Wejdź i Poznaj najlepsze przykłady Ekspansji Termicznej i Wiele więcej.
Więc, Jeśli chcesz uzyskać Korzyści z tego postu, pokochasz ten post. Ten post zawiera również:

• Rozszerzalność cieplna Definicja
• Rozszerzalność cieplna Przykłady
• Zastosowanie
• Wiele więcej

Keep reading…

Rozszerzalność cieplna definicja

Większość substancji stałych, ciekłych i gazów rozszerza się przy ogrzewaniu i kurczy przy chłodzeniu. Ich rozszerzenia i skurcze termiczne są zazwyczaj niewielkie i niezauważalne. Jednak te rozszerzenia i skurcze są ważne w naszym codziennym życiu.

Energia kinetyczna cząsteczek obiektu zależy od jego temperatury. Cząsteczki ciała stałego drgają z większą amplitudą w wysokiej temperaturze niż w niskich temperaturach. Tak więc, przy ogrzewaniu, amplituda drgań atomów lub cząsteczek obiektu wzrasta. Wraz ze wzrostem amplitudy drgań odpychają się one wzajemnie od siebie. Rozszerzalność cieplna powoduje wzrost długości, szerokości i grubości substancji.

Zobaczmy teraz film :

Jaka jest różnica między liniową rozszerzalnością cieplną a objętościową rozszerzalnością cieplną?

Liniowa rozszerzalność cieplna w ciałach stałych

Zaobserwowano, że ciała stałe rozszerzają się przy ogrzewaniu, a ich rozszerzalność jest prawie równomierna w szerokim zakresie temperatur. Rozważmy pręt metalowy o długości L° w pewnej temperaturze T°. Niech jego długość po ogrzaniu do temperatury T stanie się L. Zatem

Powiększenie długości pręta = ΔL = L – L0

Powiększenie temperatury = ΔT = T – T°

Okazuje się, że zmiana długości ΔL ciała stałego jest wprost proporcjonalna do jego pierwotnej długości L°, oraz zmiany temperatury Δ T. Czyli

ΔL ∝ L0ΔT

ΔL =αL0ΔT …….(1)

L – L0=αL0ΔT

lub L =L0(1+αΔT) …..(2)

Gdzie α nazywamy współczynnikiem liniowej rozszerzalności cieplnej substancji. Z równania (1) otrzymujemy

α = ΔL/L°ΔT

Współczynnik liniowej rozszerzalności cieplnej

Współczynnik liniowej rozszerzalności cieplnej α substancji jest to ułamkowy przyrost długości na kelwin wzrostu temperatury.

Zobacz także: Skale temperatur

Współczynnik rozszerzalności liniowej wzór

Poniżej podajemy tabelę liniowej rozszerzalności cieplnej niektórych materiałów:

Objętościowa rozszerzalność cieplna

Objętość ciała stałego również zmienia się wraz ze zmianą temperatury i nazywana jest objętościową rozszerzalnością cieplną lub kubiczną rozszerzalnością cieplną. Rozważmy początkową objętość ciała stałego wynoszącą V°. Po podgrzaniu ciała stałego do temperatury T, jego objętość staje się V, a następnie

Zmiana objętości ciała stałego ΔV = V – V°

zmiana temperatury ΔT = T – T°

Podobnie jak w przypadku rozszerzalności liniowej, zmiana objętości ΔV jest proporcjonalna do pierwotnej objętości V° i zmiany temperatury ΔT. Zatem

ΔV ∝ V° ΔT

ΔV=βV° ΔT ……(3)

V – V°=βV° ΔT

V = V°(1 + βΔT)

Gdzie β jest temperaturowym współczynnikiem rozszerzalności objętościowej. Z równania (3) otrzymujemy

β = ΔV/V° Δ

Współczynnik rozszerzalności objętościowej

Temperaturowy współczynnik rozszerzalności objętościowej β jest ułamkową zmianą jej objętości przypadającą na zmianę temperatury o jeden kelwin.

Zobacz także: Energia promieniowania

Współczynnik rozszerzalności objętościowej wzór

Współczynniki rozszerzalności liniowej i rozszerzalności objętościowej są powiązane równaniem:

β = 3 α

Wartości β dla różnych substancji podano w tabeli:

Konsekwencje rozszerzalności cieplnej

Dlaczego w torach kolejowych pozostawia się szczeliny? Rozszerzalność ciał stałych może uszkodzić mosty, tory kolejowe i drogi, ponieważ są one stale narażone na zmiany temperatury. Więc podczas kurczenia się torów kolejowych przewiduje się ich rozszerzanie i kurczenie wraz z temperaturą. Na przykład, tory kolejowe wyboczyły się w gorący letni dzień z powodu rozszerzenia, jeśli nie pozostawiono przerw między sekcjami.

