    • 4.1 תרגיל ראשון (התרחבות ליניארית)
    • 4.2 תרגיל שני (התרחבות שטחית)
  • 5 מדוע מתרחשת התרחבות??
  • 6 הפניות

מקדם התפשטות תרמית

מקדם ההתפשטות התרמית (Y) מוגדר כרדיוס השינוי שדרכו עבר החומר עקב השינוי בטמפרטורתו. מקדם זה מיוצג על ידי סמל α עבור מוצקים β עבור נוזלים, והוא מונחה על ידי מערכת היחידות הבינלאומית.

מקדמי ההתרחבות התרמית משתנים כשמדובר מוצק, נוזלי או גז. לכל אחד יש מוזרות שונה.

לדוגמה, התרחבות של מוצק ניתן לראות לאורך. מקדם הנפח הוא אחד הבסיסיים ביותר מבחינת הנוזלים, והשינויים בולטים לכל הכיוונים; מקדם זה משמש גם בעת חישוב התרחבות של גז.

התפשטות תרמית שלילית

ההתרחבות התרמית השלילית מתרחשת בחומרים מסוימים, במקום להגדיל את גודלם בטמפרטורות גבוהות, חוזה עקב טמפרטורות נמוכות.

סוג זה של התפשטות תרמית נראה בדרך כלל במערכות פתוחות, כאשר אינטראקציות כיוונית נצפות - כמו במקרה של קרח - או בתרכובות מורכבות - כמו במקרה של כמה זאוליטים, Cu2O, בין היתר..

כמו כן, כמה מחקרים הראו כי התפשטות תרמית שלילית מתרחשת גם בסריגים רכיב יחיד בצורת קומפקטית עם אינטראקציה כוח מרכזי.

דוגמה ברורה של התרחבות תרמית שלילית ניתן לראות בעת הוספת קרח כוס מים. במקרה זה, הטמפרטורה הגבוהה של הנוזל על הקרח אינה גורמת לעלייה בגודל, אלא מקטינה את הגודל של אותו.

סוגים

בעת חישוב התרחבות של אובייקט פיזי, יש לקחת בחשבון כי, בהתאם לשינוי הטמפרטורה, האובייקט האמור עשוי להגדיל או חוזה את גודלו.

אובייקטים מסוימים אינם דורשים שינוי טמפרטורה דרסטי לשנות את גודלם, ולכן סביר להניח כי הערך נזרק על ידי החישובים הוא ממוצע.

כמו בכל התהליכים, ההתפשטות התרמית מחולקת למספר סוגים המסבירים כל תופעה בנפרד. במקרה של מוצקים, סוגי ההתרחבות התרמית הם התרחבות ליניארית, התרחבות נפחית והתרחבות פני השטח.

הרחבה לינארית

ב התרחבות ליניארית, וריאציה אחת השלטת. במקרה זה, היחידה היחידה שעוברת שינוי היא גובה או רוחב האובייקט.

דרך קלה לחשב סוג זה של התרחבות היא על ידי השוואת הערך של הכמות לפני השינוי בטמפרטורה עם הערך של הכמות לאחר השינוי בטמפרטורה.

התרחבות נפחית

במקרה של התרחבות נפח, הדרך לחשב את זה היא על ידי השוואת נפח הנוזל לפני השינוי בטמפרטורה עם נפח הנוזל לאחר השינוי בטמפרטורה. הנוסחה לחישוב היא:

הרחבת פני השטח או השטח

במקרה של התרחבות שטחית, הגידול באזור של גוף או אובייקט הוא ציין כאשר יש שינוי הטמפרטורה שלה ב 1 ° C.

הרחבה זו פועלת עבור מוצקים. אם יש לך גם את מקדם ליניארי, אתה יכול לראות את גודל האובייקט יהיה גדול פי שניים. הנוסחה לחישוב היא:

או = A0 [1 + YA (Tו - T0)]

בביטוי זה:

γ = מקדם הרחבת שטח (° C-1]

א0 = אזור ראשוני

או = שטח סופי

T0 = טמפרטורה ראשונית.

