TERMISK UTVIDGNING: KOEFFICIENT, TYPER OCH ÖVNINGAR - FYSISK - 2025

Den termiska expansionen ökas eller variation av olika metriska dimensioner (t.ex. längd eller volym) som genomgår ett fysiskt föremål eller kropp. Denna process sker på grund av ökningen i temperaturen som omger materialet. När det gäller linjär utvidgning sker dessa förändringar endast i en dimension.

Koefficienten för denna expansion kan mätas genom att jämföra värdet på storleken före och efter processen. Vissa material har motsatsen till termisk expansion; det vill säga det blir "negativt". Detta koncept föreslår att vissa material samverkar när de utsätts för vissa temperaturer.

Termisk expansion i vatten

För fasta ämnen används en linjär expansionskoefficient för att beskriva deras expansion. Å andra sidan används för vätskor en volumetrisk expansionskoefficient för att utföra beräkningarna.

När det gäller kristalliserade fasta ämnen, om det är isometriskt, kommer expansionen att vara allmän i alla kristalldimensioner. Om det inte är isometriskt, kan olika expansionskoefficienter hittas i hela glaset, och det kommer att ändra dess storlek när temperaturen ändras.

Termisk dilatationskoefficient

Värmeutvidgningskoefficienten (Y) definieras som förändringsradie genom vilken ett material passerade på grund av förändringen i dess temperatur. Denna koefficient representeras av symbolen a för fasta ämnen och ß för vätskor och styrs av det internationella enhetssystemet.

Koefficienterna för termisk expansion varierar när det gäller fast substans, vätska eller gas. Var och en har en annan egenhet.

Till exempel kan utvidgningen av ett fast ämne ses längs. Den volymetriska koefficienten är en av de mest grundläggande vad gäller vätskor, och förändringarna är märkbara i alla riktningar; Denna koefficient används också vid beräkning av gasens expansion.

Negativ termisk expansion

Negativ värmeutvidgning sker i vissa material som istället för att öka i storlek med höga temperaturer, dras samman på grund av låga temperaturer.

Denna typ av värmeutvidgning ses vanligtvis i öppna system där riktningsinteraktioner observeras - som i fallet med is- eller i komplexa föreningar - som händer med vissa zeoliter, Cu2O, bland andra.

På samma sätt har en del forskning visat att negativ värmeutvidgning också sker i enkomponentgitter i kompakt form och med en central kraftinteraktion.

Ett tydligt exempel på negativ värmeutvidgning kan ses när vi lägger is till ett glas vatten. I detta fall orsakar inte vätskans höga temperatur på isen någon ökning i storlek utan snarare isens storlek minskas.

typer

Vid beräkning av expansionen av ett fysiskt objekt måste det beaktas att beroende på temperaturändring kan objektet öka eller sammandras i storlek.

Vissa objekt kräver ingen drastisk temperaturförändring för att ändra storlek, så det är troligt att värdet som returneras av beräkningarna är genomsnittligt.

Liksom alla processer är termisk expansion delad in i flera typer som förklarar varje fenomen separat. När det gäller fasta ämnen är de typer av värmeutvidgning linjär expansion, volumetrisk expansion och ytutvidgning.

Linjär utvidgning

En enda variation dominerar i linjär utvidgning. I detta fall är den enda enheten som genomgår en förändring objektets höjd eller bredd.

Ett enkelt sätt att beräkna denna typ av utvidgning är genom att jämföra värdet på storleken innan temperaturförändringen med värdet på storleken efter temperaturförändringen.

Volumetrisk utvidgning

När det gäller volymetrisk expansion är sättet att beräkna det genom att jämföra vätskans volym innan temperaturförändringen med vätskans volym efter temperaturförändringen. Formeln för att beräkna den är:

Yt- eller ytutvidgning

I fallet med ytutvidgning observeras en ökning av en kropps eller föremåls area på grund av en förändring av dess temperatur vid 1 ° C.

Denna utvidgning fungerar för fasta ämnen. Om vi ​​också har den linjära koefficienten kan vi se att objektets storlek blir två gånger större. Formeln för att beräkna den är:

A _f = A ₀

I detta uttryck:

y = koefficient för expansionsområde

A ₀ = Startområde

A _f = Slutområde

T ₀ = Starttemperatur.

T _f = Slutlig temperatur

Skillnaden mellan områdesutvidgning och linjär utvidgning är att i den första ser du en förändring av ökningen i objektets area, och i den andra är förändringen av ett mått på en enhet (t.ex. längden eller bredden på det fysiska objektet).

exempel

Första övningen (linjär utvidgning)

Rälsen som utgör spåret på ett tåg av stål har en längd på 1500 m. Vad blir longitud när temperaturen går från 24 till 45 ° C?

Lösning

Data:

Lο (initial längd) = 1500 m

L _f (slutlig längd) =?

Tο (initial temperatur) = 24 ° C

T _f (sluttemperatur) = 45 ° C

α (koefficient för linjär expansion som motsvarar stål) = 11 x ^10-6 ° C ^-1

Data ersätts med följande formel:

Du måste dock först veta värdet på temperaturskillnaden för att inkludera dessa data i ekvationen. För att uppnå denna skillnad måste den högsta temperaturen dras från den lägsta.

Δt = 45 ° C - 24 ° C = 21 ° C

När denna information är känd är det möjligt att använda den föregående 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 = 1500,3655 m

Andra övningen (ytlig utvidgning)

I en gymnasium har en glasaffär ett område på 1,4 m ^ 2, om temperaturen är 21 ° C. Vad blir det slutliga området när temperaturen ökar till 35 ° C?

Lösning

Af = A0

Af = 1,4 m ² 204,4 x 10 ^-6 ]

Af = 1,4 m ² . 1,0002044

Af = 1.40028616 m ²

Varför sker dilatation?

Alla vet att allt material består av olika subatomära partiklar. Genom att ändra temperaturen, antingen höja den eller sänka den, börjar dessa atomer en rörelseprocess som kan modifiera objektets form.

När temperaturen höjs börjar molekylerna att röra sig snabbt på grund av ökningen i kinetisk energi, och därmed kommer objektets form eller volym att öka.

När det gäller negativa temperaturer händer det motsatta, i detta fall tenderar objektets volym att sammandras på grund av låga temperaturer.

referenser

1. Linjär, ytlig och volumetrisk dilatation - övningar. Löst Återställdes den 8 maj 2018 från Fisimat: fisimat.com.mx
2. Ytlig utvidgning - Lösta övningar. Hämtad 8 maj 2018 från Fisimat: fisimat.com.mx
3. Termisk expansion. Hämtad den 8 maj 2018 från Encyclopædia Britannica: britannica.com
4. Termisk expansion. Hämtad 8 maj 2018 från Hyper Physics Concepts: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
5. Termisk expansion. Hämtad den 8 maj 2018 från Lumen Learning: kurser.lumenlearning.com
6. Termisk expansion. Hämtad 8 maj 2018 från The Physics Hypertextbook: physics.info
7. Termisk expansion. Hämtad den 8 maj 2018 från Wikipedia: en.wikipedia.org.