Termisk utvidelse

Vi forklarer hva som er termisk utvidelse, typene som eksisterer, og vi gir flere eksempler

Vann termisk utvidelse

Hva er termisk utvidelse?

De Termisk utvidelse o Termisk ekspansjon er økningen i dimensjonene til kroppene når de varmer opp. Det skjer med nesten alle materialer, bortsett fra med noen som utvides når de fryser, for eksempel vann og eddiksyre, for eksempel.

Forklaringen på fenomenet ligger i partiklene termisk omrøring. I følge kinetisk teori er ikke molekylene som utgjør stoffene i ro, men i permanent bevegelse.

I faste stoffer svinger partiklene rundt et fast punkt, men ved å øke temperaturen vokser amplituden til svingningen, og som en konsekvens utvides objektet.

Denne egenskapen til materialene til å utvide med temperaturen brukes i mange applikasjoner, for eksempel i bimetallvæske og strimler, disse er brettet på en viss måte ved å øke temperaturen og på denne måten kan kretser åpnes eller lukkes.

Noen ganger forårsaker imidlertid termisk utvidelse ulempe, som i tilfelle av harpikser som brukes til å behandle tannforfall. Disse harpikser utvides med varme raskere enn tenner, noe som forårsaker ubehag når varme drikker blir inntatt.

Hvis den termiske ekspansjonen ikke tas i betraktning når du lager designen, kan stykket eller objektet miste funksjonaliteten når temperaturen av en eller annen grunn øker.

Typer termisk utvidelse

Disse jernbaneskinnene er bygget og etterlater et gap eller gap, slik at termisk utvidelse ikke forårsaker interne spenninger som deformerer skinnene

De fleste av materialene utvides når de oppvarmes, men noen få gjør det motsatte, så i prinsippet er det to typer termisk ekspansjon:

• Det hyppigste, som oppstår når Materialet øker ganske enkelt dens dimensjoner med temperaturen og kalles dilatasjon enten Termisk ekspansjon.
• Negativ termisk ekspansjon, Hvis stoffet trekker på skuldrene når.

Det kan tjene deg: Strålingsvarmeoverføring (med eksempler)

I henhold til de dominerende dimensjonene i objektet kan termisk ekspansjon være lineær, overfladisk eller volumetrisk. For eksempel, hvis du har en tynn ledning eller stang, blir objektet forlenget og utvidelsen er lineær, siden lengden først og fremst er modifisert.

På den annen side, når et tynt ark varmes opp, er det som øker det overfladiske området, mens en tredimensjonal gjenstand hever volumet. For hver av disse tilfellene er det en enkel ligning som blir oppfylt i et godt temperaturområde.

1. Lineær utvidelse

Endringen i lengden på en tynn stang, stang eller ledning er betegnet som ΔL og er direkte proporsjonal med temperaturendringen ΔT og den opprinnelige lengden L_enten:

ΔL = ⋅L_entenΔt

Hvor:

• ΔL = sluttlengde - startlengde = l_F - L_enten
• Δt = slutttemperatur - starttemperatur = t_F - T_enten
• α er proporsjonalitetskonstanten, kalt Lineær ekspansjonskoeffisient , positiv hvis lengden øker med temperaturen.

Α -verdiene for forskjellige stoffer, i temperaturinverse enheter, er nesten alltid ved 20 ºC, selv om verdien forblir konstant i et godt temperaturområde.

Den forrige ligningen kan skrives om for å beregne den endelige lengden direkte:

L_F = L_enten + αl_entenΔt = l_enten(1 + ΔT)

2. Overfladisk utvidelse

Analog med den forrige ligningen, for en lamina med innledende overflate S_enten , Det kan demonstreres at den nye overflaten s_F Det er gitt av:

S_F = S_enten + 2αs_enten Δt

3. Volumetrisk utvidelse

Til slutt, for et innledende volumobjekt v_enten , Det nye bindet V_F er:

V_F = V_enten + 3α v_enten Δt

Eksempler på termisk utvidelse

Varm luft i en ballong

Luften inne i kloden utvides når den varmes opp. Det er praktisk å ikke bringe det for nær flammen

Når du varmer luften inne i en ballong, blåser den opp, fordi gassen inni utvides på grunn av temperaturøkningen. Det sjekkes enkelt ved å dekke en glassflaske med en tappet ballong, som er nedsenket i varmt vann. Det sees snart at ballongen begynner å blåse opp.

Kan tjene deg: Materialmekanikk: Historie, studieretning, applikasjoner

Utvidelsesfuger på fortau og veier

Tenner -formet ekspansjonskort på en betongbro

I konstruksjonen av fortau og trafikkuter blir det igjen en margin.

På motorveier og betongbroer sitter rom igjen med fleksibelt materiale eller med ekspansjonsfuger i form av tenner som stiger med hverandre, og etterlater mellomrom. På denne måten er det en margin for betongen for å utvide og trekke seg sammen med temperaturendringene.

Brudd i glass

Glass sprekker før plutselige temperaturendringer. Hvis et kaldt glass glass er fylt med veldig varmt vann, varmes materialet opp, noe som forårsaker utvidelse noen steder, noe som forårsaker indre spenninger som fører til brudd.

I motsetning til det som er tenkt, sprekker det tykke glasset lettere enn det tynne glasset. Det skyldes at jo tynnere materialet er, jo raskere er varmen fordelt, så det er ikke tid til at indre spenninger vises.

Vannfrysing

Vann er et eksempel på negativ termisk ekspansjon, det vil si at det utvides når avkjøling, et fenomen som oppstår mellom 0 og 4 ºC. Som kjent, når du fryser en helt full flaske vann, vil den sprekke.

Imidlertid gjør denne kvaliteten på vannet det mulig for bakgrunnen til elver og innsjø.

Kan tjene deg: latent varme

Elektrisk løgn

De elektriske leggekablene er ikke plassert i en rett linje mellom to stolper, men etterlater litt margin for å henge litt, og danner en kurve. Det skyldes at når været blir veldig kaldt, har ledningene en tendens til å trekke seg sammen.

På den annen side, når været er veldig varmt, er det vanlig å se at de elektriske leggekablene slapper av og henger mye.

Fly nitter

I flyene brukes de aluminium produsert for å bli sammen med delene, og blir alltid gjort større enn det tilsvarende hullet. Deretter, før du setter dem på deres sted, må du trekke dem sammen og avkjøle dem med tørris.

Det er mange grunner til at naglene er foretrukket en gang fra sveising for fly. For eksempel er typen aluminium som brukes i fremstilling av fly vanskelig å sveise, og selv om det oppnås, ender sveising med å svekke materialet. På den annen side er det lettere å inspisere og reparere naglene enn sveisene.

Trening løst

En tynn stang laget av bronsetiltak 0.5 m lang til 20.0 ºC. Beregn lengden på stangen når den varmes opp til 50.0 ºC, vel vitende om at den lineære utvidelseskoeffisienten til bronsen ved 20 ºC er: 19 × 10^-6 ºC^-1 .

Løsning

Ettersom linjen er tynn, gjelder ligningen for lineær utvidelse:

L_F = L_enten (1 + ΔT)

Det er nok å erstatte verdiene som vises i uttalelsen:

ΔT = (50,0 −20,0) ºC = 30,0 ºC

L_F = 0.5 (1 + 19 × 10^-6 × 30) m = 0.500285 m