Dilatarea termică, coeficientul, tipurile și exercițiile

expansiune termică este creșterea sau variația diferitelor dimensiuni metrice (cum ar fi lungimea sau volumul) suferite de un corp sau de un obiect fizic. Acest proces se întâmplă din cauza creșterii temperaturii din jurul materialului. În cazul dilatării liniare, aceste modificări apar într-o singură dimensiune.

Coeficientul acestei dilatații poate fi măsurat prin compararea valorii cantității înainte și după proces. Unele materiale suferă opusul expansiunii termice; adică devine "negativ". Acest concept propune ca anumite materiale să se contracte atunci când sunt expuse la anumite temperaturi.

În ceea ce privește substanțele solide, este utilizat un coeficient de dilatare liniară pentru a descrie expansiunea sa. Pe de altă parte, este utilizat un coeficient de expansiune volumetric pentru lichide pentru efectuarea calculelor.

În cazul solidelor cristalizate, dacă este izometric, dilatarea va fi generală în toate dimensiunile cristalului. Dacă nu este izometric, se pot găsi diferiți coeficienți de expansiune de-a lungul cristalului și se va schimba dimensiunea acestuia la schimbarea temperaturii.

index

• 1 Coeficient de expansiune termică
• 2 Expansiune termică negativă
• 3 Tipuri
  • 3.1 Extinderea liniară
  • 3.2 Dilatarea volumetrică
  • 3.3 Dilatarea suprafeței sau zonei
• 4 Exemple
  • 4.1 Primul exercițiu (dilatare liniară)
  • 4.2 Al doilea exercițiu (dilatarea superficială)
• 5 De ce se întâmplă dilatarea?
• 6 Referințe

Coeficient de expansiune termică

Coeficientul de dilatare termică (Y) este definit ca fiind raza de schimbare prin care a trecut un material datorită modificării temperaturii acestuia. Acest coeficient este reprezentat de simbolul α pentru substanțele solide și β pentru lichide și este ghidat de Sistemul Internațional al Unităților.

Coeficienții de dilatare termică variază atunci când sunt solizi, lichizi sau gaze. Fiecare are o particularitate diferită.

De exemplu, dilatarea unui solid poate fi văzută de-a lungul unei lungimi. Coeficientul volumetric este unul dintre cele mai de bază în ceea ce privește fluidele și schimbările sunt remarcabile în toate direcțiile; Acest coeficient este de asemenea utilizat la calculul expansiunii unui gaz.

Expansiune termică negativă

Expansiunea termică negativă apare în unele materiale care, în loc să-și mărească dimensiunile cu temperaturi ridicate, se contractă datorită temperaturilor scăzute.

Acest tip de expansiune termică este de obicei observat în sisteme deschise în care se observă interacțiuni direcționale - ca în cazul gheții - sau în compuși complexi - cum ar fi cazul câtorva zeoliți, Cu2O, printre altele.

De asemenea, unele investigații au arătat că expansiunea termică negativă are loc și în laturile cu un singur component într-o formă compactă și cu o interacțiune centrală a forței.

Un exemplu clar de expansiune termică negativă poate fi observat atunci când se adaugă gheață într-un pahar de apă. În acest caz, temperatura ridicată a lichidului pe gheață nu determină o creștere a dimensiunii, ci dimpotrivă diminuează dimensiunea acestuia.

tip

Atunci când se calculează dilatarea unui obiect fizic, trebuie să se țină cont de faptul că, în funcție de schimbarea temperaturii, obiectul menționat poate crește sau reduce dimensiunea acestuia.

Unele obiecte nu necesită o schimbare drastică a temperaturii pentru a modifica dimensiunea lor, deci este probabil ca valoarea aruncată de calcule să fie medie.

Ca toate procesele, expansiunea termică este împărțită în mai multe tipuri care explică fiecare fenomen separat. În cazul solidelor, tipurile de dilatare termică sunt dilatarea liniară, dilatarea volumetrică și dilatarea suprafeței.

Dilatarea liniară

În dilatarea liniară, predomină o singură variație. În acest caz, singura unitate care suferă o modificare este înălțimea sau lățimea obiectului.

