Hva er volumetrisk utvidelse? (Med eksempler)

De Volumetrisk utvidelse Det er et fysisk fenomen som innebærer en variasjon i de tre dimensjonene til en kropp. Volumet eller dimensjonene til de fleste stoffer øker når de blir utsatt for varme; Dette er et fenomen kjent som termisk utvidelse, men det er også stoffer som trekker seg sammen når det er oppvarmet.

Selv om volumendringer er relativt små for faste stoffer, er de av stor teknisk betydning, hovedsakelig i situasjoner der det er ønsket å slå sammen materialer som utvides annerledes.

Formen på noen faste stoffer lider av forvrengning når de blir oppvarmet og kan utvide seg i noen retninger og kontrakt i andre. Når det bare er utvidelse i et visst antall dimensjoner, er det imidlertid en klassifisering for slike utvidelser:

• Lineær utvidelse oppstår når variasjon i en bestemt dimensjon dominerer, for eksempel lengden, bred eller høy i kroppen.
• Den overfladiske utvidelsen er at der variasjonen dominerer i to av de tre dimensjonene.
• Til slutt innebærer volumetrisk utvidelse en variasjon i de tre dimensjonene til en kropp.

[TOC]

Grunnleggende konsepter relatert til termisk utvidelse

Termisk energi

Saken dannes av atomer som er i kontinuerlig bevegelse, enten beveger seg eller vibrerer. Kinetisk energi (eller bevegelse) som atomer beveger seg kalles termisk energi, jo raskere beveger de seg, jo større termisk energi har de.

Varme

Varme er den termiske energien som overføres mellom to eller flere stoffer eller fra en del av stoffet til en annen i makroskopisk skala. Dette betyr at en varm kropp kan gi en del av sin termiske energi og påvirke en kropp nær den.

Mengden av overført termisk energi avhenger av arten av den nære kroppen og miljøet som skiller dem.

Temperatur

Temperaturkonseptet er viktig for å studere varmeeffekter, temperaturen på et legeme er målet på dens evne til å overføre varme til andre kropper.

Kan tjene deg: Reaksjon entalpi: Definisjon, termokjemi, øvelser

To kropper i gjensidig kontakt eller atskilt med tilstrekkelig virkemidler (varmeleder) vil være ved samme temperatur hvis det ikke er noen varmestrøm mellom de to. Tilsvarende vil en kropp X være ved en temperatur som er større enn for en kropp, og hvis varmen strømmer fra x a og.

Hva er de grunnleggende egenskapene til termisk utvidelse?

Det er tydelig relatert til en temperaturendring, ved en høyere temperaturutvidelse. Det avhenger også av materialets indre struktur, i et termometer er utvidelsen av kvikksølv mye større enn utvidelsen av glasset som inneholder det.

Hva er den grunnleggende årsaken til termisk utvidelse?

En økning i temperaturen innebærer en økning i den kinetiske energien til individuelle atomer i et stoff. I et faststoff, i motsetning til en gass, er atomer eller molekyler tett sammen, men deres kinetiske energi (i form av små og raske vibrasjoner) skiller seg fra hverandre til atomer eller molekyler.

Denne separasjonen mellom naboatomer blir økende og resulterer i en økning i fast størrelse.

For de fleste stoffer under vanlige forhold er det ingen foretrukket retning der termisk utvidelse oppstår, og økningen i temperaturen vil øke størrelsen på faststoffet med en viss brøkdel i hver dimensjon.

Lineær utvidelse

Det enkleste eksemplet på utvidelse er utvidelsen i en dimensjon (lineær). Eksperimentelt er det funnet at endring av lengde ΔL av et stoff er proporsjonal med temperaturendringen ΔT og den første lengden LO (figur 1). Vi kan representere dette som følger:

DL = Alodt

der α er en proporsjonalitetskoeffisient som kalles lineær utvidelseskoeffisient og er karakteristisk for hvert materiale. Noen verdier av denne koeffisienten er vist i tabell A.