Tו = הטמפרטורה הסופית

ההבדל בין התרחבות השטח לבין התרחבות ליניארית הוא שבמבט ראשון יש שינוי של הגידול באזור האובייקט, ובשנייה השינוי הוא של מדידת יחידה אחת (כפי שהוא יכול להיות אורך או רוחב האובייקט הפיזי).

דוגמאות

תרגיל ראשון (התרחבות ליניארית)

המסילות המרכיבות את המסלול של רכבת בנויה פלדה יש ​​אורך של 1500 מ '. מה יהיה אורך בזמן הטמפרטורה נע בין 24 ל 45 מעלות צלזיוס?

פתרון

נתונים:

L0 (אורך התחלתי) = 1500 מ '

Lו (אורך סופי) = ?

טמפרטורה ראשונית = 24 ° C

Tו (טמפרטורה סופית) = 45 ° C

α (מקדם ליניארי של הרחבה המקביל פלדה) = 11 x 10-6 ° C-1

הנתונים מוחלפים בנוסחה הבאה:

עם זאת, תחילה עלינו לדעת את הערך של הפרש הטמפרטורה, על מנת לכלול את הנתונים הללו במשוואה. כדי לקבל את ההפרש הזה אתה חייב לחסר את הטמפרטורה הגבוהה ביותר מן הנמוך ביותר.

Δt = 45 ° C - 24 ° C = 21 ° C

ברגע שמידע זה ידוע, ניתן להשתמש בנוסחה הקודמת:

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

L = 1500 m (1 + 2.31 x 10-4)

Lf = 1500 m (1,000231)

Lf = 1500.3465 m

תרגיל שני (התרחבות שטחית)

בבית ספר תיכון למכירה זכוכית יש שטח של 1.4 מ '^ 2, אם הטמפרטורה היא ב 21 ° C. מה יהיה האזור הסופי שלך בעת הגדלת הטמפרטורה ל 35 ° C?

פתרון

AF = A0 [1 + (Tf - T0)]

Af = 1.4 מ '2 [1] 204.4 x 10-6]

Af = 1.4 מ '2 . 1,0002044

Af = 1,40028616 m2

למה התרחבות מתרחשת?

כולם יודעים שכל החומר מורכב מחלקיקים תת-אטומיים שונים. על ידי שינוי הטמפרטורה, או להעלות או להקטין, אטומים אלה מתחילים בתהליך של תנועה שיכולה לשנות את הצורה של האובייקט.

כאשר הטמפרטורה עולה, מולקולות להתחיל לנוע במהירות בשל הגידול של האנרגיה הקינטית, ולכן, את הצורה או נפח של האובייקט יגדל.

במקרה של טמפרטורות שליליות ההפך קורה, במקרה זה נפח של האובייקט הוא התכווץ בדרך כלל על ידי טמפרטורות נמוכות.

הפניות

  1. ליניארית, שטחית, התרחבות נפחית - תרגילים. נפתרה ב -8 במאי 2018, מ Fisimat: fisimat.com.mx
  2. התרחבות שטחית - תרגילים נפתרו. ב -8 במאי 2018, מתוך Fisimat: fisimat.com.mx
  3. הרחבה תרמית. ב -8 במאי 2018, מתוך אנציקלופדיה בריטניקה: britannica.com
  4. הרחבה תרמית. ב -8 במאי 2018, מתוך היפר פיזיקה מושגים: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
  5. הרחבה תרמית. ב 8 במאי 2018, מ לומן למידה: courses.lumenlearning.com
  6. הרחבה תרמית. אחזר ב 8 במאי 2018, מן Hypertextbook הפיזיקה: physics.info
  7. הרחבה תרמית. ב -8 במאי 2018, מתוך ויקיפדיה: en.wikipedia.org.