Bridges made of steel girders also expand during the day and contract during the night. Będą się one zginać, jeśli ich końce zostaną zamocowane. Aby umożliwić rozszerzalność termiczną, dźwigar spoczywa na rolkach w szczelinie pozostawionej na rozszerzenie.

Napowietrzne linie przesyłowe również otrzymują pewną ilość zwisu, aby mogły się skurczyć w zimie bez zatrzaskiwania.

Zastosowanie rozszerzalności termicznej w życiu codziennym

Rozszerzalność termiczna jest wykorzystywana w naszym codziennym życiu.

Termometry

W termometrach, rozszerzalność cieplna jest używana w pomiarach temperatury.

Usuwanie ciasnych pokrywek

Aby otworzyć kapsel butelki, która jest wystarczająco ciasna, zanurz w niej gorącą wodę na minutę lub tak. Metalowy kapsel rozszerza się i staje się luźny. Teraz łatwo będzie go przekręcić, aby się otworzył.

Nitowanie

Aby mocno połączyć stalowe płyty, przez otwory w płytach przeciska się rozgrzane do czerwoności nity. Koniec gorących nitów jest następnie uderzany młotkiem. Po ostygnięciu nity kurczą się i mocno ściskają blachy.

Mocowanie metalowych opon na drewnianych kołach

Żelazne obręcze są mocowane na drewnianych kołach wozów. Żelazne obręcze są podgrzewane. Rozszerzalność cieplna pozwala im się ślizgać po drewnianym kole. Woda wylewa się na nią, aby ostygła. Obręcz kurczy się i staje się ciasna na kole.

Pasek bimetaliczny

Pasek bimetaliczny składa się z dwóch cienkich pasków różnych metali, takich jak mosiądz i żelazo, połączonych razem. Przy ogrzewaniu taśmy mosiądz rozszerza się bardziej niż żelazo. Ta nierówna ekspansja powoduje zginanie paska.

Paski bimetalowe są używane do różnych celów. Termometry bimetalowe są używane do pomiaru temperatury, zwłaszcza w piecach i piekarnikach. Paski bimetalowe są używane w termostatach. Termostat bimetalowy jest używany do regulacji temperatury cewki grzejnika w żelazku elektrycznym.

Termostaty

Termostat jest urządzeniem regulującym ciepło, które działa na zasadzie rozszerzalności cieplnej.
Stay tuned with us to see applications of expansion:

Przykłady rozszerzalności cieplnej

Here Are Some Examples of thermal expansion in our Daily Life.

• Pęknięcia w drodze, gdy droga rozszerza się pod wpływem ogrzewania.
• Zwisy w liniach elektrycznych.
• Okna z metalową ramą potrzebują gumowych przekładek, aby uniknąć rozszerzalności cieplnej.
• Złącza rozszerzające (jak złącza dwóch torów kolejowych).
• Długość metalowego pręta wydłuża się na ogrzewaniu.
• Opona pęka w gorące dni, gdy wypełniona jest powietrzem z powodu rozszerzalności cieplnej.

Rozszerzalność cieplna cieczy

Cząsteczki cieczy mogą swobodnie poruszać się we wszystkich kierunkach w cieczy. Na ogrzewanie cieczy, średnia amplituda drgań jego cząsteczek wzrasta. Cząsteczki popychają się nawzajem i potrzebują więcej miejsca do zajęcia. Odpowiada to za rozszerzanie się cieczy podczas ogrzewania. Rozszerzalność cieplna w cieczach jest większa niż w ciałach stałych z powodu słabych sił między ich cząsteczkami. Dlatego współczynnik rozszerzalności objętościowej cieczy jest większa niż ciała stałego.

Płyny nie mają określony kształt ich własnych. Ciecz zawsze osiąga kształt jego pojemnika, w którym jest wlewany. Dlatego też, gdy ciecz jest podgrzewana, zarówno ciecz i pojemnik ulegają zmianie w ich objętości. Tak więc, istnieją dwa rodzaje termicznej rozszerzalności objętościowej dla cieczy.

• Rozszerzalność pozorna
• Realna rozszerzalność objętościowa

Anomalna rozszerzalność wody

Woda przy chłodzeniu poniżej 4 C° zaczyna się rozszerzać aż do osiągnięcia 0°C. Przy dalszym chłodzeniu jej objętość gwałtownie wzrasta, gdyż w temperaturze 0°C zamienia się w lód. Kiedy lód jest schładzany poniżej 0°C, kurczy się, tzn. jego objętość maleje, tak jak w przypadku ciał stałych. Ta niezwykła ekspansja wody jest nazywana anomalną ekspansją wody.

Powiązane tematy:

• Ciepło i temperatura
• Równowaga termiczna
• Termometry
• Termodynamika
• Energia wewnętrzna
• Konwekcja ciepła

.