Entrez et apprenez les meilleurs exemples de dilatation thermique et bien plus encore.
Donc, si vous voulez obtenir des avantages de ce post, vous allez adorer ce post. Ce post comprend également :

• Définition de l’expansion thermique
• Exemples d’expansion thermique
• Applications
• Beaucoup plus

Poursuivez votre lecture…

Définition de l’expansion thermique

La plupart des substances solides, liquides et gazeuses se dilatent lors du chauffage et se contractent lors du refroidissement. Leurs dilatations et contractions thermiques sont généralement faibles et ne sont pas perceptibles. Cependant, ces dilatations et contractions sont importantes dans notre vie quotidienne.

L’énergie cinétique des molécules d’un objet dépend de sa température. Les molécules d’un solide vibrent avec une amplitude plus grande à haute température qu’à basse température. Ainsi, en chauffant, l’amplitude de vibration des atomes ou des molécules d’un objet augmente. Ils se repoussent les uns les autres au fur et à mesure que l’amplitude des vibrations augmente. La dilatation thermique entraîne une augmentation de la longueur, de la largeur et de l’épaisseur d’une substance.

Voyons maintenant la vidéo :

Quelle est la différence entre la dilatation thermique linéaire et la dilatation thermique volumique ?

Dilatation thermique linéaire dans les solides

On a observé que les solides se dilatent en chauffant et que leur dilatation est presque uniforme sur une large gamme de températures. Considérons une tige métallique de longueur L° à une certaine température T°. Que sa longueur en chauffant à une température T devienne L. Ainsi

Augmentation de la longueur de la tige = ΔL = L – L0

Augmentation de la température = ΔT = T – T°

On constate que le changement de longueur ΔL du solide est directement proportionnel à sa longueur initiale L°, et au changement de température Δ T. C’est à dire

ΔL ∝ L0ΔT

ΔL =αL0ΔT …….(1)

L – L0=αL0ΔT

ou L =L0(1+αΔT) …..(2)

Où α est appelé le coefficient de dilatation thermique linéaire de la substance. De l’équation (1) on obtient

α = ΔL/L°ΔT

Coefficient de dilatation linéaire

Le coefficient de dilatation linéaire α d’une substance est la fraction d’augmentation de la longueur par kelvin d’augmentation de la température.

Voir aussi : Echelles de température

Formule du coefficient de dilatation linéaire

Tableau de dilatation thermique linéaire de certains matériaux donné ci-dessous :

Dilatation thermique volumique

Le volume d’un solide change également avec le changement de température et est appelé dilatation thermique volumique ou cubique. Considérons un solide dont le volume initial est de V°. En chauffant, le solide à une température T, que son volume devienne V, alors

Changement de volume d’un solide ΔV = V – V°

changement de température ΔT = T – T°

Comme la dilatation linéaire, le changement de volume ΔV se trouve être proportionnel à son volume initial V°, et au changement de température ΔT. Ainsi

ΔV ∝ V° ΔT

ΔV=βV° ΔT ……(3)

V – V°=βV° ΔT

V = V°(1 + βΔT)

Où β est le coefficient de température de l’expansion du volume. D’après l’équation (3), on obtient

β = ΔV/V° Δ

Coefficient de dilatation du volume

Le coefficient de température de dilatation du volume β est la variation fractionnelle de son volume par variation kelvin de la température.

Voir aussi : Énergie radiante

Formule du coefficient de dilatation volumique

Les coefficients de dilatation linéaire et de dilatation volumique sont reliés par l’équation :

β = 3 α

Les valeurs de β pour différentes substances sont données dans le tableau:

Conséquences de la dilatation thermique

Pourquoi laisse-t-on des vides dans les voies ferrées ? La dilatation des solides peut endommager les ponts, les voies ferrées et les routes car ils sont constamment soumis à des changements de température. On prévoit donc, lors de la contraction, une dilatation et une contraction en fonction de la température. Par exemple, les voies ferrées se déforment lors d’une chaude journée d’été en raison de la dilatation si des espaces ne sont pas laissés entre les sections.

Les ponts faits de poutres en acier se dilatent également pendant le jour et se contractent pendant la nuit. Elles se plient si leurs extrémités sont fixées. Pour permettre la poutre thermique repose sur des rouleaux dans l’espace laissé pour la dilatation.

Les lignes de transmission aériennes reçoivent également une certaine quantité de flèche afin qu’elles puissent se contracter en hiver sans se casser.

Applications de la dilatation thermique dans la vie quotidienne

La dilatation thermique est utilisée dans notre vie quotidienne.

Thermomètres

Dans les thermomètres, la dilatation thermique est utilisée pour mesurer la température.

Démontage de couvercles étanches

Pour ouvrir le bouchon d’une bouteille assez serrée, plongez-y de l’eau chaude pendant une minute ou deux. Le bouchon métallique se dilate et se détache. Il serait maintenant facile de le tourner pour l’ouvrir.

Rivetage

Pour assembler solidement des plaques d’acier, des rivets rouges et chauds sont forcés à travers des trous dans les plaques. L’extrémité des rivets chauds est ensuite martelée. En refroidissant, les rivets se contractent et amènent les plaques à se serrer étroitement.

Fixation de pneus métalliques sur des roues en bois

Des jantes en fer sont fixées sur des roues en bois de charrettes. Les jantes en fer sont chauffées. L’expansion thermique leur permet de glisser sur la roue en bois. De l’eau est versée dessus pour la refroidir. La jante se contracte et devient serrée sur la roue.

Bande bimétallique

Une bande bimétallique est constituée de deux fines bandes de métaux différents, comme le laiton et le fer, jointes ensemble. En chauffant la bande, le laiton se dilate plus que le fer. Cette expansion inégale provoque la flexion de la bande.

Les bandes bimétalliques sont utilisées à diverses fins. Les thermomètres bimétalliques sont utilisés pour mesurer la température, notamment dans les fours et les étuves. Les bandes bimétalliques sont utilisées dans les thermostats. Un thermostat bimétallique est utilisé pour contrôler la température de la bobine de chauffage d’un fer à repasser électrique.

Thermostats

Le thermostat est un dispositif de régulation de la chaleur qui fonctionne sur le principe de la dilatation thermique.
Rester à l’écoute avec nous pour voir les applications de la dilatation:

Exemples de dilatation thermique

Voici quelques exemples de dilatation thermique dans notre vie quotidienne.

• Fissures dans la route lorsque la route se dilate en chauffant.
• Des fléchissements dans les lignes électriques.
• Les fenêtres à cadre métallique ont besoin d’entretoises en caoutchouc pour éviter la dilatation thermique.
• Des joints de dilatation (comme le joint de deux voies ferrées).
• La longueur de la barre métallique s’allongeant en chauffant.
• Un pneu éclate par temps chaud lorsqu’il est rempli d’air à cause de la dilatation thermique.

Dilatation thermique des liquides

Les molécules des liquides sont libres de se déplacer dans toutes les directions à l’intérieur du liquide. En chauffant un liquide, l’amplitude moyenne de vibration de ses molécules augmente. Les molécules se poussent les unes les autres et ont besoin de plus d’espace à occuper. Cela explique l’expansion du liquide lorsqu’il est chauffé. L’expansion thermique des liquides est plus importante que celle des solides en raison des faibles forces entre leurs molécules. Par conséquent, le coefficient d’expansion volumique des liquides est plus grand que celui des solides.

Les liquides n’ont pas de forme définie propre. Un liquide atteint toujours la forme de son récipient dans lequel il est versé. Par conséquent, lorsqu’un liquide est chauffé, le liquide et le récipient subissent tous deux une modification de leur volume. Il existe donc deux types de dilatation thermique du volume pour un liquide.

• Dilatation volumique apparente
• Dilatation volumique réelle

Dilatation anomale de l’eau

L’eau lors d’un refroidissement en dessous de 4 C° commence à se dilater jusqu’à atteindre 0°C. En poursuivant le refroidissement, son volume augmente brusquement en se transformant en glace à 0°C. Lorsque la glace est refroidie en dessous de 0°C, elle se contracte c’est-à-dire que son volume diminue comme les solides. Cette dilatation inhabituelle de l’eau est appelée dilatation anormale de l’eau.

Sujets connexes :

• Chaleur et température
• Équilibre thermique
• Thermomètres
• Thermodynamique
• Énergie interne
• Convection de la chaleur

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