Den lineære utvidelseskoeffisienten er høyere for materialer som opplever større ekspansjon for hver centigrade -grad som øker temperaturen.

Kan tjene deg: ung modul: beregning, applikasjoner, eksempler, øvelser

Overfladisk utvidelse

Når et plan tas innenfor en solid kropp, slik at dette planet er det som lider av den termiske ekspansjonen (figur 2), er endringen i ΔA -området gitt av:

DA = 2AA0

Der ΔA er endringen i det opprinnelige området AO, er T endringen i temperatur og α er den lineære utvidelseskoeffisienten.

Volumetrisk utvidelse

Som i de tidligere tilfellene, kan endringen i volum ΔV tilnærmes med forholdet (figur 3). Denne ligningen er vanligvis skrevet som følger:

Dv = bvodt

der β er den volumetriske utvidelseskoeffisienten og er omtrent lik 3∝ λ∝ τ∝ ßλ∝ 2 Verdiene til volumetriske utvidelseskoeffisienter for noen materialer vises.

Generelt vil stoffer utvide seg under en økning i temperaturen, vann er det viktigste unntaket fra denne regelen. Vann utvides når temperaturen øker når den er større enn 4 ºC.

Imidlertid utvides den også ved å redusere temperaturen ved 4 ºC til 0 ° C -intervall. Denne effekten kan observeres når vann settes inne i kjøleskap, vannet utvides når det fryser, og det er vanskelig å trekke ut isen fra beholderen ved nevnte utvidelse.

Eksempler

Forskjeller i volumetrisk utvidelse kan føre til interessante effekter i en bensinstasjon. Et eksempel er drypp av bensin i en tank som nettopp har blitt fylt for en varm dag.

Bensin avkjøles ståltanken når den søles, og begge deler, bensin og tank utvidelse med den omkringliggende lufttemperaturen. Bensin utvider seg imidlertid mye raskere enn stål, og dermed oppstår et drypp utenfor tanken.

Det kan tjene deg: sensitiv varme: konsept, formler og øvelser løst

Forskjellen i utvidelse mellom bensin og tanken som inneholder den kan forårsake problemer ved å lese drivstoffnivåindikatoren. Mengden bensin (masse) som forblir i en tank når indikatoren når på et vakuumnivå er mye lavere om sommeren enn om vinteren.

Bensin har samme volum på begge stasjoner når varsellampen slås på, men fordi bensin utvider seg om sommeren, har den en lavere masse.

Som et eksempel kan en full stålbensintank vurderes, med en kapasitet på 60L. Hvis tanken og bensindemperaturen er 15 ºC, hvor mye bensin vil den søle på det tidspunktet de når en temperatur på 35 ºC?

Tanken og bensinen vil øke i volumet på grunn av temperaturøkningen, men bensin vil øke mer enn tanken. Slik at sølt bensin vil være forskjellen i volumendringer. Den volumetriske dilatasjonsligningen kan deretter brukes til å beregne volumendringer:

Volumet sølt av temperaturøkningen er da:

Ved å kombinere disse 3 ligningene i en, har du:

Tabell 2 oppnådde verdiene til den volumetriske utvidelseskoeffisienten, og erstattet verdier:

Selv om denne mengden sølt bensin er relativt ubetydelig sammenlignet med en 60 L -tank, er effekten overraskende, siden bensin og stål utvides veldig raskt.

Bibliografi

1. Yen Ho Cho, Taylor R. Themal utvidelse av faste stoffer ASM International, 1998.
2. H. Ibach, Hans Lüth Solid-State Physics: An Introduction to Principles of Material Science Springer Science & Business Media, 2003.
3. Halliday d., Resnick r., Krane k. Fysikk, bind 1. Wiley, 2001.
4. Martin c. Martin, Charles A. Hewett Elements of Classical Physics Elsevier, 2013.
5. Zemansky Mark W. Varme og termodynamikk. Redaksjonell Aguilar, 1979.