O modalitate ușoară de a calcula acest tip de extindere este prin compararea valorii mărimii înainte de schimbarea temperaturii cu valoarea mărimii după schimbarea temperaturii.

Dilatarea volumetrică

În cazul dilatării volumetrice, modul de calcul al acesteia este comparând volumul fluidului înainte de schimbarea temperaturii cu volumul fluidului după schimbarea temperaturii. Formula de calcul al acesteia este:

Dilatarea suprafeței sau zonei

În cazul dilatării superficiale, se observă creșterea suprafeței unui corp sau a unui obiect atunci când există o schimbare a temperaturii la 1 ° C.

Această dilatare funcționează pentru substanțele solide. Dacă aveți și coeficientul linear, puteți vedea că dimensiunea obiectului va fi de două ori mai mare. Formula de calcul al acesteia este:

A_F = A₀ [1 + YA (T._F - T₀)]

În această expresie:

γ = coeficient de extindere a suprafeței [° C^-1]

A₀ = Zona inițială

A_F = Zona finală

T₀ Temperatura inițială.

T_F = Temperatura finală

Diferența dintre dilatarea zonei și dilatarea liniară este aceea că în prima se înregistrează o schimbare de creștere în zona obiectului, iar în al doilea rând, schimbarea este de o măsură unică a unității (deoarece poate fi lungimea sau lățimea obiectului fizic).

Exemple

Primul exercițiu (dilatare liniară)

Șinele care alcătuiesc calea unui tren construit din oțel au o lungime de 1500 m. Care va fi lungimea în momentul în care temperatura trece de la 24 la 45 ° C?

soluție

date:

L0 (lungimea inițială) = 1500 m

L_F (lungime finală) =?

La (temperatura inițială) = 24 ° C

T_F (temperatura finală) = 45 ° C

α (coeficientul de dilatare liniar corespunzător oțelului) = 11 x 10^-6 ° C^-1

Datele se înlocuiesc în următoarea formulă:

Cu toate acestea, mai întâi trebuie să cunoaștem valoarea diferenței de temperatură, pentru a include aceste date în ecuație. Pentru a atinge acest diferențial, trebuie să se scadă cea mai mare și cea mai mică temperatură.

Δt = 45 ° C - 24 ° C = 21 ° C

Odată ce aceste informații sunt cunoscute, este posibilă utilizarea formulei anterioare:

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

Al doilea exercițiu (dilatarea superficială)

Într-o liceu, vânzarea de sticlă are o suprafață de 1,4 m ^ 2, dacă temperatura este la 21 ° C. Care va fi zona dvs. finală atunci când temperatura crește la 35 ° C?

soluție

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

De ce se întâmplă dilatarea?

Toată lumea știe că tot materialul este compus din diferite particule subatomice. Prin modificarea temperaturii, crescând sau scăzând, acești atomi încep un proces de mișcare care poate schimba forma obiectului.

Când crește temperatura, moleculele încep să se miște rapid datorită creșterii energiei cinetice și, prin urmare, forma sau volumul obiectului va crește.

În cazul temperaturilor negative se întâmplă contrariul, în acest caz volumul obiectului este, de obicei, contractat de temperaturi scăzute.

referințe

1. Distribuție liniară, superficială și volumetrică - Exerciții. Resolved Recovered pe data de 8 mai 2018, de la Fisimat: fisimat.com.mx
2. Dilatarea superficială - Exercițiile rezolvate. Adus pe data de 8 mai 2018, de la Fisimat: fisimat.com.mx
3. Extinderea termică. Adus pe 8 mai 2018, de la Encyclopædia Britannica: britannica.com
4. Extinderea termică. Adus la 8 mai 2018 de la Hyper Physics Concepte: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
5. Extinderea termică. Adus la 8 mai 2018 de la Lumen Learning: courses.lumenlearning.com
6. Extinderea termică. Descărcat pe 8 mai 2018, din The Hypertextbook de fizică: fizics.info
7. Extinderea termică. Adus pe 8 mai 2018 de pe Wikipedia: en.wikipedia